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本安型無線交換機的製作方法

2023-04-27 02:03:31

專利名稱:本安型無線交換機的製作方法
技術領域:
本發明涉及一種無線交換機,尤其涉及一種用於煤礦井下機電裝備的工況信息傳輸的本 安型無線交換機。
二背景技術:
煤礦綜合自動化是煤礦高產、高效和安全生產的保證,而煤礦井下網絡平臺是實現煤礦 綜合自動化的基礎。目前,我國的許多煤礦都建立了工業乙太網,用於井下採煤裝備以及井 下環境參數的監控;但主要是採用有線網絡方式(光纖+防爆交換機),我國井下採用的防爆 交換機的核心構成主要是赫斯曼和西門子兩種類型的交換機,然後外加防爆外殼,達到煤礦 安全要求。井下有線乙太網存在的不足主要體現在以下幾點(1)布置於主要巷道,不能覆 蓋整個井下;(2)價格昂貴;(3)無法實現運動機電裝備的監控,比如採煤機、機車等。目 前,我國的煤礦綜合自動化項目,均沒能涵蓋綜採工作面,不能實現綜採裝備的遠程監控。

發明內容
針對上述缺點,本發明的目的在於提供一種本安型無線交換機,其可提高煤礦井下通訊 技術、實現煤礦井下網絡的全面覆蓋、實現煤礦綜採工作面機電裝備和煤礦井下其它運動裝 備的遠程監測和控制,為實現採煤機高效自動化開採、遠程操控與故障診斷提供可靠數據。
本發明的技術內容為, 一種本安型無線交換機,其特徵是它包括
(1) 、負責對其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊;
(2) 、用於存放已調試好的用戶應用程式、嵌入式作業系統以及在系統掉電後需要保存 的用戶數據的程序存儲模塊;
(3) 、實現代碼執行以及數據存儲的數據存儲模塊;
(4) 、用於無線網卡的安裝的PCI總線插槽;
(5) 、負責CPU處理以後數據的無線傳輸,並可以和其它網絡設備組網使用的無線傳輸
模塊;
(6) 、用於乙太網的數據交換操作,具有接收和發送數據的功能的乙太網數據交換模塊;
(7) 、乙太網模塊,包括終端設備接口和連接乙太網收發晶片與終端設備接口、在其二 者之間起著信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網絡變 壓器;
(8) 、由本安型DC12V電源供電的電源模塊。本安型無線交換機基於爆炸性氣體環境用電氣設備通用要求B3836. 1-2000以及本質安 全型要求GB3836.4—2000設計,主要用於煤礦井下運動機電裝備的工況信息傳輸(特別是綜 採工作面的機電裝備),本無線交換機也可以和有線網絡集成,實現煤礦井下工業乙太網的全 部覆蓋。本發明基於聯網運行的可靠性、安全性能高,採用模塊化設計,採用國際品牌工業 級晶片,電控元件均採用成熟、可靠產品,適合煤礦井下的惡劣工作環境,釆用低功耗設計, 並採取外置電源供電。
我們與現有煤礦建立的工業乙太網的不同點為
(1) 已有成果只是實現了常規環境下的網絡構建和數據傳輸,本設備基於爆炸性氣體環境用
電氣設備通用要求GB3836. l-2000以及本質安全型要求GB3836. 4—2000設計,適用於煤礦井下 設備的信息傳輸。
(2) 本發明採用低功耗設計,並採取外置本安電源供電,整個設備的功耗低於10W,正常工作 電流不大於800mA。
(3) 本發明既可以作為無線網絡中的交換機應用,也可以作為AP應用。 本發明與現有技術相比具有的優點是-
1、 本發明能夠實現煤礦井下固定裝備和運動裝備工作狀態信息的無線傳輸;
2、 本發明具有實現無線轉接有線、有線轉接無線以及路由功能。
3、 本發明具有多跳(Multi-H叩)功能,數據可以在多個節點間有效地傳遞,當一個節 點受阻時,數據可以選擇從其他的路徑傳遞下去,而且隨著節點的增減或已有節點位置的改 變,具有自適應性。
4、 本發明安裝在移動裝備上,也能夠實現網絡傳輸,特別適合於像採煤機、機車等移 動設備上使用。
5、 本發明不但適合採煤機使用,也可用於其它煤礦機械設備的狀態監測、負載情況分 析與故障診斷、預警,具有很強的適用性。
6、 本發明不但適用於煤礦井下,而且適用於其它非安全環境使用。


圖1為本發明的結構示意圖。五具體實施例方式
如圖1所示, 一種本安型無線交換機,其特徵是它包括
(1) 、負責對其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊U1;其為Intel公司生產的 IXP425ABD 32位網絡處理器,IXP425ABD 32採用嵌入式體系結構,具有533兆赫的英特爾 Xscale RISC核心,三個網絡處理器引擎,兩個配備有MII/RMII介面的10/100 Base-T以太 網MAC以及兩個UART;工作溫度為一4(TC 85。C; IXP425 ABD是32位微處理器,埠電壓 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準;
(2) 、 2個用於存放已調試好的用戶應用程式、嵌入式作業系統以及在系統掉電後需要保 存的用戶數據的程序存儲模塊U2、 U3;程序存儲模塊U2、 U3是高速的同步動態隨機存取存 儲器(4M WordsX4banksX16bits),時鐘頻率143MHz,該晶片能夠滿足PC機的工業標準, 採用低功耗設計,工作電壓3.3V,工作電流低於lmA,工作溫度一4(TC 8(TC;
(3) 、實現代碼執行以及數據存儲的數據存儲模塊U4;數據存儲模塊U4是Intel公司生 產的一種E28F1281J3C-50 Strata Flash快閃記憶體,它是當今市場中應用最為廣泛的多級單元 (multi-level cell, MLC)產品,能夠讓單個存儲單元在相同空間保存2倍的數據量;英特爾 Strata Flash輔以Intel公司的快閃數據集合器(FDI)軟體,使用戶可以定義代碼和調整數 據容量,而無需重新設計硬體、改變系統;
(4) 、用於無線網卡的安裝的Mini PCI總線插槽U5;其是在PCI的基礎上發展起來的 Mini PCI無線網卡的標準接口;
(5) 、負責CPU處理以後數據的無線傳輸,並可以和其它網絡設備組網使用的無線傳輸 模塊U6;無線傳輸模塊U6為Intel公司生產的Mini PCI-type3無線網卡,完全符合 IEEE802. llg標準,兼容IEEE802. lib標準,提供最高達54 Mbps的數據傳輸率;
(6) 、用於乙太網的數據交換操作,具有接收和發送數據的功能的乙太網數據交換模塊 U7;乙太網數據交換模塊U7為臺灣Infineon-ADMtek公司的ADM6996L乙太網交換控制器, 符合IEEE 802. 3X乙太網標準;它具有高性能、低成本和高集成的特點,具有5個自動檢測 的10/100Mbs全/半雙工埠, 一個10/100介質訪問控制(MAC),所有的埠支持10/100Mbs 的全/半雙工數據傳輸;該交換模塊內嵌SRAM用於數據包緩衝,為了得到優化的存貯應用, 地址表被分為256個塊;內嵌的智能算法可以使其能夠辨識2048個MAC地址;
(7) 、乙太網模塊U8,包括終端設備接口U8-l和連接乙太網收發晶片與終端設備接口、 在其二者之間起著信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網絡變壓器U8-2;終端設備接口 U8-1為RJ45接口;通訊網絡變壓器U8-2為ETHERNET 10/100 BASE QUAD PORT TRANSFORMER通訊網絡變壓器;
(8)、由本安型DC12V電源供電的電源模塊U9;本發明的主板工作電壓為5V,主要晶片 工作電壓為5V、 3. 3V和1. 3V電源,需進行電壓變換;電源模塊U9採用International Rectifier公司生產的電源調節器IRF7416和CSS1031把DC12V轉換為5V和3. 3V,然後再通 過電源調節器LP3965ES,把3. 3V轉換為1. 3V。
本發明的工作原理為當數據通過終端設備接口 U8-1的RJ45接口傳輸到該無線交換機 時,經過通訊網絡變壓器U8-2和乙太網數據交換模塊U7傳輸到核心處理模塊U1,核心處理 模塊Ul調用程序存儲模塊U2和U3中的程序對數據進行分析並打包處理,將打包後的數據包 送入數據存儲模塊U4;同時核心處理模塊Ul調用程序存儲模塊U2和U3中的程序進行分析 計算,賦予數據包將要達到的目的地的標籤,這一歩驟確定了數據包將要到達的地址;然後 由核心處理模塊Ul調用程序存儲模塊U2和U3中的程序進行路由計算,決定該數據包經由哪 個路徑發送到其目的地節點,並對數據包加密;Ul核心處理模塊通過和Mini PCI總線插槽 U5將數據傳輸到無線傳輸模塊U6,無線傳輸模塊通過無線的方式發送該數據包。
同理,當在數據經由無線傳輸模塊U6接收時,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調用程序存儲模塊U2和U3中的程序對數據 進行分析並打包處理,將打包後的數據包送入數據存儲模塊U4;同時核心處理模塊U1調用 程序存儲模塊U2和U3中的程序進行分析計算,賦予數據包將要達到的目的地的標籤,這一 步驟確定了數據包將要到達的地址;然後由核心處理模塊Ul調用程序存儲模塊U2和U3中的 程序進行路由計算,決定該數據包經由哪個路徑發送到其目的地節點,並對數據包加密;核 心處理模塊U1通過乙太網數據交換模塊U7和通訊網絡變壓器U8,將數據通過RJ45埠進 行傳輸,實現和其他具有RJ45接口的工業設備的通信。
本發明的主要技術特點有煤礦井下無線傳輸帶寬大於25Mbps、煤礦井下無線傳輸距離 大於等於100m、溫度範圍在一20 40度、工作環境溼度》85%、功耗低於IOW、正常工作電 流不大於800mA、主板工作電壓5V、峰值電流小於1A,其具有路由功能、有線轉接無線和無 線轉接有線的功能。
本發明設計原則上滿足煤礦安全規程的本安型設計,本系統的工作電壓都在5V及5V以 下,整體電流不超過0.8A,核心晶片的埠工作電壓只有3.3V,核心電壓只有1.8V,功耗低。
權利要求
1、一種本安型無線交換機,其特徵是它包括(1)、負責對其它模塊的控制和通訊的核心處理模塊(U1);(2)、用於存放已調試好的用戶應用程式、嵌入式作業系統以及在系統掉電後需要保存的用戶數據的程序存儲模塊(U2、U3);(3)、實現代碼執行以及數據存儲的數據存儲模塊(U4);(4)、用於無線網卡的安裝的PCI總線插槽(U5);(5)、負責CPU處理以後數據的無線傳輸,並可以和其它網絡設備組網使用的無線傳輸模塊(U6);(6)、用於乙太網的數據交換操作,具有接收和發送數據的功能的乙太網數據交換模塊(U7);(7)、乙太網模塊(U8),包括終端設備接口(U8-1)和連接乙太網收發晶片與終端設備接口、在其二者之間起著信號傳輸、阻抗匹配、波形修復、信號雜波抑制和高電壓隔離作用的通訊網絡變壓器(U8-2);(8)、由本安型DC12V電源供電的電源模塊(U9)。
2、 根據權利要求2所述的本安型無線交換機,其特徵是核心處理模塊(U1)為IXP425ABD 32位網絡處理器,其採用嵌入式體系結構,具有533兆赫的英特爾Xscale RISC核心,三個 網絡處理器引擎,兩個配備有MII/RMII介面的10/100 Base-T乙太網MAC以及兩個UART; 工作溫度為一40。C 85。C; IXP425ABD是32位微處理器,埠電壓3.3V,功耗1W;程序存儲模塊(U2、 U3)是高速的同歩動態隨機存取存儲器,時鐘頻率143MHz,工作電壓 3.3V,工作電流低於lmA,工作溫度一40。C 8(TC;數據存儲模塊(U4)是E28F1281J3C-50 Strata Flash快閃記憶體; PCI總線插槽(U5)是Mini PCI無線網卡的標準接口; 無線傳輸模塊(U6)為Mini PCI-type3無線網卡; 乙太網數據交換模塊(U7)為ADM6996L乙太網交換控制器;終端設備接口 (U8-1)為RJ45接口;通訊網絡變壓器(U8-2)為ETHERNET 10/100 BASE QUAD PORT TRANSFORMER通訊網絡變壓器;電源模塊(U9)採用電源調節器IRF7416和CSS1031把DC12V轉換為5V和3. 3V,然後再 通過電源調節器LP3965ES,把3. 3V轉換為1. 3V。
全文摘要
本發明涉及一種本安型無線交換機,其特徵是它包括核心處理模塊、程序存儲模塊、數據存儲模塊、PCI總線插槽、無線傳輸模塊、乙太網數據交換模塊、乙太網模塊和電源模塊。本發明的有益效果是提高煤礦井下通訊技術,實現煤礦井下網絡的全面覆蓋,彌補有線網絡的不足,實現煤礦綜採工作面機電裝備和煤礦井下其它運動裝備的遠程監測和控制,為實現採煤機高效自動化開採、遠程操控與故障診斷提供可靠數據。
文檔編號H04W84/02GK101631393SQ20091018310
公開日2010年1月20日 申請日期2009年8月7日 優先權日2009年8月7日
發明者劉繼東, 周曉謀, 姚新港, 王忠賓, 超 譚, 閆海峰, 黃嘉興 申請人:江蘇泰德信息科技發展有限公司

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