專利名稱：本安型無線交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種無線交換機(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)谋景残蜔o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)(l)布置于主要 巷道，不能覆蓋整個(gè)井下；(2)價(jià)格昂貴；(3)無法實(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，我國的煤礦綜合自動(dòng)化項(xiàng)目，均沒能涵蓋綜采工作面，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)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種本安型無線交換機(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)測和控制，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)高效自動(dòng)化開采、遠(yuǎn)程操控與故障診斷 提供可靠數(shù)據(jù)。 本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容為，一種本安型無線交換機(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)的無線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無線 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。本實(shí)用新型基于聯(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，采用低功耗設(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. 1-2000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)本實(shí)用新型采用低功耗設(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 IOW，正常工作電流不大于800mA。 (3)本實(shí)用新型既可以作為無線網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)應(yīng)用，也可以作為AP應(yīng)用。 本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)是 1、本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦井下固定裝備和運(yùn)動(dòng)裝備工作狀態(tài)信息的無線傳 輸； 2、本實(shí)用新型具有實(shí)現(xiàn)無線轉(zhuǎn)接有線、有線轉(zhuǎn)接無線以及路由功能。 3、本實(shí)用新型具有多跳(Multi-Hop)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、本實(shí)用新型安裝在移動(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、本實(shí)用新型不但適合采煤機(jī)使用，也可用于其它煤礦機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、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、本實(shí)用新型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為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
五具體實(shí)施方式如圖1所示，一種本安型無線交換機(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/RMI1介面的10/100Base-T以太 網(wǎng)MAC以及兩個(gè)UART ;工作溫度為_40°C 85°C ;IXP425ABD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-40°C 80°C ; (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，而無需重新設(shè)計(jì)硬件、改變系統(tǒng)； (4)、用于無線網(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 來的Mini PCI無線網(wǎng)卡的標(biāo)準(zhǔn)接口 ； (5)、負(fù)責(zé)CPU處理以后數(shù)據(jù)的無線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無線 傳輸模塊U6 ;無線傳輸模塊U6為Intel公司生產(chǎn)的Mini PCI_type3無線網(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)54Mbps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Inf ineon-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)檢測的10/100Mbs全/半雙工端口 ， 一個(gè)10/100介質(zhì)訪問控制(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-l為RJ45接口 ；通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器U8-2為 ETHERNET 10/100BASE 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 ;本實(shí)用新型的主板工作電壓 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 InternationalRectifier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，然后再通過電源調(diào)節(jié)器LP3965ES，把3. 3V轉(zhuǎn)換為1. 3V。 本實(shí)用新型的工作原理為當(dāng)數(shù)據(jù)通過終端設(shè)備接口 U8-l的RJ45接口傳輸?shù)皆?無線交換機(jī)時(shí)，經(jīng)過通訊網(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K U1，核心處理模塊U1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；U1核心處理模塊通過 和Mini PCI總線插槽U5將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線傳輸模塊U6，無線傳輸模塊通過無線的方式發(fā) 送該數(shù)據(jù)包。 同理，當(dāng)在數(shù)據(jù)經(jīng)由無線傳輸模塊U6接收時(shí)，無線傳輸模塊U6通過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 對(duì)數(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U1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 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。[0037] 本實(shí)用新型的主要技術(shù)特點(diǎn)有煤礦井下無線傳輸帶寬大于25Mbps、煤礦井下無 線傳輸距離大于等于100m、溫度范圍在-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) 接無線和無線轉(zhuǎn)接有線的功能。 本實(shí)用新型設(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)利要求一種本安型無線交換機(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)的無線傳輸，并可以和其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)使用的無線傳輸模塊(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所述的本安型無線交換機(jī)，其特征是核心處理模塊(Ul)為IXP425ABD32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-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)是高速的同步動(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-40°C 80°C ;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模土央(U4)是E28F1281J3C-50 Strata Flash閃存；PCI總線插槽(U5)是Mini PCI無線網(wǎng)卡的標(biāo)準(zhǔn)接口 ；無線傳輸模塊(U6)為Mini PCI-type3無線網(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-l)為RJ45接口 ；通訊網(wǎng)絡(luò)變壓器(U8-2)為ETHERNET 10/100BASEQUAD 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，然后再通過電源調(diào)節(jié)器LP3965ES，把3. 3V轉(zhuǎn)換為1. 3V。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種本安型無線交換機(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。本實(shí)用新型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)測和控制，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)高效自動(dòng)化開采、遠(yuǎn)程操控與故障診斷提供可靠數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)H04L12/04GK201499176SQ20092023512
公開日2010年6月2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, 譚超, 閆海峰, 黃嘉興 申請(qǐng)人:蘇州福德保瑞科技發(fā)展有限公司