专利名称：适用于煤矿井下的无线网络交换机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种网络通讯设备，具体地说，是适用于煤矿井下的无线网络交换机
系统。
背景技术：
煤矿综合自动化是煤矿高产、高效和安全生产的保证，而煤矿井下网络平台是实 现煤矿综合自动化的基础。目前，我国的许多煤矿都建立了工业以太网，用于井下采煤装备 以及井下环境参数的监控。但主要是采用有线网络方式(光纤+防爆交换机)，我国井下 采用的防爆交换机的核心构成主要是赫斯曼和西门子两种类型的交换机，然后外加防爆外 壳，达到煤矿安全要求。井下有线以太网存在的不足主要体现在以下几点(l)布置于主要 巷道，不能覆盖整个井下；(2)造价昂贵；(3)无法实现运动机电装备的监控，比如采煤机、 机车等。目前，我国的煤矿综合自动化项目，均没能涵盖综采工作面，不能实现综采装备的 远程监控。本发明的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统基于爆炸性气体环境用电气设 备通用要求GB3836. 1-2000以及本质安全型要求GB3836. 4-2000设计，主要用于煤矿井下 运动机电装备的工况信息传输(特别是综采工作面的机电装备)，本发明的适用于煤矿井 下的无线网络交换机系统也可以和有线网络集成，实现煤矿井下工业以太网的全部覆盖。
发明内容
本发明是提供一种适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，解决实现煤矿井下工 业以太网的全部覆盖问题。 具体的实施方案是，本发明的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统基于爆炸性 气体环境用电气设备通用要求GB3836. 1-2000以及本质安全型要求GB3836. 4-2000设计； 基于联网运行的可靠性、安全性能高，采用模块化设计，采用国际品牌工业级芯片，电控元 件均采用成熟、可靠产品，适合煤矿井下的恶劣工作环境，采用低功耗设计，并采取外置电 源供电。其主要技术特点有煤矿井下无线传输带宽大于25Mbps、煤矿井下无线传输距离 大于等于100m、温度范围在-20 40度、工作环境湿度^ 85%、功耗低于10W、正常工作电流 600mA、主板工作电压5V、正常工作电流0. 6A、峰值电流小于1A、其具有路由功能、具有有线 转接无线和无线转接有线的功能。本发明的有益效果是提高煤矿井下通讯技术，实现煤矿 井下网络的全面覆盖，弥补有线网络的不足，实现煤矿综采工作面机电装备和煤矿井下其 它运动装备的远程监测和控制，为实现采煤机高效自动化开采、远程操控与故障诊断提供 可靠数据。
图1、本发明的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统框图。 其中有Ul :核心处理模块；U2-U3 :程序存储模块；U4 :数据存储模块；U5 :无线通 讯模块的PCI插槽；U6 :无线通讯模块；U7 :以太网数据交换模块；U8 :以太网模块，U8_l通讯网络变压器，U8-2端口 ；U9 :测试终端模块U10 :电源模块，U810_l、 U810-2和U810-3都 是电源调节器。
具体实施例方式
下面给合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 参见附图1，本发明的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，包括外壳、主板以 及按设计要求安置在主板上的模块，其中有Ul :核心处理模块；U2-U3 :程序存储模块；U4 : 数据存储模块；U5 :无线传输模块的PCI插槽；U6 :无线通讯模块；U7 :以太网数据交换模
块；U8 :以太网模块，U8-l通讯网络变压器，U8-2端口 ；U9 :测试终端模块，U10 :电源模块， U810-1 、U810-2和U810-3都是电源调节器。
模块之间按信息传递要求实行电连接。各模块的功能简述如下Ul核心处理模块由Intel公司生产的IXP425ABD 32位网络处理器组成，该模块为
该交换机的核心，负责对其它模块的控制和通讯； U2-U3程序存储模块是一个高速的同步动态随机存取存储器，用于存放已调试
好的用户应用程序、嵌入式操作系统以及在系统掉电后需要保存的用户数据等； U4数据存储模块在本装置中的功能是实现代码执行以及数据存储； U5无线传输模块的PCI插槽，该模块是Mini PCI无线网卡的标准接口 ，在本装置
中用于无线网卡的安装； U6无线传输模块，该模块主要负责CPU处理以后数据的无线传输，并可以和其它 网络设备组网使用； U7以太网数据交换模块，用于以太网的数据交换操作，具有接收和发送数据的功 能； U8以太网模块，其中U8-l通讯网络变压器，是一种连接以太网收发芯片与终端设 备接口之间的磁性组件，在其二者之间起着信号传输、阻抗匹配、波形修复、信号杂波抑制 和高电压隔离作用，U8-2端口有4个RJ45接口 ；
U9测试终端模块。 U10电源模块，其功能是提供稳定的电压(5V、3. 3V、1. 3V)。 本发明的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统的工作过程是，首先，UIO电源模 块，提供稳定的电压，主板工作电压为5V，主要芯片工作电压为5V、3. 3V、，或1. 3V，采用外 置DC12V电源供电，电源调节器，U10-l和U10-2，把DC12V转换为5V和3. 3V，电源调节器 U10-3，把3. 3V转换为1. 3V。其处于工作状态。 当数据通过U8-2端口的RJ45接口传输到该无线交换机时，经过通讯网络变压器 U8-l和以太网数据交换模块U7传输到核心处理模块Ul，核心处理模块Ul调用程序存储模 块U2、 U3中的程序对数据进行分析并打包处理，将打包后的数据包送入数据存储模块U4。 同时核心处理模块U1调用程序进行分析计算，赋予数据包将要达到的目的地的标签，这一 步骤确定了数据包将要到达的地址。然后由核心处理模块U1调用程序存储模块U2和U3中 的程序进行路由计算，决定该数据包经由哪个路径发送到其目的地节点，并对数据包加密。 核心处理模块Ul通过和PCI总线插槽U5将数据传输到无线传输模块U6，无线传输模块U6 通过无线的方式发送该数据包。
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同理，当在数据经由无线传输模块U6接收时，无线传输模块U6通过无线传输模块 的PCI插槽U5和核心处理模块Ul通讯，核心处理模块Ul调用程序存储模块U2与U3中的 程序对数据进行分析并打包处理，将打包后的数据包送入数据存储模块U4。同时核心处理 模块Ul调用程序进行分析计算，赋予数据包将要达到的目的地的标签，这一步骤确定了数 据包将要到达的地址。然后由核心处理模块U1调用程序存储模块U2和U3中的程序进行 路由计算，决定该数据包经由哪个路径发送到其目的地节点，并对数据包加密。核心处理模 块Ul通过以太网数据交换模块U7和通讯网络变压器U8-l，将数据通过端口 U8-2的RJ45 接口进行传输，实现和其他具有端口 U8-2相同接口 RJ45的工业设备的通信。
在具体的实施例中主要模块选型如下 Ul核心处理模块、选用Intel公司生产的IXP425ABD 32位网络处理器 IXP425采用嵌入式体系结构，该网络处理器具有533兆赫的英特尔XscaleRISC核
心，三个网络处理器引擎，两个配备有MII/RMI1介面的10/100Base-T以太网MAC以及两个
UART。工作温度-40°C 85°C ;IXP425ABD是32位微处理器，端口电压3. 3V，功耗1W。 U2-U3程序存储模块是 一 个高速的同步动态随机存取存储器(4M
WordsX4banksX 16bits)，时钟频率143MHz，该芯片能够满足PC机的工业标准，采用低功
耗设计，工作电压3. 3V，工作电流低于lmA，工作温度-40°C 80°C 。 U5Mini PCI总线插槽该模块是Mini PCI无线网卡的标准接口 。 U6无线传输模块该模块为Intel公司生产的Mini PCI-type3无线网卡，完全符
合IEEE802. llg标准，兼容IEEE802. lib标准，提供最高达54Mbps的数据传输率。 U7以太网数据交换模块为台湾Infineon-ADMtek公司的ADM6996L以太网交换
控制器，符合IEEE 802. 11X以太网标准，具有5个自动检测的10/100Mbs全/半双工端口 ，
一个10/100介质访问控制MAC，所有的端口支持10/100Mbs的全/半双工数据传输。该交
换模块内嵌SRAM用于数据包缓冲，为了得到优化的存贮应用，地址表被分为256个块。内
嵌的智能算法可以使其能够辨识2048个MAC地址。 U8通讯网络变压器ETHERNET 10/100BASE QUAD PORT TRANSFORMER通讯网络变 压器。 U9电源模i央，采用International Rectifier公司生产的电源调节器IRF7416和 CSS1031与电源调节器LP3965ES。 主板采用印刷电路並做防腐和绝缘性处理。外壳是全密封结构，达到绝缘等级标 准。
权利要求
适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该交换机包括外壳、主板以及按设计要求安置在主板上的模块，其中有核心处理模块(U1)；程序存储模块(U2、U3)；数据存储模块(U4)；无线传输模块的PCI插槽(U5)；无线传输模块(U6)；以太网数据交换模块(U7)；以太网模块(U8)，通讯网络变压器(U8-1)，端口(U8-2)；测试终端模块(U9)，电源模块(U10)，电源调节器(U810-1、U810-2和U810-3)；模块之间按信息传递要求实行电连接。
2. 根据权利要求1所述的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该外 壳是全密封结构。
3. 根据权利要求1所述的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该主 板上布置印刷线路。
4. 根据权利要求3所述的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该印 刷线路符合模块之间按信息传递要求实行电连接。
5. 根据权利要求1所述的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该核 心处理模块是IXP425ABD 32位微处理器，采用嵌入式体系结构，具有533兆赫的英特尔 Xscale RISC核心，三个网络处理器引擎，两个配备有MII/RMI1介面的10/100Base-T以太 网MAC以及两个UART，工作温度-40°C 85°C ，端口电压3. 3V，功耗1W。
6. 根据权利要求1所述的适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，其特征在于，该交 换机的工作过程是，首先，U10电源模块，提供稳定的电压，主板工作电压为5V，主要芯片工 作电压为5V、3. 3V、，或1.3V，采用外置DC12V电源供电，电源调节器，U10-1和U10-2，把 DC12V转换为5V和3. 3V，电源调节器U10-3，把3. 3V转换为1. 3V。其处于工作状态。当数据通过端(U8-2)的RJ45接口传输到该无线交换机时，经过通讯网络变压器 (U8-l)和以太网数据交换模块(U7)传输到核心处理模块(Ul)，核心处理模块(Ul)调用程 序存储模块(U2、U3)中的程序对数据进行分析并打包处理，将打包后的数据包送入数据存 储模块(U4)。同时核心处理模块(Ul)调用程序进行分析计算，赋予数据包将要达到的目的 地的标签，这一步骤确定了数据包将要到达的地址。然后由核心处理模块(Ul)调用程序存 储模块(U2和U3)中的程序进行路由计算，决定该数据包经由哪个路径发送到其目的地节 点，并对数据包加密。核心处理模块(Ul)通过和PCI总线插槽(U5)将数据传输到无线传 输模块(U6)，无线传输模块通过无线的方式发送该数据包。同理，当在数据经由无线传输模块(U6)接收时，无线传输模块(U6)通过无线通讯模块 的PCI插槽(U5)和核心处理模块(Ul)通讯，核心处理模块(Ul)调用程序存储模块(U2与 U3)中的程序对数据进行分析并打包处理，将打包后的数据包送入数据存储模块(U4)。同 时核心处理模块(Ul)调用程序进行分析计算，赋予数据包将要达到的目的地的标签，这一 步骤确定了数据包将要到达的地址。然后由核心处理模块(Ul)调用程序存储模块(U2和 U3)中的程序进行路由计算，决定该数据包经由哪个路径发送到其目的地节点，并对数据包 加密。核心处理模块(Ul)通过以太网数据交换模块(U7)和通讯网络变压器(U8-l)，将数 据通过端口 (U8-2)进行传输，实现和其他具有与端口 (U8-2)相同接口的工业设备的通信。
全文摘要
本发明是提供一种适用于煤矿井下的无线网络交换机系统，具体的实施方案是，基于爆炸性气体环境用电气设备通用要求GB3836.1-2000以及本质安全型要求GB3836.4-2000设计；基于联网运行的可靠性、安全性能高，采用模块化设计，采用国际品牌工业级芯片，电控元件均采用成熟、可靠产品，适合煤矿井下的恶劣工作环境，采用低功耗设计，并采取外置电源供电；本发明的有益效果是提高煤矿井下通讯技术，实现煤矿井下网络的全面覆盖，弥补有线网络的不足，实现煤矿综采工作面机电装备和煤矿井下其它运动装备的远程监测和控制，为实现采煤机高效自动化开采、远程操控与故障诊断提供可靠数据。
文档编号H04L12/28GK101729263SQ20091026055
公开日2010年6月9日 申请日期2009年12月10日 优先权日2009年12月10日
发明者周双 申请人:周双