无线通信单元的制作方法

本申请要求2016年7月22日提交的澳大利亚临时专利申请no2016902896的权益，其全部公开内容在此通过参引明确地并入本文中。

本发明涉及无线通信单元。特别地，本发明涉及用于在部署于地下矿井或类似环境中的通信基础设施中使用的便携式自匹配接入点和中继器节点。

背景技术：

直到最近，最有效的地下通信是通过有线电话进行的，因为常规的超高频(uhf)和甚高频(vhf)的无线电受限于视线并且在地下由于波导和电磁波的趋肤效应而受到严重的距离衰减。如将进一步理解的，需要极高的功率来提供任何可接受程度的电磁波地面穿透。

此外，已经围绕高频(hf)泄漏馈线系统以及最近围绕地下网格网络系统构建了地下通信解决方案。

无线网格网络(wmn)是由以网格拓扑结构组织的无线电节点组成的通信网络，其中，网格拓扑结构即为其中每个节点均被配置成中继网络数据的拓扑结构。wmn通常由网格客户端(例如笔记本电脑、移动电话和其他无线设备)、网格路由器或节点(其转发出入网关的流量)以及网关(其可以连接到因特网)组成。因此，在网格中联网的节点充当传输跳(transithop)，以将彼此的流量向最适合的网关传送。

因此，对网格的访问依赖于无线电节点，这些无线电节点彼此协调工作以创建整个无线电网络。通常，wmn是自组织网络(adhocnetwork)，并且提供适当水平的冗余。当一个节点不能再工作时，节点中的其余节点仍然可以直接或通过一个或更多个中间节点彼此通信。因此，wmn可以自形成和自修复。

wmn可以通过各种无线技术来实现，这些无线技术包括802.11、802.15、802.16和蜂窝技术。当然，wmn不必限于单一技术或协议。

wmn的一个应用是用在矿井通信系统中，并且本发明已经特别地设计成用于但不仅仅是用于地下矿井中的通信。

技术实现要素：

在第一方面，本发明提供了一种无线通信单元，该单元包括：

至少两个可移除的电源模块，所述至少两个可移除的电源模块能够与该单元接合且能够电连接至该单元以向该单元提供电力；

机构，该机构允许选择性地将第一电源模块与该单元断开连接并从该单元移除，同时维持第二电源模块连接并保持至该单元。

无线通信单元可以是便携式单元，以用作无线网格网络中的接入点和/或中继器节点。

无线通信单元可以包括凹部端口，这些凹部端口的尺寸和形状设计成接纳可移除的电源模块，电源模块具有共同的形式，使得模块可以被不同的凹部端口接纳。

在一种形式中，该机构包括与第一电源模块的一部分物理地接合的保持元件。

该机构可以构造成操作成使第一电源模块(选择性地，模块中的选定的一个模块)弹出并断开连接。该操作可以同时作用在保持元件上以实现或维持保持元件与第二电源模块的接合。

在一种形式中，该机构包括具有径向突出部分的可旋转的轮，使得当轮旋转时，突出部分抵靠第一电源模块的一部分以推动第一电源模块进入弹出位置并使第一电源模块与该单元断开电连接。轮可以包括保持元件，并且轮的旋转使保持元件与第二电源模块的互补性形状的保持部分接合。

径向突出部分可以是轮上的凸轮凸角。

因此，该机构提供了一种能够用于下述两个目的的整体机构：保持多个电池模块以及选择性地使单个电池模块断开连接和弹出。

在一种形式中，电源模块被沿与可旋转的轮的旋转轴线大致垂直的方向移除。

当与双电池模块一起使用时，该机构可以构造成使得：可旋转的轮的顺时针旋转提供了一个电池模块的断开连接和弹出，并且可旋转的轮的逆时针旋转提供了另一个电池模块的断开连接和弹出。

在一实施方式中，该机构包括转位装置，以使该机构保持或偏置在至少一个位置。这可以包括正常位置，在该正常位置，该单元与所述至少两个可移除的电源模块接合并电连接。另外，转位可以包括第二位置，在该第二位置，第一电源断开连接。

此外，该机构可以包括限制轮的旋转的止挡装置。

在一种形式中，该单元包括用于可移除的电源模块中的至少一个电源模块的闩锁元件，除了需要操作该机构之外还需要致动该闩锁元件，以便移除电源模块。

以这种方式，为了移除电池模块，操作者需要执行有意且确定的动作(即，该机构的操作和闩锁元件的操作，双手操作)。

该单元可以配置成符合适合于预期应用的防火和防爆措施，比如满足本质安全(is)标准。

该单元可以包括专用电力线路，以根据协议选择性地从各电源模块输送电力，由此当第一电源模块消耗至规定阈值时，从第二电源模块输送电力。

此外，该协议可以规定：当单元的所有电源模块都消耗至规定阈值时，从所有电源模块输送电力。

该协议可以规定：当从一个电源模块输送电力而该电源断开连接时，自动从另一电源模块重新输送电力。

在一种形式中，电源模块是可再充电的电池模块，并且该单元包括针对每个电源模块的电池状态和/或电量水平指示器。例如，该单元可以使用双锂离子电池模块。

该单元配置成使用合适的无线通信标准、比如802.11无线协议来工作。

该单元还可以配置成用作标签读取器，以提供由人员携带或设置在设备或车辆上的标签的存在确定、位置确定或接近度确定。例如，这可以作为wifi或zigbee无线电系统的一部分。

该单元可以包括一个或更多个悬挂装置，以辅助安装或携带。

在第二方面，本发明还提供了一种包括多个上面限定的无线通信单元的通信系统。

在合适的情况下，关于本发明的任何方面描述的特征可以等同地应用于本发明的任何其他方面。

本说明书中对“一个实施方式”或“一实施方式”的引用意味着结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在出现诸如“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”的短语的情况下，其不一定指同一的实施方式。此外，本文中描述的特定特征、结构或特性可以以一种或更多种组合以任何合适的方式组合。

为了可以更清楚地理解本发明，将参照以下附图和描述对优选实施方式进行描述。

附图说明

为了实现更清楚的理解，现在将参照附图关于示例性的非限制性实施方式对本发明进行进一步解释和说明，在附图中：

图1图示了本发明的无线通信单元的实施方式；

图2示出了图1的单元的分解图；

图3a至图3d示出了图1的单元的电池热替换机构的细节；

图4a至图4g示意性地图示了在维持第二电池的接合的同时释放第一电池的操作；以及

图5a至图5g示意性地图示了在维持第一电池的接合的同时释放第二电池的操作。

具体实施方式

本发明的设备被开发作为对通信网络的自组织扩展(ad-hocextension)，特别是应用于voip、跟踪和数据传输。本发明的设备设计成用于中短期部署在矿场以及可能涉及危险或困难条件的其他情景中。

图1的实施方式还以分解形式在图2中示出。通过查看下面的部件列表将获得更全面的理解，其中，部件列表列出了该单元的各个部件，并且提供了关于主要部件的功能、技术规范和/或材料的进一步细节。

作为针对在潜在危险环境中的使用的重要特征，该单元设计成满足适合于特定使用环境的防火和防爆措施。例如，在地下矿井中，该单元可以设计成是“本质安全”的。本质安全(is)是指通过限制可用于点火的能量(电能和热能两者)来在危险区域中安全操作电气设备的防护技术。因此，is技术通常适用于受高浓度可燃气体或粉尘影响的区域、比如石化炼油厂和矿井。重要的是，is方法提供了在危险区域中固有的已知风险的范围内都适用的解决方案，并且在全世界得到认可。

特别地，申请人开发的单元被设计成满足国际电工委员会(iec)要求和联邦矿业安全与健康监察局(msha)要求。

除了该单元中使用的电气部件之外，该设计是防水的，并且该设计在后壳体部分11a与前壳体部分11b之间具有垫圈密封件11c，并且该设计具有电池接合垫圈42，以保护与电池模块18、20的电气连接。

对于主pca32，申请人开发的单元使用创锐讯ar9331(大黄蜂)(atherosar9331(hornet))wi-fi片上系统(wisoc)设备来用于802.11b/g/nmesh/wlan和ap(wi-fi)功能。

所图示的单元设置有短程天线14，短程天线14是可移除的，并且能够与其他类型的天线互换，并且能够在需要时通过连接件14a连接至外部天线设备。

该单元被设计成便携式的，使得该单元可以通过手柄12容易地移动并且可以中短期地安装在不同的位置。该单元可以携带使用或独立使用，或者可以通过使用钩环、织带、线缆钩等来利用该单元的携带条带锚固杆30而悬挂安装，或者经由辅助的减震安装的顶锚/岩锚和锁孔安装板而安装。

该单元由双锂离子100whr独立电池模块18和20供电。作为示例，这些模块可以包括呈2s6p配置的sanyour18650f2300mah电芯。其他合适的模块包括呈2s5p配置的sanyour1860fm2600mah电芯，这些电芯组合以提供每组/电池96whr的容量。

每个电池模块18、20均在其远端部处设置有电力输出电触头38，如所示出的(图2)，并且每个电池模块18、20均通过滑动接合接纳在单元的本体中的互补性接纳凹部端口中。如所示出的，每个电池模块的远端部的前部部分具有弧形凹面48和沿向前方向(即，从单元的前部面向外的方向)突出的弓形部分以提供接合突出部49，接合突出部49在一侧具有平的远端面，并且在另一侧具有与弧形凹面48的曲面平行的弧形凸面。

电池模块18和20是相同的，使得相同的模块可以被引入到接纳端口中的一个或另一个中，因此不需要提供右手和左手的备用。

在单元10的前部面的相反侧部上设置有相应的电池模块闩锁28以固定每个电池模块18、20。如图2所示，每个闩锁均具有连接至臂的手指接合凸片，该臂对抗小的压缩弹簧46而围绕枢轴点44枢转。闩锁28上的止动部与电池模块上的接纳凹口相互作用，因此在能够将电池模块移除之前需要手动按压闩锁的手指接合凸片。

作为示例，所试验的电池模块被评估为提供高达约100小时的操作(考虑到紧急通信所需的24小时储备量)。电池电量计被用来指示电池电量水平，电池电量水平通过指示器24显示在每个电池模块的前面(25％、50％、75％和100％容量+储备量)并且通过系统传输，其中，当各电池模块处于规定的消耗水平从而表明其应该被换出时警报激活。电池可以在8小时内完全充电。指示器24提供状态(即，电池是否处于“负荷”状态)和当前电量水平两者。应当指出的是，单元配置成不间断地将电池状态传输至网络，使得每个节点处的每个电池的状态均可以不断地被控制室操作者监控，并且警报同样可以提供给中央控制器以及单元自身。

双电池系统允许“热替换(hotswapping)”，以便在已充电的电池模块与已消耗的模块替换时维持任何有源链路并维持带电网格。单元采用具有热替换轮22的独特机构，以使得一次仅移除并更换一个电池。该机构确保电池只能通过有意的动作来脱开接合并移除，并且当电池已经脱开接合时，另一个电池被保持在位而防止脱开接合。

图3示出了热替换轮22的细节。轮22由与盘形基部51成一体的外周壁50限定，并且轮22设置成围绕由滚珠座圈轴52提供的轴线旋转，滚珠座圈轴52与单元10的本体内的部件的平的安装面17上的轮毂接纳件74连接并保持在轮毂接纳件74中(参见图2)。如所示出的，另外在盘形基部51的前部面上结合到轮中的是呈成形轮辐54形式的手柄54，手柄54能够由操作者的手容易地操纵。周壁50在其后侧部上具有阶梯部56，从而在圆周的有限部分上形成切口，以提供释放区域58，这将在下面进一步论述。

另外结合至盘形基部51的后部面的是内周壁60，内周壁60成形为提供径向凸轮凸角62，如图3b所示，径向凸轮凸角62处于与释放区域58的外周壁切口的中心重合的角度。内周壁60中的位于凸轮凸角62后方的孔内安装有弹簧加载的球塞64，球塞64用以与设置在附接有轮的面17上的转位凹部(indexingrecess)接合。此外，内周壁60与两个径向壁68成一体，在这两个径向壁68之间限定约束区域70，约束区域70与平的安装部分17上的突出止挡部相互作用，以防止轮22旋转超过角度限制。轴52由橡胶塞52密封，橡胶塞与手柄54中的中央同轴凹部接合。可以提供另外的支承件以增加从盘形基部51延伸的一体部件的总体坚固性。例如，可以通过缩短径向壁68来使环形支承件与轴52同心地定位。

在操作中，当轮22在平的面17上安装就位(其中轴52接合在轮毂接纳件74中)时，轮22由于受壁68与止挡部72的接合的限制而能够选择性地旋转180°的角度，而球塞64转位到面17上的凹部、比如凹部66中。

图4和图5图示了电池模块的热替换的动作，如通过图3d的截面b-b的视图所示的。

图4a中示出了轮22的正常位置(原始位置)，这是由凹部66限定的转位位置。电池锁定通过释放区域58和每个电池模块中的接合突出部49的相对成形和尺寸来提供。在原始位置，两个电池模块a和b(18、20)的接合突出部49由周壁50保持。因此，两个电池牢固地保持就位且与单元电接合。

轮22沿逆时针方向在约80°的“驻留(dwell)区域”上的旋转没有影响。此时，凸轮凸角62开始抵靠电池模块a的突出部49的平的远端面，从而将模块a沿向左方向推动。进一步的旋转使突出部49处于周壁50的释放区域58中，从而导致模块a的弹出。如上所述，为了实现模块a的弹出，必须手动按压左手电池模块闩锁28。因此，操作者必须采取明确且积极的双手动作来使电池模块弹出。位于电池模块18、20的前部的近端部分中的手指凹窝26辅助操作者进行将模块从单元抽出所需的横向滑动。在电池模块18、20的背部上复制有相应的手指凹窝(未示出)，以允许对电池模块进行牢固的“爪状”抓握来帮助移除。

图4d示出了处于与原始位置成约90°的其极限逆时针弹出位置的轮22。一旦轮被释放，轮就松开回到第二转位位置，该第二转位位置由与原始位置成约80°的成形凹部限定(参见图4e)。将指出的是，在该位置，电池模块b的突出部49仍然被完全保持，从而防止电池模块b的释放。

当已充电的更换电池模块a被引入时，突出部49的平的远端面与凸轮凸角62的侧部接合，从而将轮22驱动至俘获突出部49的位置(图4f)，从而实现电池的电连接并通过电池接合垫圈42实现密封。将轮手动顺时针旋转回到转位原始位置使得单元返回到双锁定电池模块的状态，其中，闩锁28自动与电池模块重新接合。

图5a至图5g示出了关于电池单元b的弹出及更换的类似操作。

关于电力pca36，电力线路被编程为将电力从第一电池模块输送(route)至单元，直到第一电池模块消耗至规定阈值。在开发并试验的单元中，该阈值处于相当于至少约24小时储备量的电量水平(根据矿场环境的要求)。然后电力输送切换到第二模块，从而允许第一模块换出。然后，当第二模块类似地消耗时，电力输送切换回来。如果第一电池模块没有被换出并且第二模块消耗至规定阈值，则电力线路从两个模块均等地向单元输送电力。

pca36的电力线路包括交叉点切换布置，该交叉点切换布置被配置成使得：如果操作者无意中动作而使当前处于负荷状态的电池模块(而不是已消耗的模块)弹出，则电力输送立即自动切换到另一个电池模块，而不会中断向单元供电的连续性。

如本领域读者将理解的，可以将两个电池模块18和20从单元移除(这可能是对单元进行维护或修理或者停用未使用的单元所需的)，但是仅在完成包括两个电池模块的顺序弹出在内的许多有意的顺序操作时可以将这两个电池模块18和20从单元移除。

所描述并说明的单元采用了两个电池模块，但将理解的是，该设计可以容易地适于包括任意数目的电池模块。

除了其网格节点功能之外，该单元还设置有读取由人员携带或作为跟踪和/或接近度检测系统的一部分安装在设备上的标签(在wifi频带和/或zigbee频带中)的功能。

本发明的通信单元的属性和优点包括：

·轻、小且便携。

·802.11b/g/n和可选的802.15.4无线电功能。

·独立和/或外部的天线连接。

·2个100whr的“智能”锂离子电池，一次充电可运行长达6天。

·“热替换”电池机构允许在不停止对单元供电或移动单元的情况下将电池模块更换到位。

·(在机械和电气两方面)十分简单的电池替换机构。

·肩部条带杆，其能够接收：肩夹、织带、钩环、线缆钩等。

·符合iec要求和msha要求的本质安全。

·许多配件，包括：顶锚/岩锚；锁孔安装板、帆布罩、快速充电器等。

以上描述仅以说明的方式提供，并且将理解的是，本发明的广泛范围和界限包括对本领域技术人员明显的所有改型和变型。

应理解的是，在本说明书的整个描述和权利要求中，用语“包括”和该用语的变体、比如“包括有”和“包含”并不意在排除其他添加物、部件、整体或步骤。

已经包括在本说明书中的对文献、动作、材料、装置、物品等的任何论述仅仅是为了提供本技术的背景。不应被视为承认：任何或所有这些事项构成现有技术基础的一部分，或者由于其在本说明书的每项权利要求的优先权日之前存在而成为与本技术相关的领域中的公知常识。

无线接入点/中继器节点-部件列表

附图标记部件材料/功能

10无线通信单元

11壳体聚碳酸酯

11a后壳体

11b前壳体

11c壳体垫圈密封件

11d基部板不锈钢-结构加固

12手柄

14天线西门子ant795-4mx

14an型天线连接件-阴型

14bo型圈

14cm16垫圈

14dm16螺母

16控制和操作状态面板

16a状态图案

16b透镜透明的聚碳酸酯

16c透镜包覆成型件empilontpeha80

17平的安装面

18电池模块a

20电池模块b

22热替换轮聚碳酸酯-双电池保持、单电池弹出

24电池状态/电量指示器

26手指凹窝

28电池模块闩锁聚碳酸酯

30条带杆不锈钢

32主pca(处理和无线电)

附图标记部件材料/功能

34显示pca

36电力pca

38电池触头

40电力输入触头

42电池接合垫圈

44摆动锚固件和枢轴聚碳酸酯

46闩锁复位弹簧不锈钢

48弧形凹面

49接合突出部

51盘形基部

50周壁

52轴(滚珠座圈轴)

54轮手柄(轮辐)

56壁阶梯部

58释放区域

60内周壁

62凸轮凸角

64弹簧球塞

66转位凹部

68径向壁

70约束区域

72止挡部

74轮毂

76塞

单元的近似尺寸(参见图1)：

宽度：310mm

高度：230mm

深度：80mm

手柄：长度110mm