专利名称：矿井物联网综合通信系统、交换机和上位机的制作方法
技术领域：
本发明涉及安全生产技术领域，尤其涉及一种矿井物联网综合通信系统、交换机和上位机。
背景技术：
矿山信息通信系统在现代化矿山企业中正扮演着越来越重要的角色。矿用综合通讯系统具有通信(话音通信、数字分组通信)、调度(电话调度、会议汇接)、控制及信息采集等功能，应用于矿山的生产调度、指挥和单位内部通信。同时，随着矿山企业自动化水平的不断提高对通信设备的要求也越来越高，综合通信交换机作为系统中重要的组成部分就决定了系统的性能。图I为现有技术井下交换机的结构示意图。请参照图1，综合通信交换机包括电源管理单元和处理器单元。该处理器单元提供CAN总线接口、视频S端子、RS485、RS232、WIFI接口、2. 4G无线接口、433M无线接口并提供光纤环网接口。该综合通信交换机可以将视频、音频、通信数据、无线定位等信号传输到工业以太环网中，再由以太环网将数据传输到井上服务器进行处理。当矿井中增加了新设备，而图I所示的井下交换机不具有该新设备对应的通讯协议时，将不能够识别该设备，必须要对井下交换机进行软件更新。然而，由于交换机位于矿井之下，对其进行协议更新非常的不便首先需要拆卸设备到井上，其次需要专业人员使用专业烧写工具来烧写，烧写完毕后还要把设备重新拿到井下安装。
发明内容
(一 )要解决的技术问题为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种矿井物联网综合通信系统、交换机和上位机。( 二 )技术方案根据本发明的一个方面，提供了一种矿井物联网综合通信系统。该矿井物联网综合通信系统包括交换机，位于井下，用于当利用自身存储的协议无法解析由接口接收到的数据包时，将该数据包或从该数据包中提取的设备信息通过通信网络发送至上位机，接收和存储上位机依据该数据包或设备类型进行查询获取的对该数据包进行解析所需要的通信协议。通信网络，用于上位机和交换机之间的数据通信；上位机，位于井上，用于存储井下设备的通信协议，当接收到数据包或设备信息时，将该数据包或设备类型对应的通信协议通过通信网络下发至交换机。根据本发明的另一个方面，还提供了一种交换机。该交换机用于井下数据交换，包括数据接收模块，用于接收由各个接口上传的数据包；协议存储模块，用于存储对数据包进行解析所需要的协议；数据解析模块，用于对各个接口上传的数据包按照在协议存储模块存储的协议进行解析；协议更新模块，用于在数据解析模块对接口上传的数据包第一次解析失败时，将该数据包或从该数据包中提取的设备类型通过通信网络传输至上位机；接收上位机根据该数据包或从该数据包中提取的设备类型查询到的通信协议，并将该通信协议存储至协议存储模块。根据本发明的又一个方面，还提供了一种上位机。该上位机用于井上协议存储，包括存储模块，用于存储井下设备的通信协议；协议查询模块，用于根据由井下交换机上报的数据包或设备信息，从存储模块中提取该数据包或设备信息对应的通信协议，并将该通信协议回发至井下交换机。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明矿井物联网综合通信系统、交换机和上位机具有以下有益效果
(I)本发明实现井下交换机自动查询并更新本身的通信协议，可以减小增加新设备后带来协议不兼容问题，能够简单、快速兼容新增设备，节省了人力物力；(2)嵌入式CPU支持在线对新协议进行查询并将新协议并固化到外部FLASH中，这样的设计可实现无需更新嵌入式CPU固件就可在线更新协议，最大程度地保证了系统的安全；(3)实现对不同类型的协议进行转换处理，将不同的通信协议转换成基于IP的通信方式，从而方便了上位机对接收到的数据进行处理。
图I为现有技术综合通信交换机的结构示意图；图2根据本发明实施例的矿井物联网综合通信系统的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。本发明矿井物联网综合通信系统中，当矿上增加新的且具有不同通讯协议设备，只需要在硬件通信接口连接好后在井上把通信协议添加到上位机中，井下交换机接收到未知的协议后自动向上位机查询新协议，收到后开始通信并将协议存入到片外FLASH中，从而实现简单、快速兼容新增设备。在本发明的一个示例性实施例中，提供了矿井物联网综合通信系统。如图2所示，该矿井物联网综合通信系统包括位于井下的交换机、位于井上的上位机及连接交换机和上位机的通信网络。交换机，位于井下，负责将井下各种端口的数据进行解析后通过通信网络传输到上位机，其具备在线查询和更新协议的功能。当交换机利用自身存储的协议无法解析接收到的数据包时，从该数据包中提取设备信息，将该设备信息通过通信网络发送至上位机；并且当从数据包中提取设备信息失败时，将该数据包通过通信网络发送至上位机；接收和存储上位机依据设备类型或数据包进行查询获取的对该无法解析的数据进行解析所需要的通信协议。进一步地，该交换机又可以包括数据接收模块，用于接收由各个接口上传的数据包；协议存储模块，用于存储对数据包进行解析所需要的协议；数据解析模块，用于对各个接口上传的数据包按照在协议存储模块存储的协议进行解析；协议更新模块，用于在数据解析模块无法对接口上传的数据包进行解析时，将该数据包或从数据包中提取的设备信息通过通信网络传输至上位机，并接收上位机根据该数据包或设备信息查询到的通信协议，并将该通信协议存储至协议存储模块。通过井下交换机和井上上位机的通信，实现井下交换机自动查询并更新本身的通信协议，可以减小增加新设备后带来协议不兼容问题，能够简单、快速兼容新增设备，节省了人力物力。 为了避免由于协议升级导致的交换机死机，破坏自身固件程序，数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块均固化于嵌入式CPU当中，协议存储模块为片外FLASH芯片，其连接至上述嵌入式CPU当中。此外，所述协议存储模块还可以包括第一存储子模块，与数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块均固化于嵌入式CPU当中，用于存储预设的通信协议；第二存储子模块，为独立于所述嵌入式CPU之外的FLASH芯片，用于存储由上位机下发的通信协议。通过设置片外FLASH芯片存储通信协议，省去了研发人员为了新设备通信协议重新编写综合通信交换机程序的麻烦，同时提升了对嵌入式本身的固件程序的保护作用。为了实现对接口上传数据的正确解析，上述数据解析模块，还用于从协议存储模块中提取由上位机下发的通信协议对解析失败的数据薄进行重新解析；如果再次解析失败，则通过通信网络向上位机发送报警信号。为了实现信号的统一，该矿井物联网综合通信系统还包括编码模块，用于利用数据解析模块解析成功的数据，转换为符合TCP/IP协议的数据包，并将该数据包通过光纤环网接口上传至上位机。通信网络，用于上位机和交换机之间的数据通信。在矿井中常用的为冗余模式的光纤通信方式-光纤环网。上位机，位于井上，用于存储井下所有设备的通信协议，当接收到交换机解析失败的数据包时，对该数据包进行分析，由数据包内的标识符获知该数据包的设备信息，并将该设备对应的通信协议通过通信网络下发至交换机。进一步地，该上位机又可以包括存储模块，用于存储井下设备的通信协议；协议查询模块，用于根据所述数据包或从数据包中提取的设备信息，从所述存储模块中提取该设备对应的通信协议，并将该通信协议回发至井下交换机。本实施例中，接口可以包括各种的硬件通信接口，如RS485接口、RS232接口、RJ45接口、2. 4G无线接口、433M无线接口、WIFI接口、CAN接口、光纤接口、视频接口等等。在本实施例的一个具体场景上，例如新增加气压传感器设备，气压传感器设备将采集到的气压数据包发送到井下的交换机,数据包内容如下
权利要求
1.一种矿井物联网综合通信系统，其特征在于，包括 交换机，位于井下，用于当利用自身存储的协议无法解析由接口接收到的数据包时，将该数据包或从该数据包中提取的设备信息通过通信网络发送至上位机，接收和存储上位机依据该数据包或设备信息进行查询获取的对该数据包进行解析所需要的通信协议； 通信网络，用于上位机和交换机之间的数据通信； 上位机，位于井上，用于存储井下设备的通信协议，当接收到所述数据包或设备信息时，将该数据包或设备类型对应的通信协议通过通信网络下发至交换机。
2.根据权利要求I所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述交换机包括 数据接收模块，用于接收由各个接口上传的数据包； 协议存储模块，用于存储对数据包进行解析所需要的协议； 数据解析模块，用于对各个接口上传的数据包按照在协议存储模块存储的协议进行解析； 协议更新模块，用于当利用自身存储的协议无法解析由数据接收模块接收到的数据包时，从该数据包中提取设备信息，将该设备信息通过通信网络发送至上位机，接收和存储上位机依据该设备类型进行查询获取的对该数据包进行解析所需要的通信协议。
3.根据权利要求2所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述交换机中 所述协议更新模块，还用于当从数据包中提取设备信息失败时，将该数据包通过通信网络发送至上位机，接收和存储上位机依据该数据包进行分析、查询获取的对该数据包进行解析所需要的通信协议。
4.根据权利要求2所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块均固化于嵌入式CPU ； 所述协议存储模块为所述嵌入式CPU片外的FLASH芯片。
5.根据权利要求2所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述协议存储模块包括 第一存储子模块，与数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块共同固化于嵌入式CPU当中，用于存储预设的通信协议； 第二存储子模块，为独立于所述嵌入式CPU之外的FLASH芯片，用于存储由上位机下发的通信协议。
6.根据权利要求2所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述数据解析模块，还用于从协议存储模块中提取由上位机下发的通信协议，对解析失败的数据包进行重新解析；如果再次解析失败，则通过通信网络向上位机发送报警信号。
7.根据权利要求I所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述上位机包括 存储模块，用于存储井下设备的通信协议； 协议查询模块，用于根据所述数据包或设备信息，从所述存储模块中提取该数据包或设备信息对应的通信协议，并将该通信协议回发至井下交换机。
8.根据权利要求I至7中任一项所述的矿井物联网综合通信系统，其特征在于，所述通信网络为通信环网。
9.一种交换机，其特征在于，用于井下数据交换，包括 数据接收模块，用于接收由各个接口上传的数据包；协议存储模块，用于存储对数据包进行解析所需要的协议； 数据解析模块，用于对各个接口上传的数据包按照在协议存储模块存储的协议进行解析； 协议更新模块，用于在数据解析模块对接口上传的数据包第一次解析失败时，将该数据包或从该数据包中提取的设备类型通过通信网络传输至上位机；接收上位机根据该数据包或从该数据包中提取的设备类型查询到的通信协议，并将该通信协议存储至协议存储模块。
10.根据权利要求9所述的交换机，其特征在于，所述数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块均固化于嵌入式CPU ； 所述协议存储模块为所述嵌入式CPU片外的FLASH芯片。
11.根据权利要求9所述的交换机，其特征在于，所述协议存储模块包括 第一存储子模块，与数据接收模块、数据解析模块和协议更新模块共同固化于嵌入式CPU当中，用于存储预设的通信协议； 第二存储子模块，为独立于所述嵌入式CPU之外的FLASH芯片，用于存储由上位机下发的通信协议。
12.—种上位机，其特征在于，用于井上协议存储，包括 存储模块，用于存储井下设备的通信协议； 协议查询模块，用于根据由井下交换机上报的数据包或设备信息，从所述存储模块中提取该数据包或设备信息对应的通信协议，并将该通信协议回发至井下交换机。
全文摘要
本发明提供了一种矿井物联网综合通信系统、交换机和上位机。该矿井物联网综合通信系统包括交换机，位于井下，用于当利用自身存储的协议无法解析由接口接收到的数据包时，将该数据包或从该数据包中提取的设备信息通过通信网络发送至上位机，接收和存储上位机依据该数据包或设备类型进行查询获取的对该数据包进行解析所需要的通信协议。通信网络，用于上位机和交换机之间的数据通信；上位机，位于井上，用于存储井下设备的通信协议，当接收到所述数据包或设备信息时，将该数据包或设备类型对应的通信协议通过通信网络下发至交换机。本发明实现井下交换机自动查询并更新本身的通信协议，可以减小增加新设备后带来协议不兼容问题。
文档编号H04L12/931GK102970200SQ20121050724
公开日2013年3月13日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者李学恩, 杨东鑫 申请人:中国科学院自动化研究所