专利名称：矿用无线接口分站的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种矿用无线通信系统，具体地说，是涉及一种矿用无线接口分站。
背景技术：
煤炭是我国的重要能源，约占一次能源的70%，目前我国现有煤矿约2. 3万个， 2008年全国煤炭总产量约为27亿吨。我国煤矿95%以上是井下开采，煤炭储藏条件差、开 采深度深、瓦斯、煤尘、水灾、火灾、冲击地压、地热等困扰着煤炭工业的健康发展，煤炭行业 一直是我国工矿企业中的高危行业。煤炭开采面临的是移动的生产环境，除永久性的大巷 以外，在完成一个采区的采煤工作后，需要将采掘、支护、通信、监测监控、运输、电力、通风 排水等大量设备搬迁至新的采煤工作区。井下巷道的掘进同样面临的是不停移动的工作环 境，大量的设备需要跟随掘进的进度随时搬迁。煤矿井下是一个特殊的工作环境，因此，矿井无线通信系统不同于一般地面无线 通信系统，具有如下特点(1)本安型电气设备。煤矿井下有甲烷等可燃性气体和煤尘，因此通信设备要求采 用安全性能好的本质安全型防爆措施，煤矿的通信设备必须有防爆许可证。(2)传输衰耗大。矿井纵横可达几十到上百公里，煤矿井下空间狭小、巷道倾斜、有 拐弯和分支、巷道表面粗糙，且有大型设备等阻挡体，传输衰耗大。所以选用合适的频率和 设计合理的结构，才能保证矿井移动通信系统覆盖全矿井。(3)设备体积小。煤矿井下空间狭小，矿井最大截面尺寸也就4 6m左右，而在这 狭小的空间内还架设了动力电缆、照明线，铺设了水管、铁轨。因此，通信设备的体积不能很 大。(4)发射功率小。本质安全型防爆电气设备的最大输出功率为25W左右，故矿井移 动通信设备发射功率一般较小，所以应采用各种降低功率的措施，同时得考虑防爆、体积和重量。(5)抗干扰能力强。井下空间窄小、机电设备相对集中、功率大，因此电磁干扰严 重。故设备应具有较强的抗干扰能力。在矿井中，自然辐射小，静电干扰小和人为发射电波 干扰小，但50Hz和其谐波的干扰和电机车火花所造成的干扰大。所以矿井通信系统在工作 频率选择上应考虑这些干扰源，应尽量选择高频或甚高频作为系统工作频率。同时在有线 传输和电源设计上必须考虑抗干扰的问题。(6)防护性能好。应有防尘、防水、防潮、防霉、耐机械冲击等性能。(7)抗故障能力强。煤矿井下环境恶劣，顶板垮落、机车脱轨等自然破坏不可避免， 同时人为破坏事件也时有发生。因此矿井通信系统应具有较强的抗故障能力。随着工业自动化技术的成熟与进步，工业自动化技术已在我国煤矿得到广泛应 用，在减员增效、提高煤安安全管理水平方面发挥了巨大的作用。迄今为止，我国煤矿井下 工业自动化系统组网与终端接入均以有线通信方式为主，煤炭开采面临的是移动的生产环
3境，除永久性的大巷以外，在完成一个采区的采煤工作后，需要将采掘、支护、通信、监测监 控、运输、电力、通风排水等大量设备搬迁至新的采煤工作区。井下巷道的掘进同样面临的 是不停移动的工作环境，大量的设备需要跟随掘进的进度随时搬迁。而煤矿井下的生产环 境差、重型装备多、人员技术水平低，经常发生光缆与通信电缆损毁的事件，影响自动化系 统的正常工作，制约了井下工业自动化系统的进一步发展。迄今为止，还没有一个基于无线通信技术的自动化系统在井下应用。而本实用新 型涉及的矿用无线接口分站正是让无线通信的便捷性优势在煤矿井下自动化系统中得到 体现。
发明内容本实用新型为了解决上述不足之处，提供了一种高带宽、接口类型丰富、可靠性高 的矿用无线接口分站、可提供以太网光口、以太网电口、RS485/422/232串口、CAN总线接口 以及无线WiFi接口等将本地的工业自动化终端、其它业务分站以及被监控的设备接入并 通过无线方式连接到远端的无线基站并传输到网络或系统。为了实现本实用新型的目的，采用以下技术方案1. 一种矿用无线接口分站，所 述分站由WiFi无线模块、天线、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接入模块、开关 电源、外壳组成，其特征在于所述分站通过内部的WiFi无线模块或以太网交换模块实现分 站之间，分站与其它WiFi设备之间的数据传输与网络互联，同时实现串口设备接入、总线 设备接入，WiFi无线模块、串口协议转换模块、总线接入模块连接以太网交换模块，天线连 接WiFi无线模块射频输出端口，WiFi无线模块、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线 接入模块通过开关电源供电，WiFi无线模块、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接 入模块、开关电源安装在外壳内。2.所述的矿用无线接口分站，其特征在于所述以太网交换模块是环网以太网模 块。3.所述的矿用无线接口分站，其特征在于它还包括管理模块，所述管理模块连接 开关电源与以太网交换模块。4.所述的矿用无线接口分站，其特征在于它的串口协议转换模块、总线接入模块 均安装有本安隔离电路。5.所述的矿用无线接口分站，其特征在于它还包括后备电池，所述后备电池连接 所述开关电源。6.所述的矿用无线接口分站，其特征在于所述WiFi无线模块支持无线Mesh与无 线网桥协议。7.所述的矿用无线接口分站，其特征在于管理模块还包括视频数字编码模块，可 以将外部输入的模拟音视频信号编码为H. 264格式的数字信号。8.所述的矿用无线接口分站，其特征在于管理模块还包括音视频数字本地存储模 块。本实用新型的有益效果在于1.提供了一种高带宽、接口类型丰富、可靠性高的矿用无线接口分站、可提供以太 网光口、以太网电口、RS485/422/232串口、CAN总线接口以及无线WiFi接口等将现场本地的工业自动化终端、WiFi无线设备、其它业务分站以及被监控的设备接入并通过无线方式 连接到远端的无线基站并传输到网络或系统，让无线通信的便捷性优势在煤矿井下自动 化系统中得到体现，对现有的井下工业自动化系统是一个有益的补充。2.矿用无线接口分站不但可以作为工业自动化系统或设备接入的接口分站使用， 分站间还具备WiFi无线或光纤以太网的组网能力，可以独自形成网络与系统。3.矿用无线接口分站通过采用环网冗余与无线自组网Mesh技术，使其具有了强 大的冗灾功能，提高了系统的可靠性。4.通过矿用无线接口分站的管理模块，可以实时监控所述分站的供电状况。当外 部交流电源断电，启用后备电池供电时，向地面中心发出告警，当备用电池电压低时，向地 面中心发出告警。5.管理模块还内置视频编码器模块可以实现对本地接入的摄像机的模拟视音频 信号的编码与传输功能。6.管理模块内置存储卡，可以对本地接入的数据、视频、音频数据进行存储备份， 也即具备了井下“黑匣子”的功能。
图1是矿用无线接口分站工作原理框图图2是以太网交换模块工作原理框图 图3是管理模块工作原理框图；图4是无线模块工作原理框具体实施方式
下列实施例将进一步说明本实用新型，实施例不应被视为限制本实用新型的范围。如图1所示，是矿用无线接口分站基本工作原理框图。1)分站以交换机模块为传输与交换的核心，交换机模块提供4个以太网百兆光口 FE1、2、3、4，其中两个光口 FE1、2为可组自愈环的光口，以实现分站间的互联与组网，光口 FE3、4用以接入其它以太网设备；交换机模块还提供4个以太网百兆电口 Ethl、2、3、4，可以 接入其它以太网设备；交换机模块还提供2路CAN总线接口，可以接入其它以基于CAN总 线通信的设备；交换机模块还提供2路RS485/422接口，可以接入其它以基于RS485/422通 信的设备。2)无线网桥模块具备双路射频端口，对内通过以太网端口连接交换机模块，对外 双路射频端口通过隔离器连接天线，以无线网桥协议或Mesh协议实现分站间的无线组网
与互联。3)无线接入点模块对内通过以太网端口连接交换机模块，对外射频端口通过功分 器分成2路，每路通过隔离器连接天线，实现分站附近的无线信号的覆盖。4)管理板一端通过以太网端口连接交换机模块，实现网络通信；一端连接开关电 源模块，监控分站电源的工作情况；一端连接外部输入的模拟视频信号，进行编码后存储在 本地并传输至网络。[0039]5)开关电源模块为分站供电，开关电源模块并联后备电池，实现外部电源断电后 的分站后备供电。如图2所示，是以太网交换模块工作原理框图，以太网交换模块以IEM608模块为 核心，提供2个百兆自愈环光口、2个百兆光-电复用口、2个CAN总线(本安输出)、2个 485总线(本安输出)；4个以太电口(可复用)。1)外接0R1、0R2光模块构成百兆自愈环通道；2)通过切换开关Switch实现01和FEl及02和FE2之间的百兆光口和电口的复 用；3)通过固定1个电口链接CAN Server服务器、CTM8251T隔离收发器、ESI本安隔 离器提供2路本质安全型CAN总线接口 C1/2 ；4)通过切换开关Switch复用1个电口 FE3和链接Serial Server串口服务器、 Rsm485CHT隔离收发器、ESI本安隔离器提供2路本质安全型485接口 RSV2 ；5)提供一个独立的FE4百兆电口；如图3所示，是管理模块工作原理框图。管理模块通过以太网远程控制，监测矿用 无线接口分站的供电电源电压、电流，内部电路板温度，板上电压；可以远程复位矿用无线 接口分站内部设备；提供大容量本地存储支持；具备视频编码、解码功能，音频编码、解码 功能，可提供单向、双向音视频网络传送功能。1)核心处理器部分海思Hi3510处理器。Hi3510采用双核架构，集成了 ARM926EJ-S和高性能DSP。ARM926EJ-S是芯片的主控处理器，负责控制芯片各个模块的工 作以及运行操作系统、网络协议、应用软件等。DSP系统主要负责视音频编解码业务处理，通 过协处理器配合视频编解码模块共同完成H. 261/H. 263/H. 264的编解码；Hi3510处理器同 时含视频、音频编解码硬件单元；Hi3510处理器与Flash存储器和DDR SDRAM等组成控制 核心；2)以太网接口部分，提供以太网连接能力；3)视频、音频编解码部分，配合Hi3510处理器的视频、音频编解码硬件单元，提供 硬件编解码功能；4) USB接口、SD卡座提供大容量存储及其连接其他外设的能力； 5)提供 RS485、RS232 接口 ；6)电源管理部分，包括采集交流电压、交流电流，直流电压，并且通过温度传感器 测量板温度；控制核心能够通过电源控制部分，使基站设备重上电，复位设备。7)运行使用上位机软件平台，通过以太网与设备进行控制与数据传送。如图4所示，是无线模块工作原理框图.无线通信模块实现以太网有线与无线链 接、无线与无线链接、以及无线覆盖的功能。1)无线通信模块由INTEL-IXP422微处理器为核心，配有支持的外接存储器 HY57V281620FTP2 RAM 和 TE28F640J3D3 Flash ROM ；模块支持 Mesh 协议，可以工作在覆盖 模式与桥接的模式。2)2 个 mini pci 接口连接 2 片 Wi-Fi 无线局域网卡 Mini PCI ConnectorPl，P2 实现无线信号的收发，无线局域网卡上有射频接口，可以连接外部的天线；可以在一片Mini PCI无线局域网卡运行Mesh或桥接协议，实现无线接口分站间的无线组网与互联，同时用另一片Mini PCI无线局域网卡做无线覆盖的AP使用，实现本地无线信号的覆盖功能。3)由以太网控制器ADM7001、隔离变压器PH163112、RJ45以太网口连接器实现本 地以太网百兆电口以连接本地以太网交换机等设备；4)由12V直流电源IM500s、电源整流桥17. Bridge Diode、POE供电器 POEController 18，TPS23750、电源管理器19. TPS5430共同构成无线通信模块的供电单 元，可以支持12VDC供电以及POE方式供电。
权利要求一种矿用无线接口分站，所述分站由WiFi无线模块、天线、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接入模块、开关电源、外壳组成，其特征在于所述WiFi无线模块、串口协议转换模块、总线接入模块连接以太网交换模块，天线连接WiFi无线模块射频输出端口，WiFi无线模块、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接入模块通过开关电源供电，WiFi无线模块、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接入模块、开关电源安装在外壳内。
2.根据权利要求1所述的矿用无线接口分站，其特征在于所述以太网交换模块是环网 以太网模块。
3.根据权利要求1所述的矿用无线接口分站，其特征在于它还包括安全管理模块，所 述安全管理模块连接开关电源与以太网交换模块。
4.根据权利要求1所述的矿用无线接口分站，其特征在于它的串口协议转换模块、总 线接入模块均安装有本安隔离电路。
5.根据权利要求1所述的矿用无线接口分站，其特征在于它还包括后备电池，所述后 备电池连接所述开关电源。
6.根据权利要求1所述的矿用无线接口分站，其特征在于所述WiFi无线模块支持无线 Mesh与无线网桥协议。
7.根据权利要求3所述的矿用无线接口分站，其特征在于管理模块还包括视频数字编 码电路，可以将外部输入的模拟音视频信号编码为H. 264格式的数字信号。
8.根据权利要求3所述的矿用无线接口分站，其特征在于管理模块还包括音视频数字 本地存储电路。
专利摘要一种矿用无线接口分站，所述分站由WiFi无线模块、天线、以太网交换模块、串口协议转换模块、总线接入模块、开关电源、外壳组成，其特征在于所述WiFi无线模块、串口协议转换模块、总线接入模块连接以太网交换模块，天线连接WiFi无线模块射频输出端口，上述模块通过开关电源供电，上述模块安装在一个外壳内，分站通过内部的WiFi无线模块或以太网交换模块实现分站之间，分站与其它WiFi设备之间的数据传输与网络互联，同时实现串口设备接入、总线设备接入。所述分站满足煤矿井下爆炸性气体环境用电器设备安全技术要求，本实用新型满足了井下工业自动化终端或设备通过无线接入系统或网络的需求。
文档编号H04W88/02GK201750427SQ20102010673
公开日2011年2月16日 申请日期2010年2月3日 优先权日2010年2月3日
发明者张锋, 顾伟 申请人:中电广通股份有限公司