多路起爆電路設(shè)計(jì)及特性分析

王 一，劉擇生，趙旭瑞，秦棟澤

（1.中北大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，太原 030051；2.中國(guó)人民解放軍63850部隊(duì)，吉林 白城 137001；3.晉西工業(yè)集團(tuán)，太原 030051）

0 引言

在自修復(fù)雷場(chǎng)中，跳躍式智能封鎖雷不僅能夠探測(cè)和定位周圍其他子雷并交互信息，而且可以通過跳躍機(jī)構(gòu)完成自主移動(dòng)。當(dāng)雷場(chǎng)因作戰(zhàn)爆炸或敵方排雷而破壞隊(duì)形時(shí)，跳躍式智能封鎖雷可以通過跳躍機(jī)構(gòu)完成自主移動(dòng)，自行愈合雷場(chǎng)［1-2］。

智能封鎖雷的跳躍機(jī)構(gòu)由均勻周向布置的八路火工品燃爆點(diǎn)構(gòu)成，其起爆電路可根據(jù)主機(jī)命令控制火工品單路起爆、單路連續(xù)起爆或多路同步起爆，從而完成指定方位角的單次或多次連續(xù)跳躍。起爆電路是跳躍機(jī)構(gòu)的核心，要求其不僅具有高安全性［3］，而且具有起爆火工品的快速性和同步性，安全性是指不誤起爆火工品，防止誤跳躍；快速性是指能快速響應(yīng)主機(jī)命令，銜接跳躍動(dòng)作；同步性要求多路火工品相互之間的起爆時(shí)間差盡量小，減小跳躍方位角的偏差。

目前主要采用爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)作為多點(diǎn)起爆系統(tǒng)，如基于“拐角”效應(yīng)的炸藥裝藥爆炸邏輯網(wǎng)絡(luò)和導(dǎo)爆索制成的多點(diǎn)起爆網(wǎng)絡(luò)，只能以特定方式起爆，靈活性低，受導(dǎo)爆索傳爆速度和傳爆距離誤差的影響，難以保障多點(diǎn)起爆的快速性和同步性［4-6］。文獻(xiàn)［7］設(shè)計(jì)了一種以等邊三角形排列的平面多點(diǎn)起爆傳爆網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，多點(diǎn)起爆同步性極差小于0.6μs。文獻(xiàn)［8］設(shè)計(jì)了一種剛性和柔性相結(jié)合的多點(diǎn)同步起爆網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試結(jié)果表明，多點(diǎn)同步起爆時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.59μs。本文提出了一種基于STM32的火工品多路起爆電路，采用雙端控制、低通濾波等設(shè)計(jì)方法保障起爆電路的安全性和抗干擾性，通過計(jì)算分析部分元器件參數(shù)，減小了起爆的硬件延遲時(shí)間和火工品的發(fā)火時(shí)間，提高了能量利用率，提高了起爆快速性和同步性，最后制板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，完成對(duì)起爆電路的性能評(píng)估。該電路可為自修復(fù)雷場(chǎng)中智能封鎖雷跳躍的應(yīng)用需求提供設(shè)計(jì)參考。

1 多路起爆電路的設(shè)計(jì)原理

火工品是由火藥或炸藥制成的、一次性使用的小型爆炸元件和裝置的總稱，點(diǎn)火元件是火工品的重要構(gòu)成部件，其作用就是點(diǎn)火。點(diǎn)火元件受外部能量的激勵(lì)，發(fā)出火焰沖能或其他形式的能量并傳遞給起爆藥，從而引爆火工品。其中，橋絲式電引火元件的能量轉(zhuǎn)換方式是將電能轉(zhuǎn)換為熱能，金屬橋絲具有電阻性質(zhì)，在瞬時(shí)大電流的作用下溫度驟然升高，熱能通過熱傳導(dǎo)傳遞給起爆藥，當(dāng)能量達(dá)到起爆點(diǎn)時(shí)起爆［9-10］。橋絲式電引火元件的激發(fā)需要瞬時(shí)輸入較大的電流能量，可采用儲(chǔ)能電容放電或直流電源供電的起爆方式，因儲(chǔ)能電容放電是以脈沖形式輸出能量，比直流電源的脈沖功率大，所以采用儲(chǔ)能電容放電的方式可以減小起爆時(shí)間［11］。

點(diǎn)火控制電路是控制儲(chǔ)能電容放電的關(guān)鍵。若采用模擬電路的控制方式，電路設(shè)計(jì)復(fù)雜且控制不夠靈活，本文采用STM32 單片機(jī)作為點(diǎn)火控制電路的主芯片，通過UART 與主機(jī)進(jìn)行通信，可根據(jù)主機(jī)發(fā)送的命令靈活控制多路點(diǎn)火控制電路［12］。

點(diǎn)火控制器件多采用繼電器和場(chǎng)效應(yīng)管，繼電器易損壞可靠性低，NMOS管無法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電容與火工品的電氣隔離，安全性低［13］。本文采用晶閘管控制執(zhí)行電路，能將儲(chǔ)能電容與火工品安全隔離開來，控制靈敏。

圖1為多路起爆電路系統(tǒng)框圖，主要由升壓電路、降壓電路、執(zhí)行電路、點(diǎn)火控制電路和STM32單片機(jī)組成。升壓電路將外部電壓升高后供執(zhí)行電路的儲(chǔ)能電容充電；降壓電路將外部電壓降低到5V 和3.3V 供后級(jí)電路使用；執(zhí)行電路的儲(chǔ)能電容充電至滿電荷，在點(diǎn)火控制電路的驅(qū)動(dòng)下放電；STM32通過UART 接收主機(jī)發(fā)送的命令，控制相應(yīng)的點(diǎn)火控制電路輸出起爆信號(hào)。

圖1 多路起爆電路系統(tǒng)框圖

2 多路起爆電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 電源電路

由于本文設(shè)計(jì)的多路起爆電路是用12V 電池供電的，若直接供儲(chǔ)能電容充電，其電壓水平不足以可靠起爆火工品，而且隨著使用時(shí)間變長(zhǎng)，電池會(huì)出現(xiàn)輸出電壓降低、負(fù)載能力不足的問題，DC-DC升壓電路的輸入電壓范圍寬，可以有效克服這一問題，將電池的輸出電壓升高并鉗位在某一恒定電壓。

選擇LM2577-ADJ升壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器作為升壓電路的主芯片，該芯片外圍元器件少、輸入電壓范圍為3.5～40V，并且可根據(jù)需求調(diào)整輸出電壓，最高可達(dá)60V，在電路設(shè)計(jì)上更具靈活性［14-15］。升壓電路原理圖如圖2所示。

圖2 升壓電路原理圖

LM2577-ADJ轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的52kHz固定頻率振蕩器控制NPN 開關(guān)晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)晶體管導(dǎo)通時(shí)將能量?jī)?chǔ)存在外接電感L1中，當(dāng)晶體管截止時(shí)外接電感L1將能量輸送到輸出電容C3，所以調(diào)整晶體管的導(dǎo)通占比，即占空比，就能調(diào)整需要的輸出電壓。可以通過調(diào)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)R2和R3的比值來調(diào)整占空比，輸出電壓UOUT為：

基準(zhǔn)電壓Uref＝1.23V，本文R2／R3＝11，故UOUT＝14.76V。

點(diǎn)火控制電路需要5V 的基準(zhǔn)電壓，STM32芯片的工作電壓為3.3V，因此12V 的外部電源需要經(jīng)過降壓變換后才能供后級(jí)電路使用，本文使用兩個(gè)線性穩(wěn)壓器級(jí)聯(lián)構(gòu)成降壓電路，轉(zhuǎn)換效率高，其原理如圖3所示。首先使用傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器7805將12V 轉(zhuǎn)換為5V，7805三端穩(wěn)壓器的輸入輸出壓差要求大于2V，輸出電壓誤差小、性能穩(wěn)定［16］。然后使用低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）AMS1117 將5V轉(zhuǎn)換為3.3V，LDO 具有成本低、噪音低等特點(diǎn)［17］。級(jí)聯(lián)設(shè)置的降壓電路的外接元件只需要幾個(gè)旁路電容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用PCB板面積小。

圖3 降壓電路原理圖

2.2 執(zhí)行電路

一路執(zhí)行電路原理如圖4所示。二極管D4、電阻R4和儲(chǔ)能電容C12構(gòu)成充電回路，升壓電路的輸出端經(jīng)充電回路為儲(chǔ)能電容C12充電。當(dāng)晶閘管VT1門級(jí)G 的起爆信號(hào)拉高時(shí)，晶閘管VT1導(dǎo)通，由于導(dǎo)通后的晶閘管內(nèi)阻幾乎為零，所以儲(chǔ)能電容C12通過與晶閘管VT1、火工品構(gòu)成的放電回路迅速放電，從而起爆火工品。二極管D4單向?qū)?，防止?chǔ)能電容通過電阻R4放電。電阻R5＞＞R4，保證儲(chǔ)能電容充電至滿電荷時(shí)的電壓接近UOUT，并且R5與儲(chǔ)能電容C12構(gòu)成緩慢放電回路，在未能起爆火工品時(shí)將C12的電能緩緩釋放，保證了跳躍機(jī)構(gòu)失效時(shí)的安全性。

圖4 執(zhí)行電路原理圖

儲(chǔ)能電容是執(zhí)行電路的核心，若其容值太小，儲(chǔ)存的能量不足以起爆火工品；若其容值太大，充放電速度緩慢，所以合理選擇儲(chǔ)能電容，有利于提高能量利用率，減小火工品的發(fā)火時(shí)間。本文使用的火工品的電阻約為5Ω，以1A 恒定電流點(diǎn)火時(shí)的起爆能量約為6mJ，起爆時(shí)間約為1.2ms。

儲(chǔ)能電容充電至滿電荷時(shí)的電壓近似于充電電壓，儲(chǔ)存的能量WC為：

C為儲(chǔ)能電容的電容量，UOUT等于升壓電路的輸出電壓，為14.76V。

在放電回路中，電阻R4＞＞火工品電阻，儲(chǔ)能電容的放電過程可認(rèn)為是一階電路的零輸入響應(yīng)過程，忽略導(dǎo)線電阻等因素的影響，由基爾霍夫電壓定律可得：

式中，Rs為火工品的阻值，UVT為晶閘管正向?qū)〞r(shí)的壓降，約為1.7V，此式是一階微分方程，放電起始時(shí)刻儲(chǔ)能電容兩端電壓為UOUT，解得儲(chǔ)能電容放電時(shí)電壓隨時(shí)間變化的表達(dá)式：

忽略晶閘管導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻，根據(jù)歐姆定律，放電電流隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：

將放電電流大于1A 的時(shí)間定義為起爆電流持續(xù)時(shí)間ts，由式（5）解得：

火工品在這段時(shí)間內(nèi)獲得的能量Ws為：

由火工品的起爆能量可解得儲(chǔ)能電容最小容值C＝51.3μF，考慮到火工品溫升階段的熱量散失和電容器的偏壓特性［18］，取C＝100μF。起爆火工品的能量利用率η：

代入數(shù)據(jù)，得η＝73.44%，具有較高的能量利用率。

電容確定后，其充電速度由充電電阻R4決定，充電時(shí)儲(chǔ)能電容電壓隨時(shí)間變化的表達(dá)式為：

經(jīng)測(cè)量，單片機(jī)上電復(fù)位期間，其GPIO 會(huì)輸出一個(gè)脈寬為2.58ms的脈沖，有可能誤導(dǎo)通晶閘管使儲(chǔ)能電容放電?？刂苾?chǔ)能電容的充電速度，即使誤放電，其儲(chǔ)存的能量也不應(yīng)起爆火工品，即：

解得R4最小值R4，min＝13.27Ω，因電容的動(dòng)態(tài)電氣特性，充電電流太大會(huì)影響電容的容值和等效串聯(lián)電阻、電感，造成電容的不完全充電，所以取R4＝1kΩ。

2.3 點(diǎn)火控制電路

點(diǎn)火控制電路利用STM32單片機(jī)控制三極管的通斷實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行電路中晶閘管的驅(qū)動(dòng)，一路點(diǎn)火控制電路原理如圖5所示。STM32選用ST 公司的STM32F103C8T6，它是一款基于ARM Cortex-M 內(nèi)核STM32系列的32位的微控制器，程序存儲(chǔ)器容量是64kB［19］。它有48個(gè)引腳，除必要引腳外，使能了2個(gè)與主機(jī)通訊的UART 引腳和16個(gè)輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)的GPIO 引腳。STM32接收到主機(jī)發(fā)送的命令后，內(nèi)部處理信息，控制相應(yīng)序號(hào)的點(diǎn)火控制電路起爆火工品，如起爆火工品1，GPIO1和GPIO2輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1和起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2，起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1高電平有效，起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2低電平有效，此時(shí)三極管Q1截止Q2導(dǎo)通，輸出起爆信號(hào)導(dǎo)通晶閘管。

圖5 點(diǎn)火控制電路原理圖

三極管Q1、Q2作為開關(guān)元件應(yīng)工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，為了提高三極管的開通速度以迅速起爆火工品，可以增大基極電流防止三極管深度飽和，但同時(shí)也要考慮到STM32的GPIO 輸出電流有限，所以要合理選擇R21、R22的阻值。例如R22，三極管Q1的集電極電流Ic為：

要使其工作于飽和區(qū)，基極電流最小為25μA，R22阻值最大為：

因GPIO 輸出電流一般不超過5mA，R22阻值最小為：

綜上取R22的阻值為680Ω。

3 安全性、抗干擾性分析

火工品是一類敏感的小型爆炸元件，對(duì)起爆電路的安全性和抗干擾能力要求極高，因此在電路設(shè)計(jì)中，必須考慮安全性和抗干擾能力。

如前文所述，STM32單片機(jī)上電復(fù)位時(shí)GPIO 會(huì)輸出一個(gè)脈沖，有可能誤點(diǎn)火，通過控制儲(chǔ)能電容的充電速度，即使誤放電，其儲(chǔ)存的能量也不應(yīng)起爆火工品，增強(qiáng)電路的安全性。

在點(diǎn)火控制電路中，使用兩只三極管對(duì)起爆信號(hào)進(jìn)行雙端控制，當(dāng)且僅當(dāng)起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1、2分別為高電平和低電平時(shí)輸出起爆信號(hào)。因STM32上電復(fù)位時(shí)GPIO 的狀態(tài)一致，所以雙端控制設(shè)計(jì)可避免上電復(fù)位時(shí)的脈沖誤點(diǎn)火。除此之外，硬件受電磁干擾或程序跑飛時(shí)可能導(dǎo)致GPIO 輸出固定電平或脈沖，雙端控制設(shè)計(jì)可抑制共模干擾，增強(qiáng)電路的安全性。

對(duì)起爆信號(hào)的輸出進(jìn)行濾波處理，能夠有效濾除線路上的尖峰干擾。在圖5 的點(diǎn)火控制電路中，R24和C12組成RC低通濾波網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了起爆信號(hào)的抗干擾能力，防止尖峰干擾誤起爆火工品。

軟件安全性與抗干擾能力同樣不可忽視。在UART 通信中使用奇偶校驗(yàn)增強(qiáng)通信安全性，防止傳輸數(shù)據(jù)突變誤起爆火工品。

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與特性分析

4.1 電路仿真實(shí)驗(yàn)

在制作PCB板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前，為驗(yàn)證GPIO 能否可靠控制儲(chǔ)能電容放電起爆火工品，使用Multisim 軟件搭建執(zhí)行電路（圖4）和點(diǎn)火控制電路（圖5），電路設(shè)置供電電源為升壓電路的輸出電壓，即14.76V；用兩只開關(guān)S1、S2分別模擬STM32單片機(jī)的GPIO1和GPIO2，開關(guān)閉合表示GPIO 輸出高電平，開關(guān)斷開表示GPIO 輸出低電平，S1默認(rèn)斷開，S2默認(rèn)閉合；用一個(gè)5Ω 電阻模擬火工品，剩余元器件的型號(hào)、容差、封裝均與實(shí)際元件相同，可以得到最接近實(shí)際情況的仿真結(jié)果。使用四通道示波器的A 通道測(cè)量火工品電阻兩端的電壓，B通道和C通道分別測(cè)量起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1和起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2的波形，其仿真波形圖如圖6所示。

圖6 仿真波形圖

由圖6可知，電路初始狀態(tài)為：起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1為低電平且起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2為高電平，此時(shí)儲(chǔ)能電容處于充電狀態(tài)，不對(duì)火工品放電。當(dāng)起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1為高電平且起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2為低電平時(shí)，儲(chǔ)能電容迅速對(duì)火工品放電，放電尖峰電壓約為12.481V，略低于直流電源電壓。仿真結(jié)果表明，GPIO 輸出的起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)能夠可靠控制儲(chǔ)能電容對(duì)火工品放電。

4.2 起爆功能實(shí)驗(yàn)

將八路火工品起爆電路集成到一塊PCB上，使用Altium Designer軟件進(jìn)行布局走線，控制器件與控制信號(hào)走線盡量短而等長(zhǎng)，經(jīng)制板、元器件焊接得到的多路起爆電路PCB板如圖7所示，使用5Ω 電阻代替火工品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖7 多路起爆電路PCB板

串口通信波特率為921 600bps，每一組起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)由一個(gè)8bit的字符命令控制，每一幀數(shù)據(jù)包括1bit起始位、8bit數(shù)據(jù)位、1bit奇校驗(yàn)位和1bit停止位。

圖8為一組起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)與相應(yīng)起爆信號(hào)的波形圖，示波器1、2通道分別測(cè)量起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1和2，3通道是相應(yīng)的起爆信號(hào)，當(dāng)且僅當(dāng)起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)1為高電平且起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)2為低電平時(shí)輸出起爆信號(hào)。

圖8 起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)和起爆信號(hào)波形圖

圖9是一組起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)和相應(yīng)火工品兩端電壓波形圖，1、2通道同上，3通道測(cè)量火工品兩端電壓。當(dāng)起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)有效，即輸出起爆信號(hào)時(shí)，儲(chǔ)能電容對(duì)火工品放電。因儲(chǔ)能電容不完全放電、熱量損耗等因素，火工品的尖峰電壓Up＝12.25V，略低于儲(chǔ)能電容的充電電壓。由圖中光標(biāo)可知，起爆電流持續(xù)時(shí)間ts＝500μs，火工品電壓波形也是按指數(shù)衰減的零輸入響應(yīng)過程，計(jì)算得這段時(shí)間內(nèi)火工品獲得的能量Ws為：

圖9 起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)和火工品兩端電壓波形圖

大于其發(fā)火能量，火工品能可靠起爆。

4.3 快速性分析

起爆快速性是指STM32單片機(jī)能夠根據(jù)主機(jī)命令控制相應(yīng)GPIO 輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)，迅速起爆火工品。從STM32輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)到火工品起爆的時(shí)延主要包括硬件延遲時(shí)間td和火工品發(fā)火時(shí)間tfire。

硬件延遲時(shí)間td主要受控制器件開通速度、線路阻抗等因素影響，本文通過合理選擇三極管基極限流電阻、縮短PCB走線的方法減小硬件延遲時(shí)間。調(diào)整圖9的時(shí)基標(biāo)度得到1μs／Div的波形圖10，由光標(biāo)位置可知硬件延遲時(shí)間td約為1.578μs。

圖10 1μs／Div的實(shí)驗(yàn)波形圖

在放電回路中，儲(chǔ)能電容充電電壓和回路電阻一定，火工品發(fā)火時(shí)間tfire主要受儲(chǔ)能電容容值影響，本文在保證可靠起爆的基礎(chǔ)上選擇儲(chǔ)能電容C＝100μF，提高了能量利用率，減小了火工品發(fā)火時(shí)間tfire，解下列積分上限方程式：

W是火工品的發(fā)火能量，Up是火工品兩端的尖峰電壓，Rs是火工品內(nèi)阻，解得tfire＝401.943μs。

綜上所述，起爆快速性的影響因素如表1 所示，從STM32輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)到火工品起爆的總時(shí)延t＝403.521μs，具有起爆快速性。

表1 起爆快速性的影響因素

4.4 同步性分析

多路起爆電路PCB最多可起爆八路火工品，依次編號(hào)1～8。起爆同步性要求多路火工品同時(shí)起爆時(shí)，其相互之間的起爆時(shí)間差盡量小。起爆同步性主要受起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出時(shí)間差ΔtT、硬件延遲時(shí)間差Δtd和火工品發(fā)火時(shí)間差Δtfire影響。

同廠同批次的橋絲式電火工品在相同起爆條件下，發(fā)火時(shí)間精度主要受制造工藝誤差影響，如橋絲直徑和長(zhǎng)度誤差、藥頭質(zhì)量誤差等。文獻(xiàn)［9］選取若干發(fā)同廠同批次的LTNR 系剛性16μm 橋徑點(diǎn)火頭進(jìn)行測(cè)試，其發(fā)火時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差為24.4μs。文獻(xiàn)［20］使用20發(fā)橋絲電阻一致、藥頭質(zhì)量在12～15mg的點(diǎn)火頭進(jìn)行試驗(yàn)，其發(fā)火時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差為31.0μs。因此，合理的制造工藝誤差對(duì)橋絲式電火工品的性能沒有明顯影響，滿足同步性要求。在實(shí)際應(yīng)用中，選用電阻誤差小、藥頭質(zhì)量誤差小的火工品可提高發(fā)火時(shí)間精度。本實(shí)驗(yàn)使用5Ω 電阻代替火工品，模擬在制造工藝上沒有誤差，因此實(shí)驗(yàn)中忽略火工品發(fā)火時(shí)間差Δtfire。

起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出由主機(jī)發(fā)送命令控制。為減小UART 串行通信傳輸命令對(duì)起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出同步性的影響，采用固定延時(shí)、并行輸出的方法。因STM32單片機(jī)可對(duì)同一組的多個(gè)端口同時(shí)進(jìn)行賦值操作，所以使能同一組端口，即GPIOB的PB0～PB15，作為輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)的GPIO。當(dāng)STM32通過UART 接收到命令時(shí)，開啟固定延時(shí)，確保延時(shí)內(nèi)接收到全部命令，然后根據(jù)命令判斷各GPIO 的輸出狀態(tài)，并行輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)，因此，起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出時(shí)間差ΔtT＝0。

硬件延遲時(shí)間差Δtd主要由控制器件開通速度不同、線路阻抗不同等因素造成，因此，使用同批次相同參數(shù)元件、PCB等長(zhǎng)走線等措施可以減小硬件延遲時(shí)間差Δtd。以火工品1為參照，兩兩進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，圖11中通道1、2分別為火工品1、2同時(shí)起爆時(shí)的波形圖，由光標(biāo)位置可知，兩火工品起爆的硬件延遲時(shí)間差Δtd＝-110μs。同理可得各火工品與火工品1的硬件延遲時(shí)間差，如表2所示。分析可知，同時(shí)起爆包含火工品2和6的多路火工品時(shí)的硬件延遲時(shí)間差Δtd最大，為0.394μs。

表2 各火工品與火工品1的硬件延遲時(shí)間差

圖11 火工品1和2同時(shí)起爆波形圖

綜上所述，起爆同步性的影響因素如表3所示，不計(jì)火工品發(fā)火時(shí)間差Δtfire時(shí)，起爆多路火工品的最大時(shí)間差為0.246μs，具有起爆同步性。

表3 起爆同步性的影響因素

5 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)智能封鎖雷的跳躍機(jī)構(gòu)，提出了一種基于STM32的多路起爆電路。在電路設(shè)計(jì)上采用雙端控制、低通濾波等方法提高電路的安全性和抗干擾能力?；趨?shù)計(jì)算選擇關(guān)鍵元器件，使用固定延時(shí)、并行起爆的起爆方式，以減小火工品的發(fā)火時(shí)間和起爆硬件延遲時(shí)間。特性分析表明：從STM32輸出起爆驅(qū)動(dòng)信號(hào)到火工品起爆的時(shí)延為403.521μs，具有起爆快速性；不計(jì)火工品發(fā)火時(shí)間差時(shí)，起爆多路火工品的最大時(shí)間差為0.246μs，具有起爆同步性。該電路簡(jiǎn)單可靠、PCB 體積小，能與主機(jī)通訊、功能靈活，可為自修復(fù)雷場(chǎng)中智能封鎖雷跳躍的應(yīng)用需求提供技術(shù)支持。