一种基于LED的深紫外光遥控起爆系统的制作方法

本实用涉及一种起爆系统，尤其是涉及一种基于LED的深紫外光遥控起爆系统。

背景技术：

波长在200nm至350nm范围之间的紫外光被称为深紫外光。由于臭氧层对太阳辐射中波长为240nm至280nm的紫外辐射具有强吸收作用，形成“日盲”区，即在该波段地面不存在太阳的“日盲”紫外干扰。深紫外光通信就是工作在日盲区，以深紫外光作为载体，把待传输的信息调制到深紫外光上，从而完成信息的传输。深紫外光通信技术是一种新型通信方式，深紫外光通信有如下特点：首先，由于大气散射吸收，探测器只能接收到微弱信号，但干扰少，可以工作在如野外爆破等复杂的电磁环境中，并且无须严格对准。其次，紫外光在自由空间传播的过程中会呈指数衰减，所以传输距离大多为可视距离。美国军方高度重视深紫外光通信领域，早在20世纪60年代，美国军方对短距离传输的深紫外光通信进行了大量研究。在2002年，美国开始研究以发光二极管为光源的深紫外光通信系统，并研制出275nm的深紫外LED。我国对于紫外光通信的研究起步相对较晚，但国内近年也越来越重视对于紫外光通信领域的研究，国防科技大学首次使用“日盲”段LED为光源，研究了直升机紫外光通信系统；重庆大学也研究了基于紫外光的语音系统设计与实施。

紫外光通信抗干扰能力强，保密性好、非常适合短距离的复杂电磁环境，在抢险救灾，野外爆破等军事行动中有很大的前景。毋庸置疑，紫外光通信将会受到各个军事大家的高度重视与研究。然而，现有野外爆破军事行动还很少采用通过基于LED的深紫外光遥控起爆系统。

技术实现要素：

本实用是一种基于LED的深紫外光遥控起爆系统，以解决现有技术中的不足，该方法是通过以下技术方案实现：

基于LED的深紫外光遥控起爆系统，其技术方案如下：包括发送端、接收端，所述发送端通过LED深紫外光与接收端实现无线通信，其特征为：包括以STC12C5620AD单片机为控制核心，该单片机通过按键控制模块接收控制信号，并将控制信号显示在LCD显示屏上，所述单片机将控制信号通过驱动电路驱动后通过LED深紫外光向外发送控制信号；所述接收端包括选用光电倍增管做光电探测器(PMT)，该光电探测器PMT探测到深紫外光后将光信号转变为电信号后输入到接收端的放大器中，放大器输出端连接STC12C5620AD单片机，单片机发出控制指令给充电/放电继电器，该继电器与弹药接口连接；该单片机连接LCD显示模块以及按键控制模块。

优选为：所述光电探测器前端增加紫外滤光片，该光电探测器(PMT)通过PMT高压供电模块供电。

优选为：所述紫外滤光片采用干涉滤光片，其中心波长为268.3nm，半波带宽为17.6nm，峰值透射率为20.4％。

有益效果：提高爆破作业的可靠性、安全性。

附图说明

图1为基于LED的深紫外光遥控起爆系统结构框图；

图2为基于LED的深紫外光遥控起爆系统中紫外LED及其驱动电路原理图；

图3为基于LED的深紫外光遥控起爆系统中键盘控制电路原理图；

图4为基于LED的深紫外光遥控起爆系统按键控制与显示面板结构图；

图5为基于LED的深紫外光遥控起爆系统中探测器与单片机接口电路原理图；

图6为基于LED的深紫外光遥控起爆系统中弹药接口电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用，本实施例在以本实用技术方案为前提下进行实施。

系统主要由发送端和接收端组成。深紫外遥控起爆系统发送端，也是用户手持遥控器，以STC12C5620AD单片机为控制核心，通过键盘芯片HD7279控制8个按键。LCD显示器选用12864显示屏，构成中文人机交互界面，方便用户操作。每个按键对应一条控制指令，指令从串口发送，并通过LED驱动芯片NU551驱动深紫外LED光源，完成电光转换。系统电源部分采用锂电池供电并通过TPS61032高效升压转换器输出稳定5V电压。深紫外遥控起爆系统接收端，即起爆器。接收端有两个控制模式：遥控模式和线控人工起爆模式。在遥控模式下，系统会接受并执行来自发送端的指令。在线控人工起爆模式下，接收端可以通过按键，直接对爆破装置进行充电、放电、起爆以及弹药测量功能。

实施例1

本实用发送端将指令调制到LED光源上，通过深紫外光发射，该系统选用的LED深紫外光源可以产生波长为268nm的深紫外辐射，由于地球大气的强烈吸收，选用波长为268nm的深紫外LED光源可以大大提高系统的抗干扰性。

深紫外光遥控起爆系统的发送端

该发送端包括以STC12C5620AD单片机为控制核心，该单片机通过按键控制模块接收控制命令，并将控制命令显示在LCD显示屏上，所述单片机将控制指令通过驱动电路驱动后通过LED深紫外光向外发送控制命令。具体结构如下：

1.LED驱动电路

驱动电路采用NU511芯片，NU511是单通道LED驱动芯片，可以输出100mA-1.2A电流，支持3-12V电压，支持高达1MHz的占空比频率，该驱动电路具体结构如下：NU511的第1管脚通过电阻R10与第3管脚共同接地；第2管脚接紫外LED的阴极；第4管脚通过电阻R11与紫外LED的阳极连接，此外，第5管脚外接7.5V电源电压，为了降低7.5V电源电压外接纹波干扰，增加由电解电容C16和瓷片电容C17并联组成的滤波电路；第5管脚OE作为驱动信号的输入端。

2.信号产生控制模块

信号产生与控制模块，分为键盘控制和屏幕显示部分，键盘控制部分由HD7279和单片机组成，HD7279是一片具有接口可同时连接多达64键的键盘矩阵，内含去抖动电路，以串行的方式输出键值，节省IO口。本系统设计共有8个按键，分别为充电开关、放电开关、引爆开关、上选开关、下选开关、左移开关、右移开关和确认开关。显示电路选用带中文字库的12864液晶屏，让用户通过键盘选择不同功能，单片机检测按键的键值并通过串口发送相应指令，至LED驱动电路OE端，将指令信号加到光源上，通过深紫外LED将信号发送出去。

发送端工作过程：发送端通过键盘检测按键，并执行相应按键功能，每个发送端遥控器都可以单独设置ID，可与接收端匹配。通过串口发送命令，并经深紫外LED灯调制到光路发送。

深紫外光遥控起爆系统的接收端

接收端包括对接收信号的放大器，放大器输出端连接STC12C5620AD单片机，单片机发出控制指令给充电/放电继电器，该继电器与弹药接口连接；该单片机连接LCD显示模块以及按键控制模块。

1.光电探测器与单片机接口电路

光电探测器PMT探测到信号后经LM339放大器放大，放大倍数可根据电位器的值调整，方便调试。经过放大后的信号进入单片机串口接收端RXD，单片机检测指令后作出响应。

弹药接口设计弹药接口电路采用继电器对电路的充放电进行逻辑保护。通过单片机控制充放电继电器和引爆继电器。充电时继电器闭合，电路对电容充电。引爆时引爆继电器闭合，连接弹药接口，点燃雷管。

接收端选用光电倍增管做光电探测器，光电倍增管由发射阴极、聚焦电极、倍增极和阳极组成。由于紫外光在大气中的传播呈指数衰减，故只有很少的光子达到光电探测器，而光电倍增管利用二次电子发射的原理，可以检测到微弱的光信号，是一种弱光探测器。为了配合发射端发射的深紫外光的波长，接收端选用滨松公司的R7154光电倍增管，其响应波段为160nm至320nm，光谱响应峰值为254nm，符合设计需求。爆破系统一般应用环境为室外环境，在室外环境下，会存在可见光和红外光的干扰，为了消除干扰，将噪声降至最低，在探测器前端增加“日盲”紫外滤光片。滤光片主要分为干涉滤光片和吸收滤光片，本设计采用干涉滤光片，其中心波长为268.3nm，半波带宽为17.6nm，峰值透射率为20.4％。PMT高压供电模块

为了产生强电场发射电子，光电倍增管需要在阴极和阳极之间加入高达千伏的高压。滨松公司的R7154工作电压为1250V，所以系统需要PMT高压供电模块。高压供电模块选用C7950系列。C7950系列高压供电模块由稳压高压电源、有源分压器、电流－电压转换器以及带宽0～5MHz的宽带放大器组成。C7950在正常工作时，只需要提供±15V的电压以及0～3.6V的控制电压。

C7950工作原理如下：稳压高压电源产生高电压后经过有源分压器分压后驱动PMT，当PMT检测到光子后输出信号经宽带放大器放大后输出。

接收端工作过程：接收端具有遥控模式和手动模式，其中遥控模式具有匹配ID，与发射端设备ID号匹配，用于防止一个遥控器同时遥控多个引爆控制器。在遥控模式下，串口接收遥控器发出的指令，一条指令分为4个字节，包括开始字节、设备ID字节、命令字节和结束字节。接收端检测指令，判断设备ID是否匹配后执行相应命令(充电、放电、引爆、弹药测量)。在手动模式下，用户可直接操作控制器，完成相应功能。单片机接到相应指令完成相应操作，其中充电、放电与引爆指令为驱动ULN2003控制继电器，对大电容进行充电与放电的操作；弹药测量指令为利用STC12C5620AD内部AD采集弹药阻值并显示。

上述实施例为本实用较佳的实施方式，但本实用的实施方式不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用的原理下所做的修改、组合或替代，都包含在本实用的保护范围之内。