摘  要： 介紹了一種可在線編程的電子延期雷管的設(shè)計方案,，分析了方案的安全性和可靠性,，闡述了該方案的實現(xiàn)方法，給出了電子雷管內(nèi)部控制電路芯片的功能結(jié)構(gòu)圖和部分軟件流程圖,。試驗表明,，系統(tǒng)可編程延期范圍達(dá)到0 ms～15 000 ms，編程增量為1 ms間隔,，安全可靠,，延期精度高，操作使用方便,。在未來工程爆破中將具有很好的應(yīng)用前景,。
關(guān)鍵詞： 電子雷管；控制電路芯片,；AVR單片機(jī)

    電子雷管一般分為三種類型：(1)電起爆可編程的電子雷管,，延期時間在爆破現(xiàn)場按爆破員要求設(shè)定，并在現(xiàn)場對整個爆破系統(tǒng)的起爆時序?qū)嵤┚幊蹋?2)電起爆非編程的電子雷管,，在工廠預(yù)先設(shè)定固定延期時間；(3)非電起爆的非編程的電子雷管,，可以用導(dǎo)爆管或低能導(dǎo)爆索等非電起爆器材引發(fā)電子延期體,，繼而起爆其固定延期時間在工廠預(yù)先設(shè)定[1-2]，能夠方便地組成簡單,、先進(jìn)的起爆網(wǎng)絡(luò)是電子延期雷管的一大優(yōu)點(diǎn),。本方案提供了一種可在線編程的電子延期雷管的設(shè)計方法。
1 電子延期雷管
    電子延期雷管是一種可以任意設(shè)定并準(zhǔn)確實現(xiàn)延期發(fā)火時間的新型電雷管,其本質(zhì)是采用一個微電子芯片取代普通電雷管中的化學(xué)延期藥與電點(diǎn)火元件,，不僅大大地提高了延時精度,，而且控制了通往引火頭的電源，從而最大限度地減少了因引火頭能量需求所引起的延時誤差,。
    本方案設(shè)計的可以在線編程的電子延期雷管的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

2 控制電路硬件設(shè)計
    電子延期雷管采用一個控制電路板取代普通電雷管中的化學(xué)延期藥劑，不僅大大提高了延期精度,，降低了爆破震動危害[1],，而且通過控制電路，提高了雷管的抗干擾能力,。
    本方案設(shè)計的控制電路板框圖如圖2所示,。

    控制電路芯片主要由AVR單片機(jī)組成的智能控制單元、整流電路、充電控制及充電電路,、安全放電電路,、檢測變換電路、發(fā)火控制電路,、通信接口電路,、電源管理電路等部分組成。通過通信網(wǎng)絡(luò)可以和起爆裝置進(jìn)行信息交流,。如果通過接收起爆裝置發(fā)送過來的電子雷管的ID與儲存在存儲單元本身的ID相同,，則開始接收起爆裝置發(fā)送的充電命令、檢測命令,、設(shè)置延時時間,、點(diǎn)火命令等并根據(jù)命令字做出相應(yīng)的反應(yīng)。
2.1 AVR單片機(jī)特點(diǎn)
    本設(shè)計中要求智能控制單元能夠安全可靠地工作,，在接收到控制命令后能快速做出正確反應(yīng),，同時要求內(nèi)部資源豐富（如要求片內(nèi)集成多種頻率的RC振蕩器可選、上電自動復(fù)位,、串行通信接口,、看門狗、ADC轉(zhuǎn)換等功能）,，這樣外圍電路就可以比較簡單,，設(shè)計時系統(tǒng)將更加穩(wěn)定可靠[3-4]。在滿足上述條件的前提下,，要求單片機(jī)價格低廉,，控制電子雷管的價格[3]。只有這樣,，才有可能將電子雷管真正大規(guī)模投入生產(chǎn),，并廣泛應(yīng)用。
    本設(shè)計選用的AVR單片機(jī)可以滿足上述要求,，它采用哈佛結(jié)構(gòu),，精簡指令集，執(zhí)行速度快,，片內(nèi)集成有本設(shè)計要求的功能電路,，內(nèi)部資源豐富，帶E2PROM,、PWM,、RTC、SPI,、UART,、TWI、ISP、AD,、Analog Comparator和WDT等,，性價比高[4-5]。
2.2 控制電路功能實現(xiàn)
    控制電路各個功能模塊功能的實現(xiàn)是接收到控制命令之后,，智能控制單元通過檢測當(dāng)前狀態(tài)做出相應(yīng)反應(yīng),。例如要對儲能裝置進(jìn)行充電：智能單元接收到充電控制命令后，在相應(yīng)的管腳輸出控制信號,，使充電控制電路中的電子開關(guān)處在閉合狀態(tài),，充電電路向控制電路芯片外的儲能裝置進(jìn)行充電。充電時間到時,，智能控制單元發(fā)控制信號,，將充電控制電路中的電子開關(guān)打開。充電完成后,，通過檢測變換電路將充電情況通過AVR的A口10位AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)據(jù),，再通過通信接口回送給控制管理層以便做出正確決策。
3 軟件流程設(shè)計
    本方案設(shè)計的電子延期雷管的軟件通信流程圖如圖3所示,。

4 安全性分析
    本方案給出的可在線編程的電子延期雷管設(shè)計使用了多種安全性技術(shù),，如密碼技術(shù)、ID比較,、系統(tǒng)檢測,、控制電路板采用的抗干擾技術(shù)、安全放電電路的設(shè)置等[6-8],。因此安全性能高,。
4.1 軟件采用的安全技術(shù)
    起爆裝置先發(fā)送要選中的電子雷管的ID編碼，與固化在各個電子雷管中的ID編碼比較,，相符后才能向該電子雷管發(fā)送各種控制命令，這樣的軟件設(shè)置增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性[6],?？刂破骺稍诰€檢測起爆網(wǎng)絡(luò)中各個電子延期雷管的當(dāng)前工作狀態(tài)，如充電,、延期時間的設(shè)置等要及時回送給起爆裝置以供在線監(jiān)測,，若檢測沒有通過則需要排除故障。這些軟件采用的安全技術(shù)提高了系統(tǒng)的安全可靠性,。
4.2 控制電路采用的安全技術(shù)
    在線可編程電子延期雷管的控制電路使用了良好的抵抗干擾技術(shù),。在電子雷管的控制電路中設(shè)計了安全放電回路，當(dāng)雷管接收到發(fā)火控制命令并經(jīng)過系統(tǒng)設(shè)計的延時時間后沒有發(fā)火,，AVR單片機(jī)檢測到信號后,，經(jīng)過一定的延時后向安全放電控制回路發(fā)控制信號，將充電后儲能裝置儲存的能量通過安全放電電路消耗掉。消除了丟炮后續(xù)處理工作的危險,?？刂齐娐钒宀捎酶綦x電路，使得工程爆破網(wǎng)路系統(tǒng)中常見的靜電,、雜散電流等干擾不能直接作用于雷管的點(diǎn)火元件,，提高了電子雷管的本質(zhì)安全性[2，8],。
    試驗結(jié)果表明,，該方案設(shè)計的電子延期雷管可編程延期范圍達(dá)到0 ms～15 000 ms，編程增量為1 ms間隔,，雷管延期時間長且誤差小,。安全可靠，延期精度高,，操作使用方便,，性價比高?？傊?，數(shù)碼雷管代表了工程爆破向數(shù)字化發(fā)展的一個方向，在振動控制要求嚴(yán)格,、起爆段間時差要求精確,、起爆時問長等復(fù)雜環(huán)境下的工程爆破中有應(yīng)用和推廣價值。
參考文獻(xiàn)
[1] 丁化成,耿德根,李君凱.AVR單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,，2002.
[2] 王苗苗.嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實例開發(fā)[M]．北京:清華大學(xué)出版社,，2002．
[3] 張鳳登.現(xiàn)場總線技術(shù)與應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2008.
[4] 邱錦波,劉振堅.基于DSP和CAN總線的采煤機(jī)分布式控制裝置[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2008,36(3)：4-7.
[5] 周立功.ARM微控制器基礎(chǔ)與實戰(zhàn)[M]．北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2003．
[6] 顏景龍.銥缽起爆系統(tǒng)的安全性分析與試驗[J].工程爆破,，2008,，14(2)：70-72.
[7] 韓志軍.單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用實例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.
[8] 聶煜,莫元玲,陳輝俊.RS-485總線在新型電子雷管組網(wǎng)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代機(jī)械,2006(5)：39-41.
[9] 高銘,李勇,滕威.電子雷管及其起爆系統(tǒng)評述[J].煤礦爆破,2006(3)：23-26.
[10] BARTLEY D A，MCCLURE R.電子雷管技術(shù)的現(xiàn)場進(jìn)一步應(yīng)用[J].國際爆破與破碎雜志,2003(7):93-96.
[11] 任俠,陳國虎.基于VB的遠(yuǎn)程通信程序[J].解放軍信息工程學(xué)院,計算機(jī)應(yīng)用,1999,，19(2)：60-62.
[12] 盧毅.Visual Basic 6數(shù)據(jù)庫設(shè)計實例導(dǎo)航[M].北京:科學(xué)出版社,，2001