防接线误触电爆管精确计时器
阅读说明：本技术 防接线误触电爆管精确计时器 (Accurate timer for preventing electric tube explosion caused by wiring error ) 是由 李双明 曹权 邹康 易文俊 李岩 曹树新 刘辉 韩子鹏 于 2019-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种防接线误触电爆管精确计时器。本发明利用FPGA的高频采样率,并使用延时器与抖动电平监测器的方法来防止接线误触造成的错误计时时间,并通过电平边沿检测的方法来精确计时,达到引爆点的间隔时间的精确计时。(The invention discloses an accurate timer for preventing electric explosion caused by wiring error. The invention utilizes the high-frequency sampling rate of the FPGA and uses the methods of the delayer and the jitter level monitor to prevent the wrong timing time caused by wiring wrong touch, and the accurate timing is realized by the method of level edge detection, thereby achieving the accurate timing of the interval time of the detonation point.)
技术领域
本发明涉及接线式电爆管计时器领域，具体是一种防接线误触电爆管精确计时器。
背景技术
在验证或测试多组弹药时，对各组引爆点的时间间隔要求同步，如果是人为计时或是精度较低的计时方式，会使得计时间隔不一致，导致验证或测试结果不可靠。因此需要精准地辨识出每组炸药的开始引爆时刻，并从此刻开始高精度计时的计时器来达到多组炸药引爆时间间隔的一致。
现有技术有两种，其一为人工秒表计时，此种方法因人反应速度慢，计时时间不够精准且不可靠。其二为采用的软硬件，这种方法相比于第一种其可靠性大幅提高。但是目前仍存在两个缺点：第一，由于人为的误触或灰尘等其他原因造成极小时间的接线闭合或是断开，导致错误的计时数输出；第二，对于引爆条件的不同(接线断开引爆或接线闭合引爆)，现有系统一般只满足其中一种引爆条件，对目标需求的适应性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防接线误触电爆管精确计时器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种防接线误触电爆管精确计时器，包括时钟分频模块、串口控制模块和串口发送模块；50MHz晶振连接时钟分频模块，由时钟分频模块分解成相应时钟频率后提供给串口发送模块，弹药引爆接线柱Ki1、Ki2、Ki3、...、Ki10作为外部的输入信号连接至串口控制模块，串口控制模块通过可写信号(wrsig)和传输的字节信号(Dataout)连接串口发送模块；串口发送模块通过tx信号线发送计时数据至上位机。
本发明与现有技术相比，其显著优点：（1）计时的精确度高：利用FPGA的高频时钟50MHz，对引爆后接线电平变换的时刻判断精准、计时精度达到微秒级； （2）对引爆条件的适应性强，通过对两种电平沿变化(上升沿、下降沿)的识别，可以适应接线闭合或是断开引爆弹药的要求；（3）可防接线误触：通过延时器与抖动电平监测器不断地检测电平变化后的状态的有效性，来防止人为或是其他因素引起的短时触动所导致错误的计时时间输出。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的FPGA功能模块图。
具体实施方式
在验证或测试多组弹药时，对各组引爆点的时间间隔要求同步，而由于人为的误触或其他原因造成电爆管接线极小时间的短路，导致错误的计时数输出。本发明主要以FPGA实现，它包括时钟分频模块、串口控制模块、串口发送模块；其中：
分频模块：分频模块将FPGA内自带时钟晶振产生的50MHz分解为153.6kHz传输至串口发送模块，而串口控制模块则直接连接50MHz。
串口控制模块：弹药引爆开关走线至电爆管接线柱1、2、3、...、10等，再将每个接线柱连接至串口控制模块并作为输入信号Ki1、Ki2、Ki3、...、Ki10。串口控制模块监测Kin(n=1、2、、、10)信号的电平变化。通过延时器与抖动电平监测器防止接线误触所导致的错误计时情况。当检到Kin电平发生变化时，便开启计时器进行计时，而当下一个Kin信号的电平发生变化时，便终止计时器，得到计时时间数据。依次反复，可测得每组引爆时间间隔。
串口发送模块：串口发送模块是将串口控制模块的计时数据传输至上位机显示。
串口控制模块包括延时器与抖动电平监测器。当信号Kin的电平第一次发生变化后，抖动电平监测器首先记录变化后的电平状态，此后抖动电平检测器以50MHz的频率不断监测信号Kin的电平状态是否与第一次变化后的电平相等，若相等则开启延时器进行计时；若不等，则立即关闭延时器计时并将计时时间归零。延时器主要对第一次电平变化后的电平状态持续时间进行计时，若达到了设定时间(20ms，根据抖动类型可调节延时时间)却没有被电平检测器关闭，那么延时器则提供一个有效信号使得串口发送模块将计时器累计时间发送给上位机；若延时器被电平监测器关闭，则说明Kin的点平变化为因误触产生的抖动信号，不将计时器的时间发送上位机，以此避免了人为或是其他情况误触导致的错误计时时间。
下面结合说明书附图对本发明作进一步描述。
参照附图1，图1是本发明的系统结构图。图1左端为将要引爆的弹药组，通过走线将引爆线接入电爆管的接线柱上，然后通过控制接线柱两端的闭合或断开来进行引爆炸药，每个接线柱代表着一个引爆点的接线状态信号，用Ki1、Ki2、Ki3等来表示，而这些代表接线状态的信号统一作为输入至FPGA中，FPGA将对这些接线状态信号作逻辑判断以及计时等操作，最终将引爆间隔时间精准累计通过串口Tx传输至上位机显示。
参照附图2，图2为本发明的FPGA的功能模块图，主要分为了：时钟分频模块、串口控制模块、串口发送模块。
分频模块将FPGA内自带时钟晶振产生的50MHz分解为153.6kHz传输至串口发送模块，串口控制模块则直接连接50MHz作为其处理的时钟源，因此其处理时钟周期为微秒级，比现有系统的处理速度与计时精确度更高。
串口控制模块：弹药引爆点走线至电爆管接线柱1、2、3等，接着再将每个接线柱连接至FPGA的串口控制模块并作为输入信号Ki1、Ki2、Ki3等。串口控制模块监测Kin信号的电平变化。通过延时器与抖动电平监测器防止接线误触所导致的错误计时情况，其主要通过电平边沿检测方法来判断引爆点接线状态，当检测到Kin1的电平有翻转变化时，串口控制模块开启计时器进行计时。当下一个Kin2信号的电平发生变化时，便终止计时器，将Kin1的计时时间输出，然后等待下个Kin3信号的电平变化，输出Kin2的计时时间。依次类推，将所有信号的计时时间的出，便可可测得每组引爆时间间隔。
而防误触的功能则是这样实现的：当信号Kin的电平发生第一次变化后，抖动电平检测器首先记录变化后的电平状态，此后抖动电平检测器以50MHz的频率不断监测信号Kin的电平状态是否与第一次变化后的电平相等，若相等则开启延时器进行计时；若不等，则立即关闭延时器计时并将计时时间归零。延时器主要对第一次电平变化后的电平状态持续时间进行计时，若达到了设定时间(根据要防抖动类型具体设定)并且没有被电平检测器关闭，那么延时器则提供一个有效信号使得串口发送模块将计时器累计时间发送给上位机；若延时器被电平监测器关闭，则说明Kin的点平变化为因误触产生的抖动信号，不将计时器的时间发送上位机。
串口发送模块：串口发送模块是将串口控制模块的计时数据通过串口Tx传输至上位机显示。
对引爆条件的适应性差、计时精度较低、不能够防止人为或其他因素造成的接线误触的缺点，本发明一种防接线误触电爆管精确计时器，利用FPGA高频采样率，提高计时时间的精确度到微秒级，并采用延时器与抖动电平监测器来防止接线误触，通过电平边沿检测的软件方法来适应不同的引爆条件，达到了对弹药引爆组时间间隔的精确计时，防误触、适应性强的要求。
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