爆破器材课程设计.docx

《爆破器材课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《爆破器材课程设计.docx（19页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、爆破器材课程设计 远程多路遥控起爆系统的设计THEDEVISALOFMULTI一ROUTEREMOTECONTROL BLASTINGSYSTEM 摘要 本文主要阐述了远程多路遥控起爆系统的设计与实现，给出了系统设计方案和电路设计。在系统方案设计中，从可靠性、实用性和经济性出发，采用了数字通信技术来实现遥控功能;并应用单片机作为主控CPU实现对系统的控制，有效地减少了系统的体积和功耗，保证了系统满足设计指标要求。 通过控制面板由用户输入指令,在单片机中完成对指令的编码后送到无线发射模块将指令发送出去。接收模块将接受到的信号进行混频、解调处理后送到单片机,由单片机完成指令的译码,将译码后的指令输

2、出给执行机构,控制雷管的状态和动作。该方案具有输出控制灵活、可靠性高的特点。 为适应军事技术向信息化、智能化方向发展的趋势，还研究设计了一种多路遥控起爆器。该系统主要由发射机单元、接收机单元和雷管组成。本文论述了系统设计的总体方案，发射端、接收端和单路起爆电路的设计，以及系统实现的方法和原理。该多路遥控起爆系统实验结果表明，遥控距离最远达5000m，发射控制成功率98%,，具有较强的抗振动、抗冲击、抗电磁干扰、抗雷击能力，并具有良好的密封防潮性能。该系统还可作为矿山和工程爆破的一种爆破器材。 关键词：多路无线遥控；起爆器；单片机。 ABSTRACT The thesis primarily s

3、ets forth the design and realization of the multi-route remote control blasting system, gives the design scheme of the system and circuit devisal. During devising the system scheme, digital information technology is used to realize the remote control function;the single chip microcomputer is used to

4、 act as CPU to control the entiresystem to lessen the power expense and the size of the system effectivelyand to insure the system satisfies the devising standard. Users input instructions by control panel, then code the instruction in MCU and transmit the instruction by the transmit module. The rec

5、eiver modules mix, demodulate and carry the instructions to MCU, then MCU decodes and carries the instruction to executive unit and controls the state and action of exploders .This scheme has feature of flexible output control and reliability. For meeting the development of military technology into

6、informization and intelligentization, a multi-way remote controlling igniter consisted of generating unit, receiver unit and detonator ,was developed. The present paper discussed the overall design scheme of this system, including the designs of generating sector, receiver sector, single circuit ini

7、tiating . Test results showed that the system could work in the maximum controlling distance could reach far to 5000m, with 98% of successful rate .Tests also gave evidence that the system was of good abilities in terms of its vibration-relive, impact-resistance, anti-electromagnetism, thunder-proof

8、. Besides it had good sealing and wet-resistance. Therefore it can be applied in mining and other blasting engineering. Keywords:Multi-remote Control; Bombing Trigger; MCU(single chip microcomputer). 目录 摘要 (1) 目录 (3) 第一章前言. . (5) 1.1 课题研究意义. . (5) 1.2 国内外研究的现状. . .5 1.3 存在的问题. . (6) 1.4 发展趋势 (6) 1.5

9、 课题的主要研究工作 (6) 第二章设计依据. . (7) 2.1 法律依据 (7) 2.2 理论依据 (7) 第三章远程多路遥控起爆系统的构成 (8) 3.1 概述 (8) 3.2 远程多路遥控起爆系统的构成 (8) 3.2.1 发射单元 (8) 3.2.2 接收单元 (8) 3.2.3 单路起炸电路 (9) 3.3 系统总体设计 (10) 3.3.1 工作频率选择 (11) 3.3.2 调制方式选择 (11) 3.3.3 数据同步方式 (11) 3.3.4 数据编码方式 (12) 3.3.5 发射功率计算与确定 (13) 3.3.6 主要技术指标的设计与考虑 (15) 第四章系统硬件实现

10、(16) 4.1 主要芯片选用 (16) 4.1.1 AT89C52、AT89C2051芯片简介 (16) 4.1.2 MC2833、MC3361芯片简介 (16) 4.1.3 FX589芯片简介 (18) 4.2 发射单元电路设计 (18) 4.2.1 单片机控制电路 (18) 4.2.2 调制模块电路 (18) 4.2.3 功率放大电路 (18) 4.2.4 天线匹配网络 (19) 4.3 接收单元电路设计 (19) 4.3.1 信号接收解调电路设计 (19) 4.3.2 低频信号整形电路 (20) 4.3.3 同步提取电路 (20) 4.3.4 接收端单片机控制电路 (21) 4.4 供

11、电电路 (21) 第5章关键技术分析 (23) 5.1 系统的可靠性设计分析 (23) 5.1.1 硬件措施 (23) 5.1.2 软件措施 (23) 5.2 系统的抗干扰和低功耗设计分析 (23) 5.2.1 系统的抗干扰设计 (23) 5.2.2 电路板抗干扰性的措施 (24) 5.3 系统的低功耗设计 (24) 第六章实验验证 (26) 第七章结论与建议 (27) 7.1 结论 (27) 7.2 建议 (27) 结束语 (28) 参考文献 (29) 第一章前言 1.1 课题研究的意义 无线遥控技术被广泛地应用于军事、生活的各个领域。特别地，其在爆破方面的应用，极大地提高了爆破的安全性、可

12、靠性，弥补了爆破器材的不足。但长期以来，遥控爆破技术存在着起爆样式单一、控制方法不灵活、操作安全性不强等缺陷。针对这些缺陷，笔者设计了该“远程多路遥控起爆系统”。该系统综合利用了无线电技术、信息技术、电子技术，实现了同时爆破、选爆、微差爆破三种爆破方式，操作更安全、控制更灵活;同时，该系统应用单片机作为主控CPU 实现对系统的控制，在保证系统可靠性、安全、抗干扰性良好的基础上，有效地减少了系统的体积和功耗，确保了系统满足设计指标的要求;另外，该系统采用了优化直观的操作界面，人机交互性好，给用户操作提供了方便。 其次遥控起爆器是一种远距离实施爆破作业的点火器材。随着科学技术的进步，信息技术、电子

13、技术的迅速发展，为适应军事技术向信息化、智能化发展的趋势，本文研究设计了一种基于滚动编解码的远程多路遥控起爆器。主要用于远距离操控地雷场、地雷群，在破坏道路、隘口、桥梁等重要军事目标、快速构筑防坦克壕作业中远距离起爆预设装药，是工程兵、侦察兵以及特种部队随行爆破作业的重要装备，在部队训练及大型演习中也可以发挥重要的作用。 该系统可用于炮兵部队作战演习时的训练器材以及国防施工;同时，也可应用于民用工业的矿山及工程爆破领域，因此本课题的研究在军事和现代化建设中具有十分重要的实用价值。 1.2 国内外研究现状 无线遥控，即是在控制端把控制指令以某种编码方式形成易于传输的信号，通过无线传输，在受控端经

14、解码等处理形成相应的控制操作。无线遥控方式多种多样，根据不同的应用需要，可采用适宜的方式。各种遥控方式的不同，主要在于信息的编码处理方式和信息的传输方式。所传信息的形式及信息量的大小决定采用何种信息编码及处理方式，而信息传输的距离决定采用何种传输方式。在编码方式上，目前在简单信息的无线遥控中常用的是PCM方式和DTMF方式，这两种方式均具有实现简单、可靠性高的优点;对于复杂及大量信息的遥控，可采用相应的信号处理方式，经过适当的信源、信道编码及数字调制等处理来生成宜于传输的信号。对于这些编码处理方式，可根据系统功能需要进行灵活选择。 在传输方式上，对于近距离遥控，可采用基带传输;对于远距离遥控，

15、须选择适当的调制方式，进行频带传输。目前常用的调制方式有幅度调制，频率调制和相位调制三种。对于不同形式的基带信号，又可分为模拟调制和数字调制。对于各种调制方式的选择，可根据基带信号的形式、传输的带宽限制等因素决定。 国外无线遥控设备的生产厂家中具有代表性的如德国的HBC一rdanimetric 公司、罗德&施瓦茨公司、ELPRO公司。国内无线遥控设备生产厂家比较多，如:上海乐冠通信设备有限公司、鞍山嘉惠广播电子技术有限公司、河北省定州市星光无线电厂、西北方遥控电子有限公司、成都前锋电子股份有限公司等。这些厂家生产的无线遥控模块多工作在超高频或甚高频频段，并且大都使用硬件编码技术，多用于短程无线

16、遥控的设备中，在实际应用中有一定的局限性。 本系统设计中，根据总体设计要求，对指令的编码方式和传输方式给予充分 的论证，采用分立元件和集成芯片相结合的无线收发设计方案，建立了一套满足各项性能指标的无线传输系统，实现对起爆器的安全可靠控制。 1.3 存在的问题 1、本系统设计中为提高的抗干扰性能采取了一些措施，但还有待于探索更完善的措施进一步提高系统的抗干扰性能，以提高系统的可靠性。 2、低功耗性能有待进一步的改善。鉴于严重的能源危机，未来电子设备的低功耗设计将在电子产品的设计中显得尤为重要，小功率低功耗的产品将有更大的市场空间。 3、系统的功能还有待于完善。例如:接收机增加检测和数字显示功能，

17、用来实现对充电电容上电压的检测与显示。 1.4 发展趋势 1、无线电技术、微电子技术、自动控制技术的发展，使得遥控设备向着自动化、智能化、信息化方向发展。 2、更多的采用软件编码方式，将使硬件编码更方便、输出控制灵活、可靠性高。 3、采用多种爆破方式同时起爆，弥补了以往单一爆破不完全的弱点，使爆破更加完全。 4、将更多的从可靠性、实用性、安全性和环保性出发，采用无线电子通信技术控制雷管的作用，将更大提高雷管的爆破精度。 1.5课题的主要研究工作 通过研究目前的远程无线遥控技术，在吸收借鉴他人研究成果和经验的基础上，主要针对以下的工作进行研究: 1、远程多路遥控起爆系统的总体方案设计。 2、发射

18、、接收、单路起炸模块硬件电路的设计与调试。 3、发射、接收单元系统软件编写。 4、调试整个系统，进行系统性能测试。 第一章设计依据 2.1 法律依据 消防法第八条规定了城市建设中的火灾预防工作：城市人民政府应当将包括消防安全布局、消防站、消防供水、消防通信、消防车通道、消防装备等内容的消防规划纳人城市总体规划，并负责组织有关主管部门实施。公共消防设施、消防装备不足或者不适应实际需要的，应当增建、改建、配置或者进行技术改造。 中华人民共和国民用爆炸物品管理条例、爆破安全规程 2.2 理论依据 从控制信息传输的途径，可以把自动化控制分为有线控制和无线控制。无线遥控就是通过无线电波将控制信息传输出去

19、，利用无线遥控方式设计的多路遥控起爆器是炮兵部队在作战演习时，作为训练的一种器材。根据研究设计院就完成该器材所提供的技术要求，对该起爆系统作了深入仔细的研究，并与可能参与的生产和加工单位进行的调研，得出了该多路起爆系统的设计方案。 通过前人的成果经验，将本专业的理论知识应用于实践的基础上，取得了一下成果: 1、系统可实现同时爆破、选爆、微差爆破三种爆破方式，弥补了以往起爆样式单一的不足。 2、考虑了发射单元和接收单元的低功耗方面的设计，使得相同电池供电情况下，系统能尽可能长期工作。 3、对系统的可靠性方面，做了详尽的设计，从硬件和软件两方面着手采取相应的措施来增强系统的可靠性能。使得系统在满足

20、所要求的发射距离情况下，控制的可靠性得到提高。 4、抗干扰性能是每个无线遥控系统必须要考虑的重要环节。在本系统的设计中，从干扰源出发，采取了相应的抗干扰措施;另外，进行了优化电路板设计，尽可能地减少了由于电路板设计不合理所带来的干扰。 5、在单片机中，用软件实现了编码、加密，减小了硬件的规模;同时，采用硬件和软件WDT相结合的方式，提高了软件抗干扰能力。 这些结果都说明无线遥控起爆系统具有较高的使用价值，这些也都是它在实际使用过程中的理论依据。 该系统利用键盘和液晶显示组成用户操作接口，首先用户由键盘键入指令，输入到单片机，在单片机中完成指令的编码并由指令输出电路将指令输出到由MC2833芯片

21、组成的调制电路中对指令进行FSK调制，调制好的信号经倍频、高频放大、功率放大和天线匹配网络由天线将指令发射出去。接收端由天线接收到的高频载波信号经高频放大后送入混频器中对信号进行混频得到第一中频信号，此中频信号经放大后进入由MC3361组成的第二混频和鉴频电路后得到低频指令脉冲，对其进行放大后送入由FX589组成的同步电路中,然后将指令信号和同步信号一起送入单片机,在单片机中完成指令的解码,将解码出来的指令输出到执行机构控制其状态和动作。 第二章 远程多路遥控起爆系统的构成 3.1 概述 从控制信息传输的途径，可以把自动化控制分为有线控制和无线控制。无线遥控就是通过无线电波将控制信息传输出去，

22、利用无线遥控方式设计的多路遥控起爆器是炮兵部队在作战演习时，作为训练的一种器材。根据工程研究设计院就完成该器材所提供的技术要求，对该起爆系统作了深入仔细的研究，并与可能参与的生产和加工单位进行的调研，得出了该多路起爆系统的设计方案。 3.2 远程多路遥控起爆系统的构成 该系统主要由发射机单元、接收机单元和雷管组成。主控发射机和接收机的无线遥控距离不小于3km;发射机可分别控制六台接收机;每台接收机承担至多150路的起炸;每一路的线长不超过450米;每一路的起炸能力为2一4几的军用雷管;确保在线长为450米的条件下，安全可靠地起炸每一路;发射机可遥控设置某台发射机控制的150路雷管的起爆方式:同

23、时起爆、微差起爆、选爆。 图3-1 系统总体框图 3.2.1 发射单元 发射机原理:用户从控制面板输入指令，在单片机中把用户输入的指令进行编码，由单片机串口输出给指令输出电路，然后经调制芯片MC2833对信号进行调制，在经过倍频、前置电压放大器、功率放大器、匹配网络，由天线向空中辐射电磁波信号。 3.2.2 接收单元 接收单元由高频放大、混频、中频放大、鉴频器等模拟信号处理电路以及同 发射单元机 接收机单元 1# 雷管1# 雷管150# 450 450 接收机单元 6# 雷管1# 雷管6# 450 450 步信号提取电路和单片机控制电路等数字信号指令电路组成，完成信号的接收、解调、译码等功能，

24、并将指令输出给执行机构，控制其状态和动作。 图3-2 发射单元框图 图3-3 接收单元框图 3.2.3 单路起炸电路 根据要求，接收机到雷管的线长为450米，采用通常的抗拉线与雷管连接。线电阻大约在350一1200之间，而雷管的电阻为2一40，这样，如果在接收机端储能，就要求激励电压高，储能容量大，线电阻要小的抗拉线。由此接收机的成本、体积就会大大增加;加之450米线长将受到静电、雷电等各种电磁波的干 单片机 指令输出电路 调制 （FSR ） 推动级 功率放大 匹配网路 EEPROOM 键盘 液晶显示 本振 高频放大 混频 中频放大 鉴频器 低频放大整形 同步提取 单片机 EEPROOM 本振

25、 指令输出 扰。在高压充放电的情况下，存在较大的线间电容，这样会带来许多不安全的因素。针对以上情况，设计考虑将充电电路放在雷管端，作为一次性消耗，这样接收机的充电电压低，体积大大缩小，成本降低，安全性得到提高。工作布置示意图如3一4所示。 图3-4 单路起炸电路示意图 3.3 系统总体设计 远程多路遥控起爆系统的设计以数字通信系统为理论基础。由图3一5数字通信系统模型可以看出，要实现对雷管的无线遥控，首先要对用户的输入信息进行编码、加密处理;其次，要完成对信号的调制，就要确定载波频率(即系统的工作频率)、调制方式，要达到系统要求的遥控距离，还要对发射功率进行设计;最后，收发信息的同步也是一个无

26、线通信系统必须要考虑的内容。 下面就针对系统的工作频率选择、调制方式的确定、同步方式、数据编码方式以及系统的发射功率等问题给出具体介绍。 3-5 数字通信系统模型 接收机 线电阻 充电电路 雷管 450m 编码加密处理 调制 放大器 功率放大 信道 接收 调解 解码解密处理 3.3.1 工作频率选择 系统的工作频率首先定在短波波段。 短波通信可以通过电离层发射信道进行远程通信，或者通过视距和地波近程通信。但无论用天波还是地波传输，短波通信能够满足系统遥控距离要求，适用也保障山区和丛林地带的通信距离的要求。 短波通信利用天波传播中，若频率超过最高频率，电波将不能返回地面;如频率太低，电波将受到电

27、离层强烈的吸收。因此在短波通信中需要选择适当的工作频率，使电波既能被电离层反射回来，又不受到严重衰减，以较小的功率来实现远距离高质量的短波通信。 频率高于20MHz的外部噪声比低频端的外部噪声小得多。所以遥控装置频率不宜选低。频率在30MHz左右的天电干扰场强减少;另外，考虑到发射天线长度不宜过长以及躲避电台干扰等因素，本系统的工作频率定在33.1MHz。 3.3.2 调制方式选择 对雷管控制的指令信息是二进制数字信号，由于数字信号具有丰富的低频成分，不宜进行无线传输，因而需要将基带信号进行高频正弦调制，即数字调制(digiatl modulation)。基本的数字载波调制方式有3种:即振幅键

28、控(ASK)、频率键控(FSK)和相位键控(PSK)。 表3-1 三种调制方式的比较 特点 调制方式频带宽度误码率对信道特性变化 的敏感度 设备的发杂程度 ASK（振幅键控）窄高敏感度高简单 FSK（频率键控）宽较低不敏感复杂 PSK（相位键控）窄最低较不敏感最复杂 目前用的最多的数字调制方式是相干ZDPSK和非相干FSK。相干ZDPSK主要用于高速数据传输，而非相干FSK则用于中、低速数据传输中，特别是在衰落信道中传输数据时，它有着广泛的应用。 综合三种调制方式的特点和系统传输距离、抗干扰性、误码率、硬件规模等要求，采用FSK调制方式。数字基带信号直接作用于调频电路，来产生FSK信号。本系统中采用MC2833来实现信号的调制，在MC3361中实现信号的解调。 3.3.3 数据同步方式 同步是通信系统中一个重要的实际问题，具有相当重要的地位。通信系统能否有效地、可靠地工作，很大程度上依赖于有无良好的同步系统。通信系统中的同步又可分为载波同步、位同步、帧同步等几大类。