基于STM32的雷管電子保險裝置設計

0.引言

雷管使用中如果引爆系統屏蔽不夠完善，使雷管中流過泄漏電流和電容電流達到一定的數值和作用時間，電流轉化成足夠的熱能達到雷管炸藥點燃溫度（約180℃）時即可引爆，電雷管耐靜電壓為(1～3)×104V，超過(1～3)×104V 的靜電壓，從而引爆電雷管，造成爆破材料發生意外爆炸事故。本課題是在參閱了國內外關于雷管安全保險發展技術資料的基礎上進行的國內雷管防護措施開發和研制的一次有益的嘗試和探索，簡要介紹了STM32F103RBT6 的主要功能和性能，完成了系統整體設計。

1.STM32F103RBT6簡介

STM32F103RBT6 是一種高性能32 位微控制器(MicrocontrollerUnit)，是意法半導體公司STM32 系列微控制器(MCU)的新一代產品之一。STM32F103RBT6 基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-M3 內核，不僅支持Thumb-2 指令集，還擁有強大的性能和代碼密度以及位帶操作、可嵌套中斷、低成本和低功耗等多種優勢。STM32F103RBT6 功耗36mA，是32 位市場上功耗最低的產品。其增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產品中性能最高的產品[1]。

該控制器把具有低成本、高性能處理的ARM Cortex-M3 內核CPU和幾種先進的外圍設備結合在一起，其主要特點有[2]:

(1)使用ARM 最新的、先進架構的Cortex-M3 內核，主頻最高可達72MHz，在存儲器的0 等待周期訪問時可達1.25DMIPS/MHz(Dhrystone2.1) ，可實現單周期乘法和硬件除法。圖1為其內部結構框圖。

圖1 STM32F103RBT6 內部結構框圖

(2)2.0～3.6 伏供電，減小了控制器的消耗。

(3)片內有高達32K 字節的Flash 程序存儲器，高達1.5K 字節的數據/程序RAM，544 字節雙口RAM(DARAM) 和ZK 字節的單口RAM(SARAM)。

(4)兩個事件管理器模塊EVA 和EVB，每個包括:兩個16 位通用定時器;8 個16 位的脈寬調制(PWM)通道。事件管理模塊適用于進行電機控制和逆變器控制。

(5)可擴展的外部存儲器總共192K 字節空間，這包括64K 字節的程序空間，64K字節的數據空間，64K字節的地址空間。

(6)看門狗定時器模塊(WDT)。

(7)10 位A/D 轉換器最小轉換時間為500ns，可選擇兩個事件管理器來觸發2個8通道輸入A/D 轉換器。

(8)控制器局域網絡(CAN)2.0B 模塊。

(9)串行通信接口(SCI)模塊和16位串行外設(SPD 接口模塊。

2.系統整體框圖

對于雷管中流過泄漏電流和電容電流造成爆破材料發生意外爆炸事故，我們目前只能采取：

(1)要求爆破作業人員采取穿防靜電安全鞋、防靜電工作服和防靜電手套操作，避免因靜電導致自爆事故。

(2)加強對引爆器管理，不得將引爆器放置在潮濕的地方，防止因潮濕導電引起自爆事故發生。

(3)嚴格爆破操作規程操作杜絕違章操作，防止事故發生。

(4)規范坑道線路架設，取締變壓器接地零線和照明接地零線，防止電氣設備絕緣不良和接地不當而引起大地雜散電流。這樣的防護措施顯然不是我們所希望的安全可靠的安全保險裝置。怎么解決這一系列的問題呢，如圖2 我們設計的解決這個問題的電子保險裝置工作流程圖。

圖2 電子保險裝置工作流程圖

其基本工作原理是:在對雷管完成裝定以后，即啟動電子安全保險裝置，通過軟件將微控制器的工作模式設置為低功耗模式，此時電子安全保險裝置工作在待機狀態，隨時接收外界的解鎖信號，待無線接收模塊接收到解鎖信號后，先通過主控對解鎖信號進行分析，以確定是否為該保險裝置的解鎖信號，待確認無誤后，微控制器即通過控制I/O 口將電擊發信號傳輸通道解鎖，使電擊發信號傳入雷管，以實現提高雷管裝置安全性與可靠性的作用。

圖3 電子保險裝置的整體框圖

3.上位機遙控模塊

用微機做遠程控制是電子保險裝置的重要組成部分，它的控制原理如圖4 所示，它主要任務是通過控制無線解鎖信號發射終端向指定雷管發射相應解鎖信號以實現對指定雷管進行控制的功能。

圖4 IPM 接口電路

它的可視化界面可以通過Labview 編寫，以實現對無線解鎖信號發射終端的控制。

4.結論

本電子保險裝置選取全數字化控制技術，主控芯片采用控制專業芯片STM32F103RBT6，使整個電子保險裝置的控制都以數字化方法實現，使雷管的安全性與可靠性得到提高，全數字化的設計也符合發展的趨勢。