專利名稱：多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及礦山多媒體無線通信領(lǐng)域，具體地說，是一種多RF礦用多功能無 線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置。
背景技術(shù)：
我國礦山安全生產(chǎn)事故與自然災(zāi)害時常發(fā)生，為了便于礦方日常排查安全隱患和 防患于未然，避免礦山自然災(zāi)害和重特大等安全生產(chǎn)事故發(fā)生和災(zāi)害事故發(fā)生時可快速組 織應(yīng)急搶險力量和做出搜救等指揮決策，研制礦山多媒體無線通信裝備具有十分重大而緊 迫的現(xiàn)實意義。傳統(tǒng)礦井多媒體應(yīng)急通信以有線方式為主，而隨著井下無線傳感器網(wǎng)路和無線局 域網(wǎng)等短距離通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的增加，無線網(wǎng)路通信正顯示出無比靈活的優(yōu)越 性。目前，礦山應(yīng)急救護(hù)大隊配備的應(yīng)急無線通信系統(tǒng)一般采用防爆對講機(jī)、透地通信或礦 用小靈通等技術(shù)，這些技術(shù)都面臨功能單一且不支持多媒體通信業(yè)務(wù)實時可靠傳輸?shù)染窒?性。例如防爆對講機(jī)是采用點對點半雙工無線通信技術(shù)，不支持多媒體信息采集終端接入 和多跳無線傳輸，且傳輸距離大大受限于巷道復(fù)雜環(huán)境。透地通信受環(huán)形天線部署的限制， 無法覆蓋到不具備環(huán)形天線部署條件的災(zāi)害和事故發(fā)生區(qū)域，如采掘作業(yè)面。礦用小靈通 由于無線工作頻段相對較低，對于有干擾的環(huán)境，其信號傳輸將受到嚴(yán)重影響，并且小靈通 傳輸速率只有64Kb/s 128Kb/s，還不能滿足多媒體業(yè)務(wù)寬帶傳輸?shù)男枨?。WiFi (Wireless Fidelity，無線保真)無線 Mesh 網(wǎng)絡(luò)采用支持 IEEE802. lis 標(biāo)準(zhǔn) 和無線局域網(wǎng)(IEEE 802. ll(a/b/g/n)的傳輸技術(shù)，其中帶寬速率可達(dá)llMb/s、54Mb/s和 108Mb/s，甚至更高。WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)具有支持IP互聯(lián)技術(shù)、高帶寬、多跳傳輸、網(wǎng)絡(luò)自 組織、動態(tài)路由及其自學(xué)習(xí)、無線通信鏈路自愈以及網(wǎng)絡(luò)易部署等優(yōu)點，但是設(shè)備工作功耗 通常較大。盡管基于無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的寬帶應(yīng)急通信設(shè)備在地面應(yīng)用較廣泛，那是因為在地 面應(yīng)用不受供電方式、重量、電源電池容量以及電路設(shè)計須符合本質(zhì)安全等條件的限制。當(dāng) 真正應(yīng)用到井下通信時，卻又很難設(shè)計合適的便攜本安電源，特別是面臨設(shè)備重量和電源 電池容量設(shè)計難以滿足用戶需求等實際困難。因此，如何保證這些設(shè)備在井下盡可能長的 待機(jī)壽命和支持多媒體業(yè)務(wù)的傳輸，是當(dāng)前無線Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能否在礦山通信領(lǐng)域應(yīng)用 面臨的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。現(xiàn)有技術(shù)的缺點是現(xiàn)有的各種礦用多媒體通信設(shè)備功能單一，無線傳輸功耗、 傳輸帶寬和傳輸距離指標(biāo)均受到相互的制約，不能很好支持多媒體通信業(yè)務(wù)的實時可靠傳 輸?，F(xiàn)有的地面WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)雖然具有支持IP互聯(lián)技術(shù)、高帶寬、多跳傳輸、網(wǎng)絡(luò)自 組織、動態(tài)路由及其自學(xué)習(xí)等優(yōu)點，但是又受到礦用井下供電方式以及電源容量的限制。雖 然我們提出了一種多RF礦用多功能無線Mesh路由裝置，但現(xiàn)有技術(shù)中還缺少一種能與多 RF礦用多功能無線Mesh路由裝置相匹配的網(wǎng)關(guān)裝置，要求支持多種通信網(wǎng)絡(luò)的融合，能夠 滿足多媒體通信業(yè)務(wù)實時可靠傳輸，并且能夠適應(yīng)礦用井下供電方式和電源容量的限制。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，不但適應(yīng)于 礦山無線通信的環(huán)境制約，同時還具有多媒體業(yè)務(wù)寬帶傳輸功能，可將工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總 線以及WIFI無線局域網(wǎng)等不同異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)和網(wǎng)絡(luò)融合，有助于將井下各種設(shè)備工 作和現(xiàn)場環(huán)境狀態(tài)、救援人員位置信息、救援指揮通訊業(yè)務(wù)等信息實時可靠傳輸?shù)降孛鎽?yīng) 急指揮中心。即使井下發(fā)生緊急災(zāi)情或原有通信固定基礎(chǔ)設(shè)施或供電系統(tǒng)失效時，該裝置 仍可靈活支持應(yīng)急救護(hù)隊員臨時緊急部署無線通信網(wǎng)絡(luò)，最大程度將井下災(zāi)情通過無線多 跳傳輸?shù)榷喾N方式上傳到地面應(yīng)急指揮中心，以便及時做出恰當(dāng)?shù)木仍笓]決策。而且本 實用新型所提供的多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置具有無線傳輸可靠、通信質(zhì)量穩(wěn)定、 成本低、待機(jī)壽命長、抗干擾性強、使用方便等特點，特別適合我國礦山災(zāi)害應(yīng)急搜救等無 線通信應(yīng)用，具有極大社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。為達(dá)到上述目的，本實用新型提供一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，由主 控系統(tǒng)板和子系統(tǒng)板組成，其關(guān)鍵在于所述主控系統(tǒng)板上設(shè)置有主控制器MCU，該主控制 器MCU的第一串口端連接有ZigBee通信模塊，該主控制器MCU的第二串口端與串口擴(kuò)展模 塊的第零串口端連接，所述串口擴(kuò)展模塊的第一串口端連接有第一轉(zhuǎn)換模塊，該第一轉(zhuǎn)換 模塊的輸出端口為現(xiàn)場總線接口，所述串口擴(kuò)展模塊的第二串口端連接有第二轉(zhuǎn)換模塊， 該第二轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口為RS232接口，所述串口擴(kuò)展模塊的第三串口端連接有第三轉(zhuǎn) 換模塊，該第三轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口為RJ45網(wǎng)口，所述主控制器MCU上連接有電源輸入選 通模塊以及RJ45接口選通電路，所述電源輸入選通模塊用于控制所述子系統(tǒng)板的電源輸 入通斷狀態(tài)，所述RJ45接口選通電路用于控制所述第三轉(zhuǎn)換模塊的輸出端口與工業(yè)以太 網(wǎng)接口的通斷狀態(tài)；所述子系統(tǒng)板上設(shè)置有子控制器CPU，該子控制器CPU經(jīng)過內(nèi)部總線與至少一個 WiFi智能接入卡連接，所述內(nèi)部總線上還連接有子系統(tǒng)RS232串口、子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 以及子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口，所述子系統(tǒng)RS232串口與所述主控系統(tǒng)板的RS232接口連接， 所述子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口與所述主控系統(tǒng)板的RJ45接口連接，所述子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口連接。主控制器MCU通過第一串行通信接口實現(xiàn)與ZigBee通信模塊進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息 交互及數(shù)據(jù)處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換和ZigBee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部地址映射等。主控系統(tǒng)板通過設(shè)置串口 擴(kuò)展模塊將主控制器MCU的第二串行通信接口擴(kuò)展為三個TTL232通信接口。其中第 一 TTL232接口經(jīng)第一轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為RS485現(xiàn)場總線接口，實現(xiàn)與井下RFID(Raido Frequencyldentification,射頻識別技術(shù))人員定位設(shè)備的互聯(lián)和通信，第二 TTL232接口 經(jīng)第二轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成RS232接口并與子系統(tǒng)RS232串口相連，實現(xiàn)主控系統(tǒng)板與子系統(tǒng) 板的互聯(lián)和通信，第三TTL232接口經(jīng)第三轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為RJ45接口并與子系統(tǒng)RJ45第二 網(wǎng)口相連，主要用于實現(xiàn)與外部工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的連接。所述子系統(tǒng)板又稱為WiFi Mesh系統(tǒng)板，其中子控制器CPU用于協(xié)調(diào)和管理WiFi Mesh系統(tǒng)板各個通信組成部分的工作，在子控制器CPU內(nèi)嵌入了功能強大的并支持多跳無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由功能的嵌入式實時操作系統(tǒng)，并支持IEEE 802. lla/b/g無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn) 和802. lis無線Mesh網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)草案等功能。WiFi智能接入卡、子系統(tǒng)RS232串口以及子 系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口和子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口都是通過WiFi Mesh系統(tǒng)板上的內(nèi)部總線實現(xiàn)Mesh橋接互聯(lián)通信。所述WiFi智能接入卡完全支持IEEE 802. lla/b/g無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和數(shù) 據(jù)、語音、圖像和視頻等多媒體信息采集終端的無線接入。 所述RJ45接口選通電路上設(shè)置有使能控制端口，該使能控制端口與所述主控制 器MCU的節(jié)能控制信號輸出端口連接，所述RJ45接口選通電路的一個通信接口與所述第三 轉(zhuǎn)換模塊的RJ45接口連接，該RJ45接口選通電路的另一通信接口與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口 連接。所述電源輸入選通模塊上設(shè)置有電源使能控制端口，該電源使能控制端口也與所 述主控制器MCU的節(jié)能控制信號輸出端口 P1. 7連接，所述電源輸入選通模塊的輸出端為所 述子系統(tǒng)板供電。通過主控制器MCU改變所述節(jié)能控制信號輸出端口輸出的電平來控制電源輸入 選通模塊的工作輸出狀態(tài)，從而實現(xiàn)對子系統(tǒng)板的電源通斷控制，有效降低系統(tǒng)電源能量 的耗費。當(dāng)子系統(tǒng)斷電時，所述主控制器MCU控制RJ45接口選通電路工作，使得第三轉(zhuǎn)換 模塊上的RJ45接口直接與工業(yè)以太網(wǎng)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸。在所述主控系統(tǒng)板上還設(shè)置有大容量便攜本安電源處理模塊和主控系統(tǒng)電源處 理模塊，在子系統(tǒng)板上還設(shè)置有子系統(tǒng)電源處理模塊，所述本安電源處理模塊的輸入端與 外界便攜式直流本安電源連接，該本安電源處理模塊的輸出端連接在所述主控系統(tǒng)電源處 理模塊和電源輸入選通模塊的輸入端上。所述主控系統(tǒng)電源處理模塊的輸出端為所述主控 系統(tǒng)板供電，所述電源輸入選通模塊的輸出端與所述子系統(tǒng)電源處理模塊的輸入端連接， 該子系統(tǒng)電源處理模塊的輸出端為所述子系統(tǒng)板的其它功能模塊供電。大容量便攜本安電源處理模塊從外界便攜式直流電源中獲得電源輸入后，將來自 外界輸入的電源進(jìn)行本安處理，最后穩(wěn)壓輸出，以便保證主控系統(tǒng)板上各個模塊的正常工 作。通過設(shè)置的大容量便攜本安電源處理模塊可以實現(xiàn)外界電源的寬范圍電壓輸入。所述子系統(tǒng)板的內(nèi)部總線上連接有3個Mini-PCI接口，所述Mini-PCI接口插接 所述WiFi智能接入卡。系統(tǒng)支持3個WiFi Mesh無線擴(kuò)展Mini-PCI接口，WiFi智能接入卡通過WiFi Mesh無線擴(kuò)展接口與所述內(nèi)部總線橋接和互聯(lián)通信，方便了 WiFi智能接入卡的靈活安裝 與更換。所述ZigBee通信模塊配置有第一高增益全向RF天線，其工作頻段為2. 4GHz ；用 于ZigBee網(wǎng)絡(luò)接入和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)收發(fā)，為井下RFID人員定位設(shè)備和其他ZigBee傳感器終端 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)提供了一個無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺。所述WiFi智能接入卡配置有第二高增益全 向RF天線，其工作頻段為2. 4GHz或5. 8GHz。用于負(fù)責(zé)WiFi音、視頻等業(yè)務(wù)終端的接入和 數(shù)據(jù)收發(fā)。采用多個RF天線獨立處理ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的業(yè) 務(wù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)通信穩(wěn)定性和可靠性更高，采用高增益全向RF天線，簡化了 RF天線的安裝步 驟，增強了系統(tǒng)的災(zāi)害環(huán)境適應(yīng)能力。本實用新型還提供一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的控制系統(tǒng)，其關(guān)鍵 特征在于設(shè)置硬件設(shè)備底層驅(qū)動系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和多功能Mesh網(wǎng) 關(guān)控制系統(tǒng)；所述多功能Mesh網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)由支持無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由的ZigBee協(xié)議模塊、 用戶自定義協(xié)議模塊、802. 15. 4協(xié)議模塊、多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊、802. 11協(xié)議模塊、
6802. 3協(xié)議模塊以及IP協(xié)議及地址映射模塊組成；其中ZigBee協(xié)議模塊和802. 15. 4協(xié)議模塊設(shè)置在ZigBee通信模塊中，所述 802. 15. 4協(xié)議模塊用于支持ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述ZigBee協(xié)議模塊 用于實現(xiàn)ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的Mesh網(wǎng)絡(luò)路由和多跳無線傳輸；用戶自定義協(xié)議模塊和多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊設(shè)置在主控制器MCU中，所述 用戶自定義協(xié)議模塊用于支持現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的物理層接入，所述多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映 射模塊用于實現(xiàn)現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)；802. 11協(xié)議模塊、802. 3協(xié)議模塊以及IP協(xié)議及地址映射模塊設(shè)置在子系統(tǒng)CPU 中，所述802. 11協(xié)議模塊用于支持WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述802. 3協(xié)議模 塊用于支持工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述IP協(xié)議及地址映射模塊用于實現(xiàn)ZigBee無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)、WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)融合。多種協(xié)議模塊和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊共同組成一個多功能的網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)同時支 持WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)、ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和業(yè)務(wù)融合，其主 要處理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型有WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、ZigBee無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。來自ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是經(jīng)過多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射以及IP協(xié)議 及地址映射后實現(xiàn)在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或WLAN網(wǎng)絡(luò)中傳輸，最終與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)融合。來自WiFi 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過IP協(xié)議及地址映射模塊處理后也可以在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或WLAN 網(wǎng)絡(luò)中傳輸，實現(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的融合。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過RF通道接口(一個通道 配置2. 4GHz高增益無源RF天線，另外一個配置2. 4GHz/5. 8GHz高增益無源RF天線)與外 部礦用無線Mesh路由器、2. 4GHz ZigBee傳感器、礦用視頻及圖像采集終端、礦用本安手機(jī) 等礦用多媒體應(yīng)急救援終端設(shè)備互聯(lián)和雙向通信。礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)通過RS485 現(xiàn)場總線可與井下RFID人員定位等設(shè)備雙向通信，通過工業(yè)以太網(wǎng)接口可與支持TCP/IP 的礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或分站互聯(lián)和雙向通信。礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或分站可通過井下光纖骨干網(wǎng) 連接到地面應(yīng)急指揮中心的局域網(wǎng)交換機(jī)和多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器等。另外，礦用多功能無線 Mesh網(wǎng)關(guān)還可通過外接2. 4GHz/5. 8GHz高增益無源RF天線與地面或井下救災(zāi)現(xiàn)場無線接 入點直接進(jìn)行無線通信。現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過用戶自定義協(xié)議模塊接入到網(wǎng)關(guān)裝置中，再通過多協(xié)議轉(zhuǎn) 換及地址映射模塊和IP協(xié)議及地址映射模塊處理后，由RJ45網(wǎng)口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)。2. 4GHz ZigBee無線傳感器網(wǎng)路和多功能無線Mesh路由器上傳的ZigBee業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)經(jīng)過第一 RF高增益無源天線接入到網(wǎng)關(guān)裝置中，通過多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊和IP 協(xié)議及地址映射模塊處理后，再由RJ45網(wǎng)口上傳到工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)。多功能無線Mesh路由器上傳的WiFi業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及其它WiFi終端設(shè)備傳輸?shù)臄?shù) 據(jù)通過第二高增益無源天線接入到網(wǎng)關(guān)裝置中，然后再通過IP協(xié)議及地址映射模塊處理 實現(xiàn)與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的融合。本實用新型提供的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的控制系統(tǒng)中還涉及 到一種節(jié)能控制系統(tǒng)，該節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)置有用于判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；[0032]如果收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，則用于判斷系統(tǒng)是否處于清醒狀態(tài)的裝置；如果系統(tǒng)處于清醒狀態(tài)，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi 業(yè)務(wù)請求的裝置；如果系統(tǒng)不處于清醒狀態(tài)，則用于廣播休眠結(jié)束命令的裝置；用于判斷是否處于硬休眠狀態(tài)的裝置；如果系統(tǒng)處于硬休眠狀態(tài)，則用于WiFi Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；如果系統(tǒng)不處于硬休眠狀態(tài)，則用于WiFi智能接入卡使能的裝置；用于進(jìn)入清醒狀態(tài)并設(shè)置清醒狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果沒有收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，則進(jìn)入WiFi業(yè)務(wù)查詢機(jī) 構(gòu)；所述WiFi業(yè)務(wù)查詢機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于判斷WiFi業(yè)務(wù)查詢周期是否到達(dá)的裝置；如果WiFi業(yè)務(wù)查詢周期沒有到達(dá)，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心 服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果WiFi業(yè)務(wù)查詢周期到達(dá)，則用于設(shè)置WiFi業(yè)務(wù)查詢請求次數(shù)Q = 0的裝 置；用于發(fā)起查詢WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；用于判斷是否收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)的裝置；如果沒有收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，則用于判斷請求次數(shù)Q是否大于K的裝 置；如果請求次數(shù)不大于K，則用于設(shè)置WiFi業(yè)務(wù)查詢請求次數(shù)Q = Q+1并返回所 述發(fā)起查詢WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果請求次數(shù)大于K，則進(jìn)入硬休眠控制機(jī)構(gòu)；如果收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，則用于判斷無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是否存在WiFi業(yè)務(wù) 的裝置；如果無線Mesh網(wǎng)絡(luò)存在WiFi業(yè)務(wù)，則用于軟、硬休眠次數(shù)計數(shù)器清零的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果無線Mesh網(wǎng)絡(luò)不存在WiFi業(yè)務(wù)，則用于判斷軟休眠次數(shù)是否大于N的裝 置；[0055]如果軟休眠次數(shù)不大于N，則進(jìn)入軟休眠控制機(jī)構(gòu)；如果軟休眠次數(shù)大于N，則進(jìn)入硬休眠控制機(jī)構(gòu)；所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于進(jìn)入軟休眠狀態(tài)并設(shè)置軟休眠狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于廣播軟休眠命令的裝置；用于軟休眠次數(shù)加1的裝置；用于禁用WiFi智能接入卡的裝置；用于設(shè)置軟休眠定時器初值(Ts)的裝置；[0063]用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于進(jìn)入硬休眠狀態(tài)并設(shè)置硬休眠狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于廣播硬休眠命令的裝置；用于硬休眠次數(shù)加1的裝置；用于WiFi Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；用于設(shè)置硬休眠定時器初值(Th)的裝置；用于判斷硬休眠次數(shù)是否大于M的裝置；如果硬休眠次數(shù)不大于M，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器 WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果硬休眠次數(shù)大于M，則用于軟、硬休眠次數(shù)計數(shù)器清零的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置。本實用新型提出的基于系統(tǒng)自適應(yīng)業(yè)務(wù)響應(yīng)的軟、硬休眠相結(jié)合通信節(jié)能控制方 法主要解決4個關(guān)鍵技術(shù)問題(1)判斷礦用多媒體應(yīng)急無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中是否存在WiFi業(yè) 務(wù)；(2)保證不影響WiFi終端或WiFi業(yè)務(wù)接入礦用多媒體應(yīng)急無線Mesh網(wǎng)絡(luò)；(3)實現(xiàn) WiFi智能接入卡的禁用與使能，以及WiFi Mesh系統(tǒng)板的通電與斷電；(4)保證系統(tǒng)核心裝 置同時使能/禁用WiFi智能接入卡和通電/斷電WiFiMesh系統(tǒng)板。礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)既能實現(xiàn)礦用多媒體應(yīng)急無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和其他異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)互聯(lián)，又能實現(xiàn)與多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行通信響應(yīng)交互。多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器實時監(jiān)測網(wǎng) 絡(luò)多媒體業(yè)務(wù)情況，記錄網(wǎng)內(nèi)發(fā)生的數(shù)據(jù)、語音和視頻多媒體業(yè)務(wù)。礦用多功能無線Mesh 網(wǎng)關(guān)通過接入IP網(wǎng)絡(luò)和周期性地查詢多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器，以此判斷礦用多媒體應(yīng)急無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)中是否存在WiFi業(yè)務(wù)。如果沒有WiFi業(yè)務(wù)，在軟休眠狀態(tài)，礦用多功能無線Mesh 網(wǎng)關(guān)則通過基于ZigBee的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺廣播軟休眠命令，然后禁用WiFi智能接 入卡，進(jìn)入軟休眠狀態(tài)。礦用多功能無線Mesh路由器收到軟休眠命令，立即禁用WiFi智能 接入卡，進(jìn)入軟休眠狀態(tài)。系統(tǒng)核心裝置的軟休眠或禁用WiFi智能接入卡時間(Ts)相同， 軟休眠結(jié)束后就使能各自的WiFi智能接入卡，進(jìn)入正常(清醒)工作狀態(tài)。在硬休眠狀 態(tài)，礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)則通過基于ZigBee的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺廣播硬休眠命 令，然后使得WiFi Mesh系統(tǒng)板斷電，并進(jìn)入硬休眠狀態(tài)。礦用多功能無線Mesh路由器收 到硬休眠命令后立即使得WiFi Mesh系統(tǒng)板斷電，進(jìn)入硬休眠狀態(tài)。系統(tǒng)核心裝置硬休眠 或WiFi Mesh系統(tǒng)板斷電時間(Th)相同，硬休眠結(jié)束后就使得WiFiMesh系統(tǒng)板重新通電， 進(jìn)入正常(清醒)工作狀態(tài)。系統(tǒng)核心裝置進(jìn)入正常(清醒)工作狀態(tài)后，WiFi終端就可接入到應(yīng)急通信系統(tǒng) 無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中，并向多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器發(fā)起WiFi業(yè)務(wù)請求和完成WiFi業(yè)務(wù)登記。礦用 多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)查詢多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器時，如果應(yīng)急通信系統(tǒng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中存在 WiFi業(yè)務(wù)，礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)不會廣播休眠命令(軟或硬休眠)，系統(tǒng)核心裝置將 繼續(xù)保持正常(清醒)工作狀態(tài)，直到應(yīng)急通信系統(tǒng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中沒有WiFi業(yè)務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)核心裝置處于軟休眠狀態(tài)或硬休眠狀態(tài)時，如果WiFi終端(如WiFi手機(jī)) 請求接入應(yīng)急通信系統(tǒng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，則須等待至系統(tǒng)核心裝置休眠結(jié)束和進(jìn)入正常(清 醒)工作狀態(tài)時才可接入。如果地面應(yīng)急救援指揮中心發(fā)起WiFi業(yè)務(wù)，多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器會向礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)發(fā)送指揮中心WiFi業(yè)務(wù)請求。礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān) 收到指揮中心發(fā)起的WiFi業(yè)務(wù)請求后，如果系統(tǒng)核心裝置處于軟休眠狀態(tài)或硬休眠狀態(tài)， 則會通過基于ZigBee的無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺廣播休眠結(jié)束命令，使系統(tǒng)核心裝置恢復(fù) 到正常(清醒)工作狀態(tài)。本實用新型的顯著效果是提供了一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置及其 控制系統(tǒng)，具有以下特征①同時支持井下語音和圖像等多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行無線寬帶網(wǎng)絡(luò)多跳傳輸，系統(tǒng)實現(xiàn) 了基于多跳網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)接入和無線Mesh路由傳輸平臺，支持音、視頻等WiFi無線終 端接入，且無線傳輸帶寬理論可達(dá)54Mbps ；②實現(xiàn)了同時支持WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)以太網(wǎng)和 現(xiàn)場總線等多種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的接口電路，支持工業(yè)以太網(wǎng)、RFID/傳感器現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)以及 WiFi無線局域網(wǎng)等多重異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)有效融合；③實現(xiàn)了基于ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)傳輸RFID讀卡器/現(xiàn)場傳感器數(shù)據(jù)的硬件 平臺和通過串口控制的WiFi網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)能嵌入式硬件電路設(shè)計，可有效延長系統(tǒng)裝置待 機(jī)壽命時間達(dá)32% ；④系統(tǒng)裝置通過ZigBee通信模塊和WiFi無線Mesh系統(tǒng)板實現(xiàn)了應(yīng)急救援通信 系統(tǒng)快速自組織無線網(wǎng)絡(luò)、無線鏈路自愈和無線Mesh多跳路由傳輸，且最大可支持3個 WiFi Mesh無線擴(kuò)展接口(Mini-PCI)和多RF通道高可靠無線Mesh傳輸；⑤系統(tǒng)裝置支持系統(tǒng)在2. 4GHz/5. 8GHz兩種微波工作頻段，支持選配全向高增益 外置天線和災(zāi)區(qū)無線網(wǎng)絡(luò)連續(xù)覆蓋。⑥系統(tǒng)裝置實現(xiàn)了大容量本安便攜電源雙路自動切換和本質(zhì)安全控制技術(shù)，系統(tǒng) 待機(jī)壽命可達(dá)60 72小時，防護(hù)等級可達(dá)IP65以上，可適應(yīng)在井下高濕和高煤塵等惡劣 災(zāi)害環(huán)境使用。⑦支持與KJ90等多種系列全礦井綜合自動化系統(tǒng)和礦山安全生產(chǎn)多媒體監(jiān)控系 統(tǒng)互聯(lián)，支持基于SIP協(xié)議的VOIP語音服務(wù)和通信節(jié)能控制技術(shù)。

圖1是本實用新型的電路結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本實用新型的控制系統(tǒng)模型示意圖；圖3是本實用新型中節(jié)能控制系統(tǒng)控制流程圖；圖4是礦井多媒體無線Mesh網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，由主控系統(tǒng)板1和子系統(tǒng) 板2組成，所述主控系統(tǒng)板1上設(shè)置有主控制器MCU15，該主控制器MCU 15的第一串口端 UART1連接有ZigBee通信模塊14，該主控制器MCU 15的第二串口端UART2與串口擴(kuò)展模 塊17的第零串口端C0M0連接，所述串口擴(kuò)展模塊17的第一串口端C0M1經(jīng)第一轉(zhuǎn)換模塊 16轉(zhuǎn)換為現(xiàn)場總線接口，該串口擴(kuò)展模塊17的第二串口端COM2經(jīng)第二轉(zhuǎn)換模塊18轉(zhuǎn)換為RS232接口，該串口擴(kuò)展模塊17的第三串口端COM3經(jīng)第三轉(zhuǎn)換模塊19轉(zhuǎn)化為RJ45網(wǎng)口， 所述主控制器MCU 15上連接有電源輸入選通模塊13以及RJ45接口選通電路19’，所述電 源輸入選通模塊13用于控制所述子系統(tǒng)板2的電源輸入通斷狀態(tài)，所述RJ45接口選通電 路19’用于控制所述第三轉(zhuǎn)換模塊19上的RJ45網(wǎng)口與工業(yè)以太網(wǎng)接口的連接狀態(tài)；所述子系統(tǒng)板2上設(shè)置有子控制器CPU 26，該子控制器CPU 26經(jīng)過內(nèi)部總線以及 Mini PCI接口 23與3個WiFi智能接入卡22連接，所述內(nèi)部總線上還連接有子系統(tǒng)RS232 串口 24、子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 25以及子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口 25，，所述子系統(tǒng)RS232串口 24與所達(dá)主控系統(tǒng)板1的RS232接口連接，所述子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口 25’與所述主控系統(tǒng) 板1的RJ45接口連接，所述子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 25與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口連接。在具體實施過程中，所述主控制器MCU 15采用16MHz MCU控制器，采用型號為 MSP 430F249的主芯片，串口擴(kuò)展模塊17采用的主芯片為GM8123，第一轉(zhuǎn)換模塊16采用 SP3485，主要功能是將TTL232轉(zhuǎn)化為RS485總線接口，第二轉(zhuǎn)換模塊18采用MAX3232，主要 功能是將TTL232轉(zhuǎn)換為RS232串口，第三轉(zhuǎn)換模塊19采用IP0RT-1，主要功能是將TTL232 轉(zhuǎn)換為RJ45接口，所述RJ45接口選通電路19，主要采用集成芯片SN74HC4066，所述子控制 器CPU 26采用266MHz高性能CPU控制器，其芯片型號為MPC8321。ZigBee通信模塊14主要用于ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路由和業(yè)務(wù)信息傳輸，該 模塊實現(xiàn)了 IEEE 802. 15. 4和ZigBee標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，并集成了高性能RF微處理器、可編程I/O 接口、無線發(fā)射功率放大器及其發(fā)射功率等級控制器等。既可支持ZigBee無線Mesh自組 織網(wǎng)絡(luò)，又可支持傳統(tǒng)的點對點和網(wǎng)絡(luò)廣播透明通信方式，以及2. 4GHz頻段工作的ZigBee 無線傳感器終端接入。支持動態(tài)多跳無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由和長距離、高可靠傳輸，理論最大 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)250kbps，最遠(yuǎn)路由跳數(shù)可達(dá)20跳以上，且在礦井平直巷道每跳無線傳 輸距離可達(dá)500米以上。RS485現(xiàn)場總線接口主要用于連接各種井下RFID (RaidoFrequency Identification，射頻識別)人員定位設(shè)備，RS485現(xiàn)場總線接口采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過第一轉(zhuǎn) 換模塊16以及串口擴(kuò)展模塊17后上傳到主控制器MCU15內(nèi)，通過主控制器MCU15進(jìn)行協(xié) 議和數(shù)據(jù)幀格式轉(zhuǎn)換，最后使得數(shù)據(jù)能夠在ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中路由和傳輸。WiFi智能接入卡22支持礦用WiFi手機(jī)以及其它WiFi音、視頻終端的接入，WiFi 智能接入卡22配置2. 4GHz或5. 8GHz的高增益全向RF天線，RF天線工作頻段與WiFi智 能接入卡22工作頻段保持一致，數(shù)據(jù)無線傳輸理論帶寬可達(dá)54Mbps。系統(tǒng)可采用多RF通 道分別對ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)獨立傳輸，增強了系統(tǒng)的 可靠性和通信抗電磁干擾能力。所述RJ45接口選通電路19’上設(shè)置有使能控制端口 EN1，該使能控制端口 EW與 所述主控制器MCU 15的節(jié)能控制信號輸出端口 P1. 7連接，所述RJ45接口選通電路19’的 一個通信接口與所述第三轉(zhuǎn)換模塊19的RJ45接口連接，該RJ45接口選通電路19’的另一 通信接口與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口連接。所述電源輸入選通模塊13上設(shè)置有電源使能控制端口 EN，該使能控制端口 EN也 與所述主控制器MCU 15的節(jié)能控制信號輸出端口 P1. 7連接，所述電源輸入選通模塊13的 輸出端為所述子系統(tǒng)板2的其他功能模塊供電。子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口 25’與主控系統(tǒng)板1中的第三轉(zhuǎn)換模塊19轉(zhuǎn)換出的RJ45接口連接，子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口 25’與子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 25是通過內(nèi)部總線實現(xiàn)橋接 的，子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 25還與外部工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接，所述主控系統(tǒng)板1中的第三轉(zhuǎn)換 模塊19轉(zhuǎn)換出的RJ45接口還經(jīng)過RJ45接口選通電路19’與外部工業(yè)以太網(wǎng)接口連接，如 果電源輸入選通模塊13使得子系統(tǒng)板2斷電時，主控系統(tǒng)板1的RJ45接口可以直接通過 RJ45選通模塊19’與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在所述主控系統(tǒng)板1上還設(shè)置有大容量便攜本安電源處理模塊12和主控系統(tǒng)電 源處理模塊11，在子系統(tǒng)板2上還設(shè)置有子系統(tǒng)電源處理模塊21，所述本安電源處理模塊 12的輸入端與外界便攜式直流本安電源DC連接，該本安電源處理模塊12的輸出端連接在 所述主控系統(tǒng)電源處理模塊11和電源輸入選通模塊13的輸入端上。所述主控系統(tǒng)電源處 理模塊11的輸出端為所述主控系統(tǒng)板1供電，所述電源輸入選通模塊13的輸出端與所述 子系統(tǒng)電源處理模塊21的輸入端連接，該子系統(tǒng)電源處理模塊21的輸出端為所述子系統(tǒng) 板2的其它功能模塊供電。大容量便攜本安電源處理模塊12從外界便攜式直流電源DC中獲得電源輸入后， 將來自外界的輸入的電源進(jìn)行本安處理，使得外接直流電源在12V 18V的變化范圍內(nèi)都 能保持穩(wěn)定的輸出，從而保證了各個模塊和系統(tǒng)板的正常工作。所述的主控系統(tǒng)電源處理 模塊11和子系統(tǒng)電源處理模塊21輸出3. 3V直流穩(wěn)壓電壓，分別為其他的各個功能模塊供
^^ o如圖2所示，所述一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的控制系統(tǒng)主要由軟 件控制完成，除了底層硬件設(shè)備驅(qū)動系統(tǒng)以及嵌入式實時操作系統(tǒng)外，所述控制系統(tǒng)中還 設(shè)置有無線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)，該無線Mesh網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)包括設(shè)置在ZigBee通信模塊14中的ZigBee協(xié)議模塊a和802. 15. 4協(xié)議模塊c，所 述802. 15. 4協(xié)議模塊c用于支持ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述ZigBee協(xié)議 模塊a用于實現(xiàn)ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)多跳路由和傳輸；設(shè)置在主控制器MCU 15中的用戶自定義協(xié)議模塊b以及多協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射 模塊d，所述用戶自定義協(xié)議模塊b用于支持現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的物理層接入，所述多協(xié)議 轉(zhuǎn)換及地址映射模塊d用于實現(xiàn)現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié) 議幀格式相互轉(zhuǎn)換；設(shè)置在子系統(tǒng)CPU 26中的802. 11協(xié)議模塊e、802. 3協(xié)議模塊f以及IP協(xié)議及 地址映射模塊g，所述802. 11協(xié)議模塊e用于支持WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述 802. 3協(xié)議模塊f用于支持工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述IP協(xié)議及地址映射模塊g用 于實現(xiàn)WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)、ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)以及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)融合。如圖3所示，所述一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的控制系統(tǒng)中還設(shè)置 有節(jié)能控制系統(tǒng)，該節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)置有用于判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，則用于判斷系統(tǒng)是否處于清醒狀態(tài)的裝置；如果系統(tǒng)處于清醒狀態(tài)，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi 業(yè)務(wù)請求的裝置；如果系統(tǒng)不處于清醒狀態(tài)，則用于廣播休眠結(jié)束命令的裝置；[0112]用于判斷是否處于硬休眠狀態(tài)的裝置；如果系統(tǒng)處于硬休眠狀態(tài)，則用于WiFi Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；如果系統(tǒng)不處于硬休眠狀態(tài)，則用于WiFi智能接入卡使能的裝置；用于進(jìn)入清醒狀態(tài)并設(shè)置清醒狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果沒有收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，則進(jìn)入WiFi業(yè)務(wù)查詢機(jī) 構(gòu)；所述WiFi業(yè)務(wù)查詢機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于判斷WiFi業(yè)務(wù)查詢周期是否到達(dá)的裝置；如果WiFi業(yè)務(wù)查詢周期沒有到達(dá)，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心 服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果WiFi業(yè)務(wù)查詢周期到達(dá)，則用于設(shè)置WiFi業(yè)務(wù)查詢請求次數(shù)Q = 0的裝 置；用于發(fā)起查詢WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；用于判斷是否收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)的裝置；如果沒有收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，則用于判斷請求次數(shù)Q是否大于K的裝 置，通常設(shè)置K = 3;如果請求次數(shù)不大于K，則用于設(shè)置WiFi業(yè)務(wù)查詢請求次數(shù)Q = Q+1并返回所 述發(fā)起查詢WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果請求次數(shù)Q大于K，則進(jìn)入硬休眠控制機(jī)構(gòu)；如果收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，則用于判斷無線Mesh網(wǎng)絡(luò)是否存在WiFi業(yè)務(wù) 的裝置；如果無線Mesh網(wǎng)絡(luò)存在WiFi業(yè)務(wù)，則用于軟、硬休眠次數(shù)計數(shù)器清零的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果無線Mesh網(wǎng)絡(luò)不存在WiFi業(yè)務(wù)，則用于判斷軟休眠次數(shù)是否大于N的裝 置；如果軟休眠次數(shù)不大于N，則進(jìn)入軟休眠控制機(jī)構(gòu)；如果軟休眠次數(shù)大于N，則進(jìn)入硬休眠控制機(jī)構(gòu)；所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于進(jìn)入軟休眠狀態(tài)并設(shè)置軟休眠狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于廣播軟休眠命令的裝置；用于軟休眠次數(shù)加1的裝置；用于禁用WiFi智能接入卡的裝置；用于設(shè)置軟休眠定時器初值(Ts)的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)設(shè)置有用于進(jìn)入硬休眠狀態(tài)并設(shè)置硬休眠狀態(tài)標(biāo)志的裝置；用于廣播硬休眠命令的裝置；用于硬休眠次數(shù)加1的裝置；[0144]用于WiFi Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；用于設(shè)置硬休眠定時器初值(Th)的裝置；用于判斷硬休眠次數(shù)是否大于M的裝置；如果硬休眠次數(shù)不大于M，則用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器 WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置；如果硬休眠次數(shù)大于M，則用于軟、硬休眠次數(shù)計數(shù)器清零的裝置；用于返回判斷是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求的裝置。本實用新型的工作原理是如圖4所示，本實用新型所述的多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置與多功能無 線Mesh路由裝置及其終端設(shè)備等共同組成礦用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，由于多RF礦用多功能無 線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置具有支持多種協(xié)議的接口電路和處理系統(tǒng)，所以在多RF礦用多功能無線 Mesh網(wǎng)關(guān)裝置上可以連接多種礦用通信設(shè)備，包括礦用本安手機(jī)、礦用視頻及圖像采集終 端、礦用多功能無線Mesh路由器、2. 4GHz ZigBee傳感器終端以及井下RFID人員定位設(shè)備寸。多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)與礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或分站 連接，礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)或分站經(jīng)過井下光纖骨干網(wǎng)與地面局域網(wǎng)交換機(jī)連接，在地面局域 網(wǎng)交換機(jī)上設(shè)置有多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器以及無線接入點AP，所述無線接入點AP還能通過無 線鏈路與所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置進(jìn)行互通。在實際應(yīng)用中，所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置及其控制系統(tǒng)主要處理 的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)類型有WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、ZigBee無線 Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。按照802. 15. 4協(xié)議模塊c規(guī)定的各種參數(shù)要求對ZigBee通信模塊進(jìn)行配置，使 得ZigBee傳感器終端經(jīng)過第一高增益全向RF天線無線接入多RF礦用多功能無線Mesh 網(wǎng)關(guān)裝置中，所述ZigBee傳感器終端發(fā)送的數(shù)據(jù)為ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，經(jīng)過 ZigBee協(xié)議模塊a進(jìn)行處理后可以實現(xiàn)多跳路由，ZigBee協(xié)議模塊a處理后的數(shù)據(jù)也可以 經(jīng)過多協(xié)議及地址映射模塊d處理后轉(zhuǎn)換為IP協(xié)議數(shù)據(jù)包，IP協(xié)議數(shù)據(jù)包經(jīng)過第三轉(zhuǎn)換 模塊19后可以通過RJ45接口選通電路與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接，也可以通過子系統(tǒng)RJ第二網(wǎng) 口 25’傳輸?shù)阶酉到y(tǒng)2中，通過子控制器CPU 26中的IP協(xié)議及地址映射模塊g的處理，最 后通過子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口 25與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)連接，或者是通過WiFi智能接入卡22與 外部無線局域網(wǎng)絡(luò)連接，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。同理，井下RFID人員定位設(shè)備傳送的數(shù)據(jù)經(jīng)過用戶自定義協(xié)議模塊b—多協(xié)議轉(zhuǎn) 換及地址映射模塊d — IP協(xié)議及地址映射模塊g — 802. 3協(xié)議模塊f的處理后，按照TCP/ IP協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)傳送到礦用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)中。經(jīng)過IP協(xié)議及地址映射模塊g處理后的數(shù)據(jù)也可 以通過802. 11協(xié)議模塊e的處理，最后以無線局域網(wǎng)WLAN的組網(wǎng)模式傳送到地面無線接 入點AP上，最終與地面局域網(wǎng)交換機(jī)以及多媒體服務(wù)器連接。WiFi Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理主要通過子系統(tǒng)板2即可完成。所述礦用本安手 機(jī)、礦用視頻及圖像采集終端以及礦用多功能無線Mesh路由器經(jīng)過802. 11協(xié)議模塊e實 現(xiàn)與所述礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置的物理層接入，各種終端設(shè)備或路由設(shè)備傳送的 數(shù)據(jù)經(jīng)過IP協(xié)議及地址映射模塊g的處理后，通過802. 3協(xié)議模塊f即可接入到現(xiàn)場工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)中，各種數(shù)據(jù)的處理方式以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸Y(jié)構(gòu)等技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)已經(jīng)相當(dāng)成 熟，作為本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員應(yīng)該算是公知常識，這里就不在累述。所述節(jié)能控制系統(tǒng)則是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)狀態(tài)對系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行實時的控制， 在系統(tǒng)內(nèi)主要定義有軟休眠狀態(tài)、硬休眠狀態(tài)以及清醒狀態(tài)。所述多RF礦用多功能無線 Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過接入在IP網(wǎng)絡(luò)中的多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器實時查詢無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中是否存 在WiFi業(yè)務(wù)請求。首先是判斷是否存在地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，如果網(wǎng)關(guān)裝置收 到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，則檢查判斷是否處于清醒工作狀態(tài)，如果處于 清醒狀態(tài)，則整個網(wǎng)絡(luò)對相應(yīng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理，節(jié)能控制系統(tǒng)不必進(jìn)行節(jié)能操作。如果網(wǎng) 絡(luò)中的網(wǎng)關(guān)裝置和下層路由裝置不處于清醒狀態(tài)，則網(wǎng)關(guān)裝置將通過ZigBee Mesh網(wǎng)絡(luò)廣 播休眠結(jié)束命令，路由裝置收到休眠結(jié)束命令時，則自動從軟休眠狀態(tài)或硬休眠狀態(tài)恢復(fù) 到清醒狀態(tài)，如果是處于硬休眠狀態(tài)，則使WiFi Mesh系統(tǒng)板通電，如果是軟休眠狀態(tài)，則使 WiFi智能接入卡使能，最后恢復(fù)到清醒狀態(tài)并設(shè)置相應(yīng)的狀態(tài)標(biāo)志。所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置中設(shè)置有WiFi業(yè)務(wù)的查詢周期，如果沒 有收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè)務(wù)請求，網(wǎng)關(guān)裝置則對Mesh路由或底層WiFi終端 進(jìn)行周期性業(yè)務(wù)查詢，在查詢過程中，網(wǎng)關(guān)裝置首先向多媒體服務(wù)器發(fā)送查詢WiFi業(yè)務(wù)請 求，多媒體服務(wù)器收到WiFi業(yè)務(wù)查詢請求后將作出響應(yīng)，如果網(wǎng)關(guān)裝置收到WiFi業(yè)務(wù)查詢 請求的響應(yīng)則可判斷無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中是否存在WiFi業(yè)務(wù)，如果沒有收到WiFi業(yè)務(wù)查詢請 求響應(yīng)，網(wǎng)關(guān)裝置則繼續(xù)發(fā)送查詢WiFi業(yè)務(wù)請求，多次查詢?nèi)晕错憫?yīng)，網(wǎng)關(guān)裝置則直接進(jìn) 入硬休眠狀態(tài)，一般設(shè)置查詢請求最大次數(shù)K為3。如果收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，并且無線Mesh網(wǎng)內(nèi)存在WiFi業(yè)務(wù)，則網(wǎng)關(guān)裝置 將軟、硬休眠次數(shù)的計數(shù)器清零，節(jié)能控制系統(tǒng)不進(jìn)行節(jié)能操作，回到清醒狀態(tài)正常處理網(wǎng) 絡(luò)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。如果收到多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器響應(yīng)，但是無線Mesh網(wǎng)內(nèi)不存在WiFi業(yè)務(wù)，則判斷軟 休眠的次數(shù)是否大于N，設(shè)置N等于3，如果連續(xù)查詢到3次無線Mesh網(wǎng)內(nèi)不存在WiFi業(yè) 務(wù)，則進(jìn)入硬休眠狀態(tài)，如果沒有3次，則進(jìn)入軟休眠狀態(tài)，廣播軟休眠命令，并將軟休眠次 數(shù)加1，在軟休眠狀態(tài)下，網(wǎng)關(guān)禁用WiFi智能卡的接入，并設(shè)置了軟休眠的定時時間??；，一 般設(shè)為10秒。根據(jù)上述各種判斷情況，如果系統(tǒng)進(jìn)入硬休眠狀態(tài)，則網(wǎng)關(guān)裝置廣播硬休眠命令， 并將硬休眠次數(shù)加1，所述網(wǎng)關(guān)裝置中的主控制器MCU15使得WiFi Mesh系統(tǒng)板2斷電，同 時也設(shè)置有硬休眠定時時間Th，一般為60秒。硬休眠定時過程中，主控制器MCU 15判斷硬休眠次數(shù)是否大于M次，一般設(shè)M = 3，如果大于了 3次，則將軟、硬休眠次數(shù)計數(shù)器清零。讓節(jié)能控制再從新開始。上述的所有流程走到最后均是返回到是否收到地面應(yīng)急指揮中心服務(wù)器WiFi業(yè) 務(wù)請求的判斷流程中，從而實現(xiàn)節(jié)能控制系統(tǒng)的主循環(huán)過程。在軟休眠或硬休眠的過程中，主控制MCU 15能夠?qū)崟r監(jiān)測到地面指揮中心下傳 的WiFi業(yè)務(wù)請求，并能夠?qū)⑿菝郀顟B(tài)中的網(wǎng)關(guān)裝置和路由裝置喚醒到清醒狀態(tài)來，但是在 休眠的狀態(tài)下，各種WiFi終端設(shè)備請求接入應(yīng)急通信系統(tǒng)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，則須等待至系統(tǒng) 核心裝置休眠結(jié)束和進(jìn)入正常(清醒)工作狀態(tài)時才可接入。[0166] 因為系統(tǒng)是周期性地對無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的WiFi業(yè)務(wù)進(jìn)行查詢，所以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)在 的業(yè)務(wù)狀態(tài)，系統(tǒng)可以不停的在各個狀態(tài)下自由切換，通過這樣往返循環(huán)，最終達(dá)到通信節(jié) 能效果。通過實驗證明，采用本實用新型所述的節(jié)能控制系統(tǒng)能使得所述多RF多功能無線 Mesh網(wǎng)關(guān)裝置待機(jī)壽命時間延長可達(dá)32%。
權(quán)利要求一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，由主控系統(tǒng)板(1)和子系統(tǒng)板(2)組成，其特征在于所述主控系統(tǒng)板(1)上設(shè)置有主控制器MCU(15)，該主控制器MCU(15)的第一串口端(UART1)連接有ZigBee通信模塊(14)，該主控制器MCU(15)的第二串口端(UART2)與串口擴(kuò)展模塊(17)的第零串口端(COM0)連接，所述串口擴(kuò)展模塊(17)的第一串口端(COM1)連接有第一轉(zhuǎn)換模塊(16)，該第一轉(zhuǎn)換模塊(16)的輸出端口為現(xiàn)場總線接口，所述串口擴(kuò)展模塊(17)的第二串口端(COM2)連接有第二轉(zhuǎn)換模塊(18)，該第二轉(zhuǎn)換模塊(18)的輸出端口為RS232接口，所述串口擴(kuò)展模塊(17)的第三串口端(COM3)連接有第三轉(zhuǎn)換模塊(19)，該第三轉(zhuǎn)換模塊(19)的輸出端口為RJ45網(wǎng)口，所述主控制器MCU(15)上連接有電源輸入選通模塊(13)以及RJ45接口選通電路(19’)，所述電源輸入選通模塊(13)的輸出端為所述子系統(tǒng)板(2)供電，所述RJ45接口選通電路(19’)用于控制所述第三轉(zhuǎn)換模塊(19)的輸出端口與工業(yè)以太網(wǎng)接口的連接狀態(tài)；所述子系統(tǒng)板(2)上設(shè)置有子控制器CPU(26)，該子控制器CPU(26)經(jīng)過內(nèi)部總線與至少一個WiFi智能接入卡(22)連接，所述內(nèi)部總線上還連接有子系統(tǒng)RS232串口(24)、子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口(25)以及子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口(25’)，所述子系統(tǒng)RS232串口(24)與所述主控系統(tǒng)板(1)的RS232接口連接，所述子系統(tǒng)RJ45第二網(wǎng)口(25’)與所述主控系統(tǒng)板(1)的RJ45接口連接，所述子系統(tǒng)RJ45第一網(wǎng)口(25)與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所 述RJ45接口選通電路(19，)上設(shè)置有使能控制端口(Em)，該使能控制端口(Em)與所述 主控制器MCU(15)的節(jié)能控制信號輸出端口(P1.7)連接，所述RJ45接口選通電路(19’ ) 的一個通信接口與所述第三轉(zhuǎn)換模塊(19)的RJ45接口連接，該RJ45接口選通電路(19’) 的另一通信接口與所述工業(yè)以太網(wǎng)接口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所 述電源輸入選通模塊(13)上設(shè)置有電源使能控制端口(EN)，該使能控制端口(EN)與所述 主控制器MCU(15)的節(jié)能控制信號輸出端口(P1.7)連接，所述電源輸入選通模塊(13)的 輸出端為所述子系統(tǒng)板(2)供電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于 在所述主控系統(tǒng)板(1)上還設(shè)置有大容量便攜本安電源處理模塊(12)和主控系統(tǒng)電源處 理模塊(11)，在子系統(tǒng)板(2)上還設(shè)置有子系統(tǒng)電源處理模塊(21)，所述本安電源處理模 塊(12)的輸入端與外界便攜式直流本安電源(DC)連接，該本安電源處理模塊(12)的輸 出端連接在所述主控系統(tǒng)電源處理模塊(11)和電源輸入選通模塊(13)的輸入端上，所述 主控系統(tǒng)電源處理模塊(11)的輸出端為所述主控系統(tǒng)板(1)供電，所述電源輸入選通模 塊(13)的輸出端與所述子系統(tǒng)電源處理模塊(21)的輸入端連接，該子系統(tǒng)電源處理模塊 (21)的輸出端為所述子系統(tǒng)板(2)的其它功能模塊供電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所述 子系統(tǒng)板(2)的內(nèi)部總線上連接有3個Mini-PCI接口(23)，每個所述Mini-PCI接口(23) 插接一個所述WiFi智能接入卡(22)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于所 述ZigBee通信模塊(14)外接有第一高增益全向RF天線，其工作頻段為2. 4GHz ；所述WiFi智能接入卡(22)外接有第二高增益全向RF天線，其工作頻段為2. 4GHz或5. 8GHz。
專利摘要本實用新型提供一種多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置及其控制系統(tǒng)，其裝置由主控系統(tǒng)板和子系統(tǒng)板等組成。主控系統(tǒng)板包括主控制器、主控系統(tǒng)電源處理模塊、ZigBee通信模塊和節(jié)能控制電路；子系統(tǒng)板包括子控制器、子系統(tǒng)電源處理模塊和WiFi智能接入卡等；其控制系統(tǒng)包括硬件設(shè)備底層驅(qū)動系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和多功能Mesh網(wǎng)關(guān)控制系統(tǒng)。其顯著效果是能支持多媒體業(yè)務(wù)在多RF通道WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中同時傳輸，實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線以及WiFi無線局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)融合，不但支持高可靠通信和自組織組網(wǎng)，而且支持通信節(jié)能控制，可有效延長待機(jī)壽命。
文檔編號H04W88/16GK201690618SQ20102018475
公開日2010年12月29日 申請日期2010年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月10日
發(fā)明者宋文, 戴劍波, 樊榮, 游青山, 王飛 申請人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院