專利名稱：本安型無(wú)線交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)線交換機(jī)，尤其涉及一種用于煤礦井下機(jī)電裝備的工況信息傳輸?shù)谋?安型無(wú)線交換機(jī)。
二背景技術(shù)：
煤礦綜合自動(dòng)化是煤礦高產(chǎn)、高效和安全生產(chǎn)的保證，而煤礦井下網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)煤礦 綜合自動(dòng)化的基礎(chǔ)。目前，我國(guó)的許多煤礦都建立了工業(yè)以太網(wǎng)，用于井下采煤裝備以及井 下環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控；但主要是采用有線網(wǎng)絡(luò)方式(光纖+防爆交換機(jī))，我國(guó)井下采用的防爆 交換機(jī)的核心構(gòu)成主要是赫斯曼和西門子兩種類型的交換機(jī)，然后外加防爆外殼，達(dá)到煤礦 安全要求。井下有線以太網(wǎng)存在的不足主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)(1)布置于主要巷道，不能覆 蓋整個(gè)井下；(2)價(jià)格昂貴；(3)無(wú)法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)電裝備的監(jiān)控，比如采煤機(jī)、機(jī)車等。目 前，我國(guó)的煤礦綜合自動(dòng)化項(xiàng)目，均沒(méi)能涵蓋綜采工作面，不能實(shí)現(xiàn)綜采裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
三
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種本安型無(wú)線交換機(jī)，其可提高煤礦井下通訊 技術(shù)、實(shí)現(xiàn)煤礦井下網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋、實(shí)現(xiàn)煤礦綜采工作面機(jī)電裝備和煤礦井下其它運(yùn)動(dòng)裝 備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)高效自動(dòng)化開(kāi)采、遠(yuǎn)程操控與故障診斷提供可靠數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容為， 一種本安型無(wú)線交換機(jī)，其特征是它包括
(1) 、負(fù)責(zé)對(duì)其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊；
(2) 、用于存放已調(diào)試好的用戶應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)以及在系統(tǒng)掉電后需要保存 的用戶數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)模塊；
(3) 、實(shí)現(xiàn)代碼執(zhí)行以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；
(4) 、用于無(wú)線網(wǎng)卡的安裝的PCI總線插槽；
(5) 、負(fù)責(zé)CPU處理以后數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無(wú)線傳輸
模塊；
(6) 、用于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊；
(7) 、以太網(wǎng)模塊，包括終端設(shè)備接口和連接以太網(wǎng)收發(fā)芯片與終端設(shè)備接口、在其二 者之間起著信號(hào)傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、信號(hào)雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網(wǎng)絡(luò)變 壓器；
(8) 、由本安型DC12V電源供電的電源模塊。本安型無(wú)線交換機(jī)基于爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備通用要求B3836. 1-2000以及本質(zhì)安 全型要求GB3836.4—2000設(shè)計(jì)，主要用于煤礦井下運(yùn)動(dòng)機(jī)電裝備的工況信息傳輸(特別是綜 采工作面的機(jī)電裝備)，本無(wú)線交換機(jī)也可以和有線網(wǎng)絡(luò)集成，實(shí)現(xiàn)煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)的全 部覆蓋。本發(fā)明基于聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性能高，采用模塊化設(shè)計(jì)，采用國(guó)際品牌工業(yè) 級(jí)芯片，電控元件均采用成熟、可靠產(chǎn)品，適合煤礦井下的惡劣工作環(huán)境，釆用低功耗設(shè)計(jì)， 并采取外置電源供電。
我們與現(xiàn)有煤礦建立的工業(yè)以太網(wǎng)的不同點(diǎn)為
(1) 已有成果只是實(shí)現(xiàn)了常規(guī)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和數(shù)據(jù)傳輸，本設(shè)備基于爆炸性氣體環(huán)境用
電氣設(shè)備通用要求GB3836. l-2000以及本質(zhì)安全型要求GB3836. 4—2000設(shè)計(jì)，適用于煤礦井下 設(shè)備的信息傳輸。
(2) 本發(fā)明采用低功耗設(shè)計(jì)，并采取外置本安電源供電，整個(gè)設(shè)備的功耗低于10W，正常工作 電流不大于800mA。
(3) 本發(fā)明既可以作為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)應(yīng)用，也可以作為AP應(yīng)用。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)是-
1、 本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井下固定裝備和運(yùn)動(dòng)裝備工作狀態(tài)信息的無(wú)線傳輸；
2、 本發(fā)明具有實(shí)現(xiàn)無(wú)線轉(zhuǎn)接有線、有線轉(zhuǎn)接無(wú)線以及路由功能。
3、 本發(fā)明具有多跳(Multi-H叩)功能，數(shù)據(jù)可以在多個(gè)節(jié)點(diǎn)間有效地傳遞，當(dāng)一個(gè)節(jié) 點(diǎn)受阻時(shí)，數(shù)據(jù)可以選擇從其他的路徑傳遞下去，而且隨著節(jié)點(diǎn)的增減或已有節(jié)點(diǎn)位置的改 變，具有自適應(yīng)性。
4、 本發(fā)明安裝在移動(dòng)裝備上，也能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸，特別適合于像采煤機(jī)、機(jī)車等移 動(dòng)設(shè)備上使用。
5、 本發(fā)明不但適合采煤機(jī)使用，也可用于其它煤礦機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、負(fù)載情況分 析與故障診斷、預(yù)警，具有很強(qiáng)的適用性。
6、 本發(fā)明不但適用于煤礦井下，而且適用于其它非安全環(huán)境使用。
四

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。五具體實(shí)施例方式
如圖1所示， 一種本安型無(wú)線交換機(jī)，其特征是它包括
(1) 、負(fù)責(zé)對(duì)其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊U1;其為Intel公司生產(chǎn)的 IXP425ABD 32位網(wǎng)絡(luò)處理器，IXP425ABD 32采用嵌入式體系結(jié)構(gòu)，具有533兆赫的英特爾 Xscale RISC核心，三個(gè)網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，兩個(gè)配備有MII/RMII介面的10/100 Base-T以太 網(wǎng)MAC以及兩個(gè)UART;工作溫度為一4(TC 85。C; IXP425 ABD是32位微處理器，端口電壓 3.3V，功耗1W，具有高性能和低功耗的特性，容易滿足煤礦安全標(biāo)準(zhǔn)；
(2) 、 2個(gè)用于存放已調(diào)試好的用戶應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)以及在系統(tǒng)掉電后需要保 存的用戶數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)模塊U2、 U3;程序存儲(chǔ)模塊U2、 U3是高速的同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存 儲(chǔ)器(4M WordsX4banksX16bits),時(shí)鐘頻率143MHz，該芯片能夠滿足PC機(jī)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)， 采用低功耗設(shè)計(jì)，工作電壓3.3V，工作電流低于lmA，工作溫度一4(TC 8(TC;
(3) 、實(shí)現(xiàn)代碼執(zhí)行以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊U4;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊U4是Intel公司生 產(chǎn)的一種E28F1281J3C-50 Strata Flash閃存，它是當(dāng)今市場(chǎng)中應(yīng)用最為廣泛的多級(jí)單元 (multi-level cell, MLC)產(chǎn)品，能夠讓單個(gè)存儲(chǔ)單元在相同空間保存2倍的數(shù)據(jù)量；英特爾 Strata Flash輔以Intel公司的快閃數(shù)據(jù)集合器(FDI)軟件，使用戶可以定義代碼和調(diào)整數(shù) 據(jù)容量，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)硬件、改變系統(tǒng)；
(4) 、用于無(wú)線網(wǎng)卡的安裝的Mini PCI總線插槽U5;其是在PCI的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 Mini PCI無(wú)線網(wǎng)卡的標(biāo)準(zhǔn)接口；
(5) 、負(fù)責(zé)CPU處理以后數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無(wú)線傳輸 模塊U6;無(wú)線傳輸模塊U6為Intel公司生產(chǎn)的Mini PCI-type3無(wú)線網(wǎng)卡，完全符合 IEEE802. llg標(biāo)準(zhǔn)，兼容IEEE802. lib標(biāo)準(zhǔn)，提供最高達(dá)54 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率；
(6) 、用于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊 U7;以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊U7為臺(tái)灣Infineon-ADMtek公司的ADM6996L以太網(wǎng)交換控制器， 符合IEEE 802. 3X以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；它具有高性能、低成本和高集成的特點(diǎn)，具有5個(gè)自動(dòng)檢測(cè) 的10/100Mbs全/半雙工端口， 一個(gè)10/100介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC),所有的端口支持10/100Mbs 的全/半雙工數(shù)據(jù)傳輸；該交換模塊內(nèi)嵌SRAM用于數(shù)據(jù)包緩沖，為了得到優(yōu)化的存貯應(yīng)用， 地址表被分為256個(gè)塊；內(nèi)嵌的智能算法可以使其能夠辨識(shí)2048個(gè)MAC地址；
(7) 、以太網(wǎng)模塊U8，包括終端設(shè)備接口U8-l和連接以太網(wǎng)收發(fā)芯片與終端設(shè)備接口、 在其二者之間起著信號(hào)傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、信號(hào)雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器U8-2;終端設(shè)備接口 U8-1為RJ45接口；通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器U8-2為ETHERNET 10/100 BASE QUAD PORT TRANSFORMER通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器；
(8)、由本安型DC12V電源供電的電源模塊U9;本發(fā)明的主板工作電壓為5V，主要芯片 工作電壓為5V、 3. 3V和1. 3V電源，需進(jìn)行電壓變換；電源模塊U9采用International Rectifier公司生產(chǎn)的電源調(diào)節(jié)器IRF7416和CSS1031把DC12V轉(zhuǎn)換為5V和3. 3V，然后再通 過(guò)電源調(diào)節(jié)器LP3965ES，把3. 3V轉(zhuǎn)換為1. 3V。
本發(fā)明的工作原理為當(dāng)數(shù)據(jù)通過(guò)終端設(shè)備接口 U8-1的RJ45接口傳輸?shù)皆摕o(wú)線交換機(jī) 時(shí)，經(jīng)過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器U8-2和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊U7傳輸?shù)胶诵奶幚砟KU1，核心處理 模塊Ul調(diào)用程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行分析并打包處理，將打包后的數(shù)據(jù)包 送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊U4;同時(shí)核心處理模塊Ul調(diào)用程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的程序進(jìn)行分析 計(jì)算，賦予數(shù)據(jù)包將要達(dá)到的目的地的標(biāo)簽，這一歩驟確定了數(shù)據(jù)包將要到達(dá)的地址；然后 由核心處理模塊Ul調(diào)用程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的程序進(jìn)行路由計(jì)算，決定該數(shù)據(jù)包經(jīng)由哪 個(gè)路徑發(fā)送到其目的地節(jié)點(diǎn)，并對(duì)數(shù)據(jù)包加密；Ul核心處理模塊通過(guò)和Mini PCI總線插槽 U5將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線傳輸模塊U6，無(wú)線傳輸模塊通過(guò)無(wú)線的方式發(fā)送該數(shù)據(jù)包。
同理，當(dāng)在數(shù)據(jù)經(jīng)由無(wú)線傳輸模塊U6接收時(shí)，無(wú)線傳輸模塊U6通過(guò)Mini PCI總線插 槽U5和核心處理模塊Ul通訊，核心處理模塊Ul調(diào)用程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的程序?qū)?shù)據(jù) 進(jìn)行分析并打包處理，將打包后的數(shù)據(jù)包送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊U4;同時(shí)核心處理模塊U1調(diào)用 程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的程序進(jìn)行分析計(jì)算，賦予數(shù)據(jù)包將要達(dá)到的目的地的標(biāo)簽，這一 步驟確定了數(shù)據(jù)包將要到達(dá)的地址；然后由核心處理模塊Ul調(diào)用程序存儲(chǔ)模塊U2和U3中的 程序進(jìn)行路由計(jì)算，決定該數(shù)據(jù)包經(jīng)由哪個(gè)路徑發(fā)送到其目的地節(jié)點(diǎn)，并對(duì)數(shù)據(jù)包加密；核 心處理模塊U1通過(guò)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊U7和通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器U8，將數(shù)據(jù)通過(guò)RJ45端口進(jìn) 行傳輸，實(shí)現(xiàn)和其他具有RJ45接口的工業(yè)設(shè)備的通信。
本發(fā)明的主要技術(shù)特點(diǎn)有煤礦井下無(wú)線傳輸帶寬大于25Mbps、煤礦井下無(wú)線傳輸距離 大于等于100m、溫度范圍在一20 40度、工作環(huán)境濕度》85%、功耗低于IOW、正常工作電 流不大于800mA、主板工作電壓5V、峰值電流小于1A，其具有路由功能、有線轉(zhuǎn)接無(wú)線和無(wú) 線轉(zhuǎn)接有線的功能。
本發(fā)明設(shè)計(jì)原則上滿足煤礦安全規(guī)程的本安型設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的工作電壓都在5V及5V以 下，整體電流不超過(guò)0.8A，核心芯片的端口工作電壓只有3.3V，核心電壓只有1.8V，功耗低。
權(quán)利要求
1、一種本安型無(wú)線交換機(jī)，其特征是它包括(1)、負(fù)責(zé)對(duì)其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊(U1)；(2)、用于存放已調(diào)試好的用戶應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)以及在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)的程序存儲(chǔ)模塊(U2、U3)；(3)、實(shí)現(xiàn)代碼執(zhí)行以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(U4)；(4)、用于無(wú)線網(wǎng)卡的安裝的PCI總線插槽(U5)；(5)、負(fù)責(zé)CPU處理以后數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無(wú)線傳輸模塊(U6)；(6)、用于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊(U7)；(7)、以太網(wǎng)模塊(U8)，包括終端設(shè)備接口(U8-1)和連接以太網(wǎng)收發(fā)芯片與終端設(shè)備接口、在其二者之間起著信號(hào)傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、信號(hào)雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器(U8-2)；(8)、由本安型DC12V電源供電的電源模塊(U9)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的本安型無(wú)線交換機(jī)，其特征是核心處理模塊(U1)為IXP425ABD 32位網(wǎng)絡(luò)處理器，其采用嵌入式體系結(jié)構(gòu)，具有533兆赫的英特爾Xscale RISC核心，三個(gè) 網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，兩個(gè)配備有MII/RMII介面的10/100 Base-T以太網(wǎng)MAC以及兩個(gè)UART; 工作溫度為一40。C 85。C; IXP425ABD是32位微處理器，端口電壓3.3V，功耗1W;程序存儲(chǔ)模塊(U2、 U3)是高速的同歩動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器，時(shí)鐘頻率143MHz，工作電壓 3.3V，工作電流低于lmA，工作溫度一40。C 8(TC;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊(U4)是E28F1281J3C-50 Strata Flash閃存； PCI總線插槽(U5)是Mini PCI無(wú)線網(wǎng)卡的標(biāo)準(zhǔn)接口； 無(wú)線傳輸模塊(U6)為Mini PCI-type3無(wú)線網(wǎng)卡； 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊(U7)為ADM6996L以太網(wǎng)交換控制器；終端設(shè)備接口 (U8-1)為RJ45接口；通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器(U8-2)為ETHERNET 10/100 BASE QUAD PORT TRANSFORMER通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器；電源模塊(U9)采用電源調(diào)節(jié)器IRF7416和CSS1031把DC12V轉(zhuǎn)換為5V和3. 3V，然后再 通過(guò)電源調(diào)節(jié)器LP3965ES，把3. 3V轉(zhuǎn)換為1. 3V。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種本安型無(wú)線交換機(jī)，其特征是它包括核心處理模塊、程序存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、PCI總線插槽、無(wú)線傳輸模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊、以太網(wǎng)模塊和電源模塊。本發(fā)明的有益效果是提高煤礦井下通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦井下網(wǎng)絡(luò)的全面覆蓋，彌補(bǔ)有線網(wǎng)絡(luò)的不足，實(shí)現(xiàn)煤礦綜采工作面機(jī)電裝備和煤礦井下其它運(yùn)動(dòng)裝備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)高效自動(dòng)化開(kāi)采、遠(yuǎn)程操控與故障診斷提供可靠數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04W84/02GK101631393SQ20091018310
公開(kāi)日2010年1月20日 申請(qǐng)日期2009年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月7日
發(fā)明者劉繼東, 周曉謀, 姚新港, 王忠賓, 超 譚, 閆海峰, 黃嘉興 申請(qǐng)人:江蘇泰德信息科技發(fā)展有限公司