專利名稱：礦用無線接口分站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種礦用無線通信系統(tǒng)，具體地說，是涉及一種礦用無線接口分站。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的重要能源，約占一次能源的70%，目前我國現(xiàn)有煤礦約2. 3萬個(gè)， 2008年全國煤炭總產(chǎn)量約為27億噸。我國煤礦95%以上是井下開采，煤炭儲(chǔ)藏條件差、開 采深度深、瓦斯、煤塵、水災(zāi)、火災(zāi)、沖擊地壓、地?zé)岬壤_著煤炭工業(yè)的健康發(fā)展，煤炭行業(yè) 一直是我國工礦企業(yè)中的高危行業(yè)。煤炭開采面臨的是移動(dòng)的生產(chǎn)環(huán)境，除永久性的大巷 以外，在完成一個(gè)采區(qū)的采煤工作后，需要將采掘、支護(hù)、通信、監(jiān)測監(jiān)控、運(yùn)輸、電力、通風(fēng) 排水等大量設(shè)備搬遷至新的采煤工作區(qū)。井下巷道的掘進(jìn)同樣面臨的是不停移動(dòng)的工作環(huán) 境，大量的設(shè)備需要跟隨掘進(jìn)的進(jìn)度隨時(shí)搬遷。煤礦井下是一個(gè)特殊的工作環(huán)境，因此，礦井無線通信系統(tǒng)不同于一般地面無線 通信系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)(1)本安型電氣設(shè)備。煤礦井下有甲烷等可燃性氣體和煤塵，因此通信設(shè)備要求采 用安全性能好的本質(zhì)安全型防爆措施，煤礦的通信設(shè)備必須有防爆許可證。(2)傳輸衰耗大。礦井縱橫可達(dá)幾十到上百公里，煤礦井下空間狹小、巷道傾斜、有 拐彎和分支、巷道表面粗糙，且有大型設(shè)備等阻擋體，傳輸衰耗大。所以選用合適的頻率和 設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)，才能保證礦井移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋全礦井。(3)設(shè)備體積小。煤礦井下空間狹小，礦井最大截面尺寸也就4 6m左右，而在這 狹小的空間內(nèi)還架設(shè)了動(dòng)力電纜、照明線，鋪設(shè)了水管、鐵軌。因此，通信設(shè)備的體積不能很 大。(4)發(fā)射功率小。本質(zhì)安全型防爆電氣設(shè)備的最大輸出功率為25W左右，故礦井移 動(dòng)通信設(shè)備發(fā)射功率一般較小，所以應(yīng)采用各種降低功率的措施，同時(shí)得考慮防爆、體積和重量。(5)抗干擾能力強(qiáng)。井下空間窄小、機(jī)電設(shè)備相對集中、功率大，因此電磁干擾嚴(yán) 重。故設(shè)備應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。在礦井中，自然輻射小，靜電干擾小和人為發(fā)射電波 干擾小，但50Hz和其諧波的干擾和電機(jī)車火花所造成的干擾大。所以礦井通信系統(tǒng)在工作 頻率選擇上應(yīng)考慮這些干擾源，應(yīng)盡量選擇高頻或甚高頻作為系統(tǒng)工作頻率。同時(shí)在有線 傳輸和電源設(shè)計(jì)上必須考慮抗干擾的問題。(6)防護(hù)性能好。應(yīng)有防塵、防水、防潮、防霉、耐機(jī)械沖擊等性能。(7)抗故障能力強(qiáng)。煤礦井下環(huán)境惡劣，頂板垮落、機(jī)車脫軌等自然破壞不可避免， 同時(shí)人為破壞事件也時(shí)有發(fā)生。因此礦井通信系統(tǒng)應(yīng)具有較強(qiáng)的抗故障能力。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的成熟與進(jìn)步，工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)已在我國煤礦得到廣泛應(yīng) 用，在減員增效、提高煤安安全管理水平方面發(fā)揮了巨大的作用。迄今為止，我國煤礦井下 工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)組網(wǎng)與終端接入均以有線通信方式為主，煤炭開采面臨的是移動(dòng)的生產(chǎn)環(huán)
3境，除永久性的大巷以外，在完成一個(gè)采區(qū)的采煤工作后，需要將采掘、支護(hù)、通信、監(jiān)測監(jiān) 控、運(yùn)輸、電力、通風(fēng)排水等大量設(shè)備搬遷至新的采煤工作區(qū)。井下巷道的掘進(jìn)同樣面臨的 是不停移動(dòng)的工作環(huán)境，大量的設(shè)備需要跟隨掘進(jìn)的進(jìn)度隨時(shí)搬遷。而煤礦井下的生產(chǎn)環(huán) 境差、重型裝備多、人員技術(shù)水平低，經(jīng)常發(fā)生光纜與通信電纜損毀的事件，影響自動(dòng)化系 統(tǒng)的正常工作，制約了井下工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。迄今為止，還沒有一個(gè)基于無線通信技術(shù)的自動(dòng)化系統(tǒng)在井下應(yīng)用。而本實(shí)用新 型涉及的礦用無線接口分站正是讓無線通信的便捷性優(yōu)勢在煤礦井下自動(dòng)化系統(tǒng)中得到 體現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型為了解決上述不足之處，提供了一種高帶寬、接口類型豐富、可靠性高 的礦用無線接口分站、可提供以太網(wǎng)光口、以太網(wǎng)電口、RS485/422/232串口、CAN總線接口 以及無線WiFi接口等將本地的工業(yè)自動(dòng)化終端、其它業(yè)務(wù)分站以及被監(jiān)控的設(shè)備接入并 通過無線方式連接到遠(yuǎn)端的無線基站并傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，采用以下技術(shù)方案1. 一種礦用無線接口分站，所 述分站由WiFi無線模塊、天線、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊、開關(guān) 電源、外殼組成，其特征在于所述分站通過內(nèi)部的WiFi無線模塊或以太網(wǎng)交換模塊實(shí)現(xiàn)分 站之間，分站與其它WiFi設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備接入、總線 設(shè)備接入，WiFi無線模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊連接以太網(wǎng)交換模塊，天線連 接WiFi無線模塊射頻輸出端口，WiFi無線模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線 接入模塊通過開關(guān)電源供電，WiFi無線模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接 入模塊、開關(guān)電源安裝在外殼內(nèi)。2.所述的礦用無線接口分站，其特征在于所述以太網(wǎng)交換模塊是環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)模 塊。3.所述的礦用無線接口分站，其特征在于它還包括管理模塊，所述管理模塊連接 開關(guān)電源與以太網(wǎng)交換模塊。4.所述的礦用無線接口分站，其特征在于它的串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊 均安裝有本安隔離電路。5.所述的礦用無線接口分站，其特征在于它還包括后備電池，所述后備電池連接 所述開關(guān)電源。6.所述的礦用無線接口分站，其特征在于所述WiFi無線模塊支持無線Mesh與無 線網(wǎng)橋協(xié)議。7.所述的礦用無線接口分站，其特征在于管理模塊還包括視頻數(shù)字編碼模塊，可 以將外部輸入的模擬音視頻信號(hào)編碼為H. 264格式的數(shù)字信號(hào)。8.所述的礦用無線接口分站，其特征在于管理模塊還包括音視頻數(shù)字本地存儲(chǔ)模 塊。本實(shí)用新型的有益效果在于1.提供了一種高帶寬、接口類型豐富、可靠性高的礦用無線接口分站、可提供以太 網(wǎng)光口、以太網(wǎng)電口、RS485/422/232串口、CAN總線接口以及無線WiFi接口等將現(xiàn)場本地的工業(yè)自動(dòng)化終端、WiFi無線設(shè)備、其它業(yè)務(wù)分站以及被監(jiān)控的設(shè)備接入并通過無線方式 連接到遠(yuǎn)端的無線基站并傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)，讓無線通信的便捷性優(yōu)勢在煤礦井下自動(dòng) 化系統(tǒng)中得到體現(xiàn)，對現(xiàn)有的井下工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)有益的補(bǔ)充。2.礦用無線接口分站不但可以作為工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)或設(shè)備接入的接口分站使用， 分站間還具備WiFi無線或光纖以太網(wǎng)的組網(wǎng)能力，可以獨(dú)自形成網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)。3.礦用無線接口分站通過采用環(huán)網(wǎng)冗余與無線自組網(wǎng)Mesh技術(shù)，使其具有了強(qiáng) 大的冗災(zāi)功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。4.通過礦用無線接口分站的管理模塊，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控所述分站的供電狀況。當(dāng)外 部交流電源斷電，啟用后備電池供電時(shí)，向地面中心發(fā)出告警，當(dāng)備用電池電壓低時(shí)，向地 面中心發(fā)出告警。5.管理模塊還內(nèi)置視頻編碼器模塊可以實(shí)現(xiàn)對本地接入的攝像機(jī)的模擬視音頻 信號(hào)的編碼與傳輸功能。6.管理模塊內(nèi)置存儲(chǔ)卡，可以對本地接入的數(shù)據(jù)、視頻、音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)備份， 也即具備了井下“黑匣子”的功能。

圖1是礦用無線接口分站工作原理框圖圖2是以太網(wǎng)交換模塊工作原理框圖 圖3是管理模塊工作原理框圖；圖4是無線模塊工作原理框具體實(shí)施方式
下列實(shí)施例將進(jìn)一步說明本實(shí)用新型，實(shí)施例不應(yīng)被視為限制本實(shí)用新型的范圍。如圖1所示，是礦用無線接口分站基本工作原理框圖。1)分站以交換機(jī)模塊為傳輸與交換的核心，交換機(jī)模塊提供4個(gè)以太網(wǎng)百兆光口 FE1、2、3、4，其中兩個(gè)光口 FE1、2為可組自愈環(huán)的光口，以實(shí)現(xiàn)分站間的互聯(lián)與組網(wǎng)，光口 FE3、4用以接入其它以太網(wǎng)設(shè)備；交換機(jī)模塊還提供4個(gè)以太網(wǎng)百兆電口 Ethl、2、3、4，可以 接入其它以太網(wǎng)設(shè)備；交換機(jī)模塊還提供2路CAN總線接口，可以接入其它以基于CAN總 線通信的設(shè)備；交換機(jī)模塊還提供2路RS485/422接口，可以接入其它以基于RS485/422通 信的設(shè)備。2)無線網(wǎng)橋模塊具備雙路射頻端口，對內(nèi)通過以太網(wǎng)端口連接交換機(jī)模塊，對外 雙路射頻端口通過隔離器連接天線，以無線網(wǎng)橋協(xié)議或Mesh協(xié)議實(shí)現(xiàn)分站間的無線組網(wǎng)
與互聯(lián)。3)無線接入點(diǎn)模塊對內(nèi)通過以太網(wǎng)端口連接交換機(jī)模塊，對外射頻端口通過功分 器分成2路，每路通過隔離器連接天線，實(shí)現(xiàn)分站附近的無線信號(hào)的覆蓋。4)管理板一端通過以太網(wǎng)端口連接交換機(jī)模塊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信；一端連接開關(guān)電 源模塊，監(jiān)控分站電源的工作情況；一端連接外部輸入的模擬視頻信號(hào)，進(jìn)行編碼后存儲(chǔ)在 本地并傳輸至網(wǎng)絡(luò)。[0039]5)開關(guān)電源模塊為分站供電，開關(guān)電源模塊并聯(lián)后備電池，實(shí)現(xiàn)外部電源斷電后 的分站后備供電。如圖2所示，是以太網(wǎng)交換模塊工作原理框圖，以太網(wǎng)交換模塊以IEM608模塊為 核心，提供2個(gè)百兆自愈環(huán)光口、2個(gè)百兆光-電復(fù)用口、2個(gè)CAN總線(本安輸出)、2個(gè) 485總線(本安輸出)；4個(gè)以太電口(可復(fù)用)。1)外接0R1、0R2光模塊構(gòu)成百兆自愈環(huán)通道；2)通過切換開關(guān)Switch實(shí)現(xiàn)01和FEl及02和FE2之間的百兆光口和電口的復(fù) 用；3)通過固定1個(gè)電口鏈接CAN Server服務(wù)器、CTM8251T隔離收發(fā)器、ESI本安隔 離器提供2路本質(zhì)安全型CAN總線接口 C1/2 ；4)通過切換開關(guān)Switch復(fù)用1個(gè)電口 FE3和鏈接Serial Server串口服務(wù)器、 Rsm485CHT隔離收發(fā)器、ESI本安隔離器提供2路本質(zhì)安全型485接口 RSV2 ；5)提供一個(gè)獨(dú)立的FE4百兆電口；如圖3所示，是管理模塊工作原理框圖。管理模塊通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，監(jiān)測礦用 無線接口分站的供電電源電壓、電流，內(nèi)部電路板溫度，板上電壓；可以遠(yuǎn)程復(fù)位礦用無線 接口分站內(nèi)部設(shè)備；提供大容量本地存儲(chǔ)支持；具備視頻編碼、解碼功能，音頻編碼、解碼 功能，可提供單向、雙向音視頻網(wǎng)絡(luò)傳送功能。1)核心處理器部分海思Hi3510處理器。Hi3510采用雙核架構(gòu)，集成了 ARM926EJ-S和高性能DSP。ARM926EJ-S是芯片的主控處理器，負(fù)責(zé)控制芯片各個(gè)模塊的工 作以及運(yùn)行操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、應(yīng)用軟件等。DSP系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)視音頻編解碼業(yè)務(wù)處理，通 過協(xié)處理器配合視頻編解碼模塊共同完成H. 261/H. 263/H. 264的編解碼；Hi3510處理器同 時(shí)含視頻、音頻編解碼硬件單元；Hi3510處理器與Flash存儲(chǔ)器和DDR SDRAM等組成控制 核心；2)以太網(wǎng)接口部分，提供以太網(wǎng)連接能力；3)視頻、音頻編解碼部分，配合Hi3510處理器的視頻、音頻編解碼硬件單元，提供 硬件編解碼功能；4) USB接口、SD卡座提供大容量存儲(chǔ)及其連接其他外設(shè)的能力； 5)提供 RS485、RS232 接口 ；6)電源管理部分，包括采集交流電壓、交流電流，直流電壓，并且通過溫度傳感器 測量板溫度；控制核心能夠通過電源控制部分，使基站設(shè)備重上電，復(fù)位設(shè)備。7)運(yùn)行使用上位機(jī)軟件平臺(tái)，通過以太網(wǎng)與設(shè)備進(jìn)行控制與數(shù)據(jù)傳送。如圖4所示，是無線模塊工作原理框圖.無線通信模塊實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)有線與無線鏈 接、無線與無線鏈接、以及無線覆蓋的功能。1)無線通信模塊由INTEL-IXP422微處理器為核心，配有支持的外接存儲(chǔ)器 HY57V281620FTP2 RAM 和 TE28F640J3D3 Flash ROM ；模塊支持 Mesh 協(xié)議，可以工作在覆蓋 模式與橋接的模式。2)2 個(gè) mini pci 接口連接 2 片 Wi-Fi 無線局域網(wǎng)卡 Mini PCI ConnectorPl，P2 實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的收發(fā)，無線局域網(wǎng)卡上有射頻接口，可以連接外部的天線；可以在一片Mini PCI無線局域網(wǎng)卡運(yùn)行Mesh或橋接協(xié)議，實(shí)現(xiàn)無線接口分站間的無線組網(wǎng)與互聯(lián)，同時(shí)用另一片Mini PCI無線局域網(wǎng)卡做無線覆蓋的AP使用，實(shí)現(xiàn)本地?zé)o線信號(hào)的覆蓋功能。3)由以太網(wǎng)控制器ADM7001、隔離變壓器PH163112、RJ45以太網(wǎng)口連接器實(shí)現(xiàn)本 地以太網(wǎng)百兆電口以連接本地以太網(wǎng)交換機(jī)等設(shè)備；4)由12V直流電源IM500s、電源整流橋17. Bridge Diode、POE供電器 POEController 18，TPS23750、電源管理器19. TPS5430共同構(gòu)成無線通信模塊的供電單 元，可以支持12VDC供電以及POE方式供電。
權(quán)利要求一種礦用無線接口分站，所述分站由WiFi無線模塊、天線、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊、開關(guān)電源、外殼組成，其特征在于所述WiFi無線模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊連接以太網(wǎng)交換模塊，天線連接WiFi無線模塊射頻輸出端口，WiFi無線模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊通過開關(guān)電源供電，WiFi無線模塊、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊、開關(guān)電源安裝在外殼內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線接口分站，其特征在于所述以太網(wǎng)交換模塊是環(huán)網(wǎng) 以太網(wǎng)模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線接口分站，其特征在于它還包括安全管理模塊，所 述安全管理模塊連接開關(guān)電源與以太網(wǎng)交換模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線接口分站，其特征在于它的串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總 線接入模塊均安裝有本安隔離電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線接口分站，其特征在于它還包括后備電池，所述后 備電池連接所述開關(guān)電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用無線接口分站，其特征在于所述WiFi無線模塊支持無線 Mesh與無線網(wǎng)橋協(xié)議。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用無線接口分站，其特征在于管理模塊還包括視頻數(shù)字編 碼電路，可以將外部輸入的模擬音視頻信號(hào)編碼為H. 264格式的數(shù)字信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用無線接口分站，其特征在于管理模塊還包括音視頻數(shù)字 本地存儲(chǔ)電路。
專利摘要一種礦用無線接口分站，所述分站由WiFi無線模塊、天線、以太網(wǎng)交換模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊、開關(guān)電源、外殼組成，其特征在于所述WiFi無線模塊、串口協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊、總線接入模塊連接以太網(wǎng)交換模塊，天線連接WiFi無線模塊射頻輸出端口，上述模塊通過開關(guān)電源供電，上述模塊安裝在一個(gè)外殼內(nèi)，分站通過內(nèi)部的WiFi無線模塊或以太網(wǎng)交換模塊實(shí)現(xiàn)分站之間，分站與其它WiFi設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)串口設(shè)備接入、總線設(shè)備接入。所述分站滿足煤礦井下爆炸性氣體環(huán)境用電器設(shè)備安全技術(shù)要求，本實(shí)用新型滿足了井下工業(yè)自動(dòng)化終端或設(shè)備通過無線接入系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的需求。
文檔編號(hào)H04W88/02GK201750427SQ20102010673
公開日2011年2月16日 申請日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者張鋒, 顧偉 申請人:中電廣通股份有限公司