專利名稱：礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用綜合網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，具體的說是一種礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)。
背景技術(shù)：
礦山綜合自動化平臺被大力推行并廣泛應(yīng)用，它是煤礦安全高效生產(chǎn)的重要保障，而通信網(wǎng)絡(luò)平臺是礦山綜合自動化的基礎(chǔ)。當(dāng)前，煤礦大多具有自己的工業(yè)以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)煤礦設(shè)備、人員以及集控中心的通信，而以太網(wǎng)交換機(jī)是通信系統(tǒng)的一個重要組成部分， 一旦發(fā)生故障，不僅給煤礦安全帶來影響，還會給煤礦生產(chǎn)帶來不可估量的損失。市面上的交換機(jī)大多是針對一般應(yīng)用環(huán)境的，缺少必要的防護(hù)措施，而且沒有形成環(huán)網(wǎng)來確保通信的可靠性，另外就是通信協(xié)議單一，無法實(shí)現(xiàn)多種現(xiàn)有設(shè)備的接入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，解決現(xiàn)有交換機(jī)沒有形成環(huán)網(wǎng)來確保通信的可靠性，通信協(xié)議單一，無法實(shí)現(xiàn)多種現(xiàn)有設(shè)備接入的問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)包括核心處理模塊、第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、串口通信模塊、光口通信模塊、 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊、以太網(wǎng)模塊、網(wǎng)絡(luò)濾波器、端口、電源模塊、第一電源調(diào)節(jié)器、第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器。核心處理模塊同時與第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網(wǎng)模塊連接，以太網(wǎng)模塊包括網(wǎng)絡(luò)濾波器和端口，端口通過網(wǎng)絡(luò)濾波器與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，電源模塊與所有模塊連接，為各模塊提供能源；電源模塊包括第一電源調(diào)節(jié)器、 第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器，第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器與第一電源調(diào)節(jié)器并聯(lián)連接。有益效果，由于采用了上述方案，將多協(xié)議轉(zhuǎn)換器中的所有總線接口及協(xié)議集成在一個嵌入式系統(tǒng)中，處于最低層的是物理層，由RS232控制器、RS485控制器、光纖控制器和以太網(wǎng)控制器組成；在物理層的上面是協(xié)議棧中的中斷模塊，負(fù)責(zé)響應(yīng)上訴控制器的接收發(fā)送中斷，其中很重要的工作就是進(jìn)行幀的處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行；驅(qū)動部分是協(xié)議棧的最主要的部分，包括各總線控制器的連接與管理；用戶部分包括以太網(wǎng)與各總線之間的通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，以及?yīng)用程序。多協(xié)議工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，防護(hù)等級達(dá)到IP67，集以太網(wǎng)、光纖、串行數(shù)據(jù)接口于一體的綜合光通信設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了串口協(xié)議與以太網(wǎng)協(xié)議的直接轉(zhuǎn)換，具有2對冗余的 100Base-FX全雙工的單?；蚨嗄９饫w接口，利用2對冗余的光纖接口可以組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網(wǎng)冗余倒換時間小于50ms，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行可靠性。解決了現(xiàn)有交換機(jī)沒有形成環(huán)網(wǎng)來確保通信的可靠性，通信協(xié)議單一，無法實(shí)現(xiàn)多種現(xiàn)有設(shè)備接入的問題，達(dá)到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點(diǎn)1、兩對冗余的光纖接口組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網(wǎng)冗余倒換時間小于50ms，提高了煤礦以太網(wǎng)通信可靠性。2、彌補(bǔ)了以往交換機(jī)通信接口單一的不足，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)有多種設(shè)備的接入，為煤礦高效自動化開采、煤礦設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)管與故障診斷提供可靠的數(shù)據(jù)來源。


圖1為本發(fā)明的礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明的交換機(jī)電源電路圖。圖中，U1、核心處理模塊；U2、第一程序存儲模塊；U3、第二程序存儲模塊；U4、數(shù)據(jù)存儲模塊；U5、串口通信模塊；U6、光口通信模塊；U7、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊；U8、以太網(wǎng)模塊，U8-1、網(wǎng)絡(luò)濾波器；U8-2、端口 ；U9、電源模塊；U9-1、第一電源調(diào)節(jié)器；U9-2、第二電源調(diào)節(jié)器；U9-3、第三電源調(diào)節(jié)器。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)包括核心處理模塊U1、第一程序存儲模塊U2、第二程序存儲模塊U3、數(shù)據(jù)存儲模塊U4、串口通信模塊TO、光口通信模塊U6、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊 U7、以太網(wǎng)模塊U8、網(wǎng)絡(luò)濾波器U8-1、端口 U8-2、電源模塊U9、第一電源調(diào)節(jié)器U9-1、第二電源調(diào)節(jié)器U9-2、第三電源調(diào)節(jié)器U9-3。核心處理模塊Ul同時與第一程序存儲模塊U2、第二程序存儲模塊U3、數(shù)據(jù)存儲模塊U4和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊U7連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊U7同時與串口通信模塊TO、光口通信模塊U6和以太網(wǎng)模塊U8連接，以太網(wǎng)模塊U8包括網(wǎng)絡(luò)濾波器U8-1和端口 U8-2，端口 U8-2通過網(wǎng)絡(luò)濾波器U8-1與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊U7連接，電源模塊W與所有模塊連接，為各模塊提供能源；電源模塊U9包括第一電源調(diào)節(jié)器U9-1、第二電源調(diào)節(jié)器U9-2和第三電源調(diào)節(jié)器U9-3，第二電源調(diào)節(jié)器U9-2和第三電源調(diào)節(jié)器U9-3串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的第二電源調(diào)節(jié)器U9-2和第三電源調(diào)節(jié)器U9-3與第一電源調(diào)節(jié)器U9-1并聯(lián)連接。在圖1中，核心處理模塊Ul為該交換機(jī)的核心，負(fù)責(zé)對其它模塊的控制和通訊；核心處理模塊Ul選用S3C240采用RISC結(jié)構(gòu)的32位微處理器，基于ARM920T內(nèi)核，采用五級流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，最高頻率可達(dá)400MHz，1.2V內(nèi)核，1.8V / 3. 3V儲存器，3. 3V擴(kuò)展I / 0，該處理器的低功耗設(shè)計完全可以滿足煤礦設(shè)備安全設(shè)計要求。第一程序存儲模塊U2和第二程序存儲模塊U3是個高速同步動態(tài)隨機(jī)存取存儲器，用于存放已調(diào)試好的用戶應(yīng)用程序、嵌入式操作系統(tǒng)以及在系統(tǒng)掉電后需要保存的用戶數(shù)據(jù)；第一程序存儲模塊U2和第二程序存儲模塊U3相同，是一個高速的同步動態(tài)隨機(jī)存儲器(4MwordsX4bandsX16bits)，時鐘頻率143MHz，該芯片能夠滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用低功耗設(shè)計，工作電壓為3. 3V，工作電流低于1mA。數(shù)據(jù)存儲模塊U4在本裝置中的功能是實(shí)現(xiàn)代碼執(zhí)行以及數(shù)據(jù)存儲；數(shù)據(jù)存儲模塊U4采用FMMCL16鐵電存儲器，采用處理器自帶的I2C總線相連接，主要保存協(xié)議轉(zhuǎn)換器的一些參數(shù)，掉電不丟失。串口數(shù)據(jù)交換模塊TO用于串口的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能；串口通信模塊U5選用MAX232和MAX485進(jìn)行協(xié)議電平轉(zhuǎn)換.并對MAX485采用6附37進(jìn)行電平隔離，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光口網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊TO用于光口的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能； 光口通信模塊U6的光接收端選用深圳飛通光電子技術(shù)有限公司生產(chǎn)的PHOTON STZ SONET OC-I同步網(wǎng)用光纖接收前端組件。該組件將AGC電路和檢波電路做在一起，簡化了接收電路，具有動態(tài)范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊U7用于以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換操作，具有接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的功能，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換模塊U7采用了太網(wǎng)控制器DM9000AEP，該芯片是一個全集成、功能強(qiáng)、 性價比高的快速以太網(wǎng)MAC控制器，它帶有一個通用處理器接口、EEPROM接口、10/100PHY 和16KB的SRAM(i;3KB作為接收FIF0，3KB作為發(fā)送FIFO)。以太網(wǎng)模塊U8，其中網(wǎng)絡(luò)濾波器U8-1，是種連接以太網(wǎng)收發(fā)芯片與終端設(shè)備接口之間的磁性組件，在其二者之間起著信號傳輸、阻抗匹配、波形修復(fù)、信號雜波抑制和高電壓隔離作用，端口 U8-2有4個RJ45接口。電源模塊U9的功能是提供穩(wěn)定的電壓(3. 3v、l. 8v、l. 2v)。提供穩(wěn)定的電壓，主板工作電壓為3. 3V，主要芯片工作電壓為3. 3V、1. 8V和1. 2V，采用外置DCMV電源供電，電源調(diào)節(jié)器，第一電源調(diào)節(jié)器U9-1和第二電源調(diào)節(jié)器U9-2，把24V轉(zhuǎn)換為3. 3V和1. 8V，第三電源調(diào)節(jié)器U9-3，把1. 8V轉(zhuǎn)換為1. 2V。使各模塊處于工作狀態(tài)。多協(xié)議轉(zhuǎn)換
本發(fā)明中，將多協(xié)議轉(zhuǎn)換器中的所有總線接口及協(xié)議集成在一個嵌入式系統(tǒng)中，處于最低層的是物理層，由RS232控制器、RS485控制器、光纖控制器和以太網(wǎng)控制器組成；在物理層的上面是協(xié)議棧中的中斷模塊，負(fù)責(zé)響應(yīng)上訴控制器的接收發(fā)送中斷，其中很重要的工作就是進(jìn)行幀的處理，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼＿M(jìn)行；驅(qū)動部分是協(xié)議棧的最主要的部分，包括各總線控制器的連接與管理；用戶部分包括以太網(wǎng)與各總線之間的通訊協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂?，以及?yīng)用程序。當(dāng)數(shù)據(jù)通過端口 U8-2的RJ45接口傳輸?shù)皆摻粨Q機(jī)時，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)濾波器U8-1和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊U7傳輸?shù)胶诵奶幚砟KU1，核心處理模塊Ul調(diào)用第一程序存儲模塊 U2、第二程序存儲模塊U3中的程序，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并打包處理，將打包后的數(shù)據(jù)包送入數(shù)據(jù)存儲模塊U4。同時核心模塊Ul調(diào)用程序進(jìn)行分析計算，賦于數(shù)據(jù)包將要達(dá)到的目的地的標(biāo)簽，這一步驟確定了數(shù)據(jù)包將要到達(dá)的地址。然后由核心處理模塊Ul調(diào)用第一程序存儲模塊U2和第二程序市存儲模塊U3中的程序進(jìn)行路由計算，決定該數(shù)據(jù)包經(jīng)由哪個路徑發(fā)送到其目的節(jié)點(diǎn)，并對數(shù)據(jù)包加密。光纖環(huán)路
本發(fā)明具有2對冗余的lOObase-fx全雙工的單?；蚨嗄９饫w接口，光纖接口需要成對使用(tx和rx為一對)，tx 口為光發(fā)端，連接另一個遠(yuǎn)程交換機(jī)光接口的光收端rx ；rx 口為光收端，連接另一個遠(yuǎn)程交換機(jī)光接口的光發(fā)端tx。利用2對冗余的lOObase-fx的光纖接口可以組成光纖冗余環(huán)網(wǎng)，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網(wǎng)冗余倒換時間小于50ms，可以有效提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行可靠性。具有4個lO/lOOhse-tx以太網(wǎng)RJ45端口，每個RJ45端口都具有自適應(yīng)功能，支持MDI/MDI-X連接，可以使用直連網(wǎng)線/交叉網(wǎng)線將交換機(jī)連接到終端設(shè)備、服務(wù)器、集線器或其他交換機(jī)。每個端口都支持IEEE802.3X自適應(yīng)，因此最適宜的傳輸模式(半雙工或全雙工)和數(shù)據(jù)速率(IOMbps或100Mbps)都能被自動選擇(所連接的設(shè)備也必須支持這個特性)。雙路隔離供電模塊
在圖2中，電源線路板設(shè)計成兩路隔離單獨(dú)輸出，保險絲管FUSE接在輸入電源的火線上，第一電阻Rl和第二電阻R2為壓敏電阻，選用的型號是14D621K，其中第一電阻Rl的一端接在火線上，另一端通過氣體放電管接地。第二電阻R2的一端和氣體放電管與第一電阻 Rl連接，另一端接在輸入電源零線上，第一電容Cl和第三電容C3 —端連接到電源輸出正極 Vo+，另一端連接到電源輸出負(fù)極Vo-，第二電容C2—端連接到電源輸出負(fù)極Vo-，另一端接地。交換機(jī)供電電源要求電源具有高穩(wěn)定度，小于2 %的電壓變化率，紋波系數(shù)小等要求。對于煤礦企業(yè)，則要求具有很好的電網(wǎng)適應(yīng)性，一般在75% 115%的輸入電壓范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作，供電可靠，供電質(zhì)量高及不間斷供電等；同時，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單，體積小， 安裝使用方便。本發(fā)明電源板采用兩塊單路25W功率輸出的CFA25S24W電源模塊組成，該電源模塊具有寬電壓輸入，輸入電壓范圍為85vACl65vAC，輸入頻率為45Hz 65Hz。該電源模塊的隔離電壓輸入與輸出為2500vAC/lmin，輸入與外殼為1500Vac，輸出與外殼500Vdc ；開關(guān)頻率為66KHz 200KHz ；效率81% ；工作時外殼溫度最低一 25°C，最大+ 85°C，儲存溫度最小一 40°C，最大+ 95°C，并用內(nèi)置輸入濾波器，長期短路保護(hù)(自恢復(fù))，小型化的封裝便于在線路板上直接安裝。使用兩塊CFA25S24W電源模塊進(jìn)行單獨(dú)的雙路輸出，以滿足工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的 24V冗余電源輸入，交換機(jī)滿載時功率為7. 2W，電源模塊選用25W功率輸出，以滿足交換機(jī)長時間、高可靠性的工作。在電源模塊的輸入端安裝保險絲管提供安全保護(hù)，電源模塊在輸入電流大于3. 15A的電流時會燒壞，電源模塊的環(huán)境溫度和工作溫度都比較高，為了使得保險絲管持續(xù)可靠的工作，并且提供對電源的保護(hù)，選用3A的保險絲管。AC/DC模塊電源大部分失效來自于雷擊(感應(yīng)雷帶來浪涌)，所以防雷處理對于AC/DC模塊來說非常重要，本發(fā)明對浪涌電壓抑制器件采用氣體放電管與氧化鋅壓敏電阻結(jié)合的方式，在壓敏電阻之間串入氣體放電管。為了減少電源輸出紋波和噪聲，在電源模塊的輸出端正負(fù)極外加濾波電容， 在Vo-管腳通過高壓瓷片電容C2接到CASE管腳，來降低輸出共模干擾。
權(quán)利要求
1. 1、一種礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，其特征是以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)包括核心處理模塊、第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、串口通信模塊、光口通信模塊、 以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊、以太網(wǎng)模塊、網(wǎng)絡(luò)濾波器、端口、電源模塊、第一電源調(diào)節(jié)器、第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器；核心處理模塊同時與第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網(wǎng)模塊連接，以太網(wǎng)模塊包括網(wǎng)絡(luò)濾波器和端口，端口通過網(wǎng)絡(luò)濾波器與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，電源模塊與所有模塊連接，為各模塊提供能源；電源模塊包括第一電源調(diào)節(jié)器、第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器，第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器與第一電源調(diào)節(jié)器并聯(lián)連接。
全文摘要
一種礦用多協(xié)議以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，屬于礦用綜合網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。核心處理模塊同時與第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網(wǎng)模塊連接，以太網(wǎng)模塊包括網(wǎng)絡(luò)濾波器和端口，端口通過網(wǎng)絡(luò)濾波器與以太網(wǎng)數(shù)據(jù)變換模塊連接，電源模塊與所有模塊連接，為各模塊提供能源；電源模塊包括第一電源調(diào)節(jié)器、第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器，第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的第二電源調(diào)節(jié)器和第三電源調(diào)節(jié)器與第一電源調(diào)節(jié)器并聯(lián)連接。優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了多種設(shè)備的接入，為煤礦高效自動化開采、煤礦設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)管與故障診斷提供可靠的數(shù)據(jù)來源。
文檔編號H04L12/56GK102231706SQ201110177300
公開日2011年11月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者夏士雄, 牛強(qiáng), 肖碩, 陳岱 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)