【案例分析】如何實現高精度無線同步控制礦山開採？

隨著現代社會工業化程序的不斷加快，人們對於礦山開採的規模和速度要求越來越高。為了快速推進礦山的開採作業，人們對於Z藥威力的要求越來越高。

考慮到生產、運輸和儲存等各個方面的安全性以及國家有關方面的強制要求，雷guan的huo藥填裝量是有嚴格限制的，不允許隨意加大。因此人們轉而採用將多個 雷guan“並聯”的方式來加大其爆炸威力；這樣在生產，運輸和儲存等各個環節 雷guan都是單獨管理的，可以滿足安全性方面的要求，到了礦山現場，將這些 雷guan密集的安裝在礦山的不同位置，然後讓他們同時起爆，就可以起到一個“超大型 雷guan”的效果，但是這種技術帶來了一個新的挑戰，那就是 雷guan的同步點火問題。

傳統有線同步爆po控制技術的困境

雙絞線並聯組網的有線技術自誕生以來經過多年的不斷最佳化迭代，其同步精度目前已經可以做到一毫秒，在大量的工業現場都取得了良好的爆炸效果，其爆炸威力比同等當量的單個 雷guan效果好得多，安全性也很不錯，經濟效益也十分明顯。但是同樣存在著如下的問題：

一、有線爆Po的線路凌亂 這種雙絞線並聯組網方式在施工過程中需要大量的引線將所有的 雷G連線起來，這種連線方式可以是星型，也可以是樹形，也可以是菊花鏈狀，十分靈活；但是這也帶來了一個嚴重的問題，那就是現場混亂不堪；

二、有線 爆Po故障排查難 一旦有的點位沒有接觸良好，有線的連線，會加大故障排查和驗證的難度；

三、有線 爆Po故障波及面廣 一旦有一個非末端的點位沒有接觸良好，可能導致部分炸點，甚至區域性某一個片區完全脫網，這會導致該區域完全無法起爆，其整體爆炸效果大打折扣，嚴重情況下會使得 爆Po作業完全失敗，需要二次作業。

如何實現高精度無線同步控制爆po？

在大量的工程實踐中，人們發現很多的爆po失效都是因為負責組網的導線接觸不良所致，糟糕的是，一旦某根幹線接觸不良，所有掛接在該幹線下的分支節點都會因為脫離網路而失去控制；近些年來無線技術的不斷髮展引起了人們的重視，無線控制爆po在安全性、便捷性、經濟性方面具有獨特優勢，是傳統爆po無法比擬的。其優勢主要體現在以下的方面：

（1 ）組網能力強 可一次完成大規模爆po，採用快速無線連線，網路連線方便快捷，加快工程進度，為爆po施工節約時間及人力、物力；

（2 ）延期精度高 透過合理的爆po設計，可減少5% ～15% 炸yao使用量，提高炸yao使用效率，降低爆po成本；

（3 ）能有效降低振動 減少對周邊生產裝置及設施、房屋的破壞；

（4 ）施工成本低 減少礦石大塊率，減少鏟裝運輸成本，後期加工方便，節約耗電，提高綜合效率。

從理論上來講，無線技術可以擺脫導線連線方面的困擾，但是無線技術需要解決，電池供電和功耗、無線通訊的穩定和可靠性、無線通訊的延時和同步精度這三個問題。

在傳統的有線組網方案中，導線既是訊號傳輸線，也是電源線；在無線方案中，電力供應就成為首先需要解決的問題。近些年由於90 奈米以下的低功耗半導體技術的高速發展，支援電磁波喚醒技術的無線電通訊模組已經可以做到微安級的功率消耗，完全可以依靠一節 CR2032 的紐扣電池待機數年時間，因此WiMi-net 採用 90 奈米以下的低功耗半導體晶片，高效能低功耗的射頻晶片，與之相匹配的WiMi-net 無線通訊協議軟體，電池供電和功耗問題就完全可以解決了。

WiMinet 經過多年的潛心研究，已經發展出一整套完整的WiMi-net 無線組網通訊協議棧，WiMi-net 無線通訊協議棧內建組網演算法和TCP/UDP 通訊協議，特別是構建於UDP 資料包基礎之上的WOR （Wake On Radio ）電磁波喚醒技術可高效解決雷guan組網的高精度同步和無線傳輸穩定可靠性問題。

礦山爆po執行前，在預定地點安置完成炸點，這些炸點都具有獨立的無線訊號接收裝置以及彼此獨立的無線喚醒機制。在單位時間內，均在休眠和喚醒之間切換。

如圖所示，每一個雷guan 都配置一個無線模組，每個無線模組都由一塊 CR2032 的紐扣電池供電，在WiMi-net 無線通訊協議棧的控制下，炸點射頻感應電路被週期性的喚醒，在喚醒的過程中不斷的搜尋空中是否有喚醒的無線電訊號。圖片中黃色脈衝表示炸點的無線模組處於休眠階段，綠色的脈衝表示炸點的無線模組處於喚醒階段。

如果沒有發現電磁波喚醒訊號則炸點轉入休眠狀態，等待下一個喚醒週期再次醒來，該過程如同圖中黃色的脈衝線所示。

一旦炸點檢測到發射機的電磁波喚醒訊號，就會開始比較喚醒報文的安全特徵碼；如果特徵碼匹配，則該炸點進入安全接收過程，如圖中的綠色脈衝線所示。如果特徵碼不匹配，則該炸點重新進入休眠狀態。

當爆po指令發出，每個炸點的接收裝置，在不同的時間節點接收到由無線發射機發出的無線起爆控制訊號，待所有炸點均接收完成訊號（如圖中綠色區域），便開始“炸前準備”。準備完成，進入爆炸階段，這一階段所有炸點均在相同的時間T 時刻，同步爆炸。同步延遲可控制在 0.5ms 以內。

考慮到每一個無線模組上電啟用的時間不同，因此每一個無線模組內部的計數器都是不一樣的，並且其定時休眠喚醒的時間也不可能完全同步，因此在收到發射機的同步點火起爆指令之後，無線模組需要從任意接收時刻開始自動的推算喚醒報文的結束時間，然後執行高精度的時鐘校準，在微秒計時器計時結束之後送出雷guan點火指令，實現同步起爆。

無線爆po的通訊技術是工業無線應用的一個縮影，無線通訊技術在工業的應用及其廣泛，無線遠端控制的開發是將來工業資訊化的重要途徑。