專利名稱：礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及礦用監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，具體地說是一種礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關，更進一步說是一種把各種現(xiàn)場總線信息數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉換為以太網(wǎng)信號的設備，方便礦井工業(yè)以太網(wǎng)或者光纖傳輸，尤其適合于在煤礦井下含瓦斯及煤塵較多的危險易燃易爆的環(huán)境中使用。
背景技術：
目前，我國井下安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)種類繁多，使用的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)多是90年代以前開發(fā)的，主要基于8/16位單片機和串行數(shù)據(jù)鏈路，通信速率低。各種監(jiān)測系統(tǒng)和控制系統(tǒng)都是獨立成系統(tǒng)，相互之間不兼容，系統(tǒng)的互聯(lián)非常困難。因為信息交流不通暢，不利于統(tǒng)一的調度指揮，給安全生產(chǎn)帶來了隱患。由于各種系統(tǒng)采用不同的現(xiàn)場總線和各種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信制式各不相同，致使各種系統(tǒng)相互之間不兼容，系統(tǒng)的互聯(lián)非常困難。同時由于數(shù)據(jù)通信速率低下，信息不流暢，成為構建集監(jiān)測、控制、通信功能于一體的礦井網(wǎng)絡化信息化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的瓶頸。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就是提供一種礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關，解決目前煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)兼容性差和技術落后這一制約煤礦綜合自動化的瓶頸問題。它不但可以用在一般場所，而且可以用在煤礦井下等特殊要求的場所。
本發(fā)明是以如下技術方案實現(xiàn)的電路主要由微控制器芯片U1、存儲芯片U2、U3、U5、網(wǎng)絡模塊、系統(tǒng)轉換接口、現(xiàn)場總線協(xié)議轉換模塊和人機接口、報警幾個主要部分組成，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，兼容TCP/IP協(xié)議IPV4，具有遠程web瀏覽管理和在線系統(tǒng)升級的功能。微控制器U1經(jīng)地址、數(shù)據(jù)總線以及片選和相應的讀寫信號線與U2、U3、U5存儲器芯片相連，實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)、16路開關量、8路模擬量、RS485信號以及以太網(wǎng)信號的相互轉化。具體主要由U7控制器經(jīng)地址數(shù)據(jù)復合線與控制器U1相連；16路開關量S1經(jīng)數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連；8路模擬量經(jīng)U6轉換芯片轉換為數(shù)字信號，由數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連；以太網(wǎng)經(jīng)收發(fā)器U9與控制器U1相連。由控制器U1統(tǒng)一對各控制芯片的片選及讀寫控制，完成數(shù)據(jù)在地址數(shù)據(jù)總線上的有效傳輸，實現(xiàn)該網(wǎng)關的功能。系統(tǒng)將所有的外圍模塊通過總線的方式與主控制器相連，實現(xiàn)總線協(xié)議與以太網(wǎng)信號的轉換，電源均采用本質安全型，整個電路裝置在一個金屬或非金屬制備的符合煤礦井下安全規(guī)范的密封殼體中。
本發(fā)明可以將各種傳感器(模擬量)、控制器(開關量)、RS485/CAN總線信號以及其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集，通過核心控制板進行協(xié)議轉換。比如當CAN網(wǎng)絡上的設備數(shù)據(jù)(如定時采樣數(shù)據(jù)和報警信息)要傳輸?shù)叫畔⒐芾韺訒r，可將數(shù)據(jù)送到網(wǎng)關上，通過網(wǎng)關協(xié)議轉換程序將CAN協(xié)議數(shù)據(jù)封裝成TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上的監(jiān)控計算機。其他總線協(xié)議的數(shù)據(jù)和一些傳感器的數(shù)據(jù)量也通過相同的方式轉換成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送到以太網(wǎng)上的監(jiān)控計算機。每個以太網(wǎng)信息管理終端都是一個根據(jù)用戶的具體要求設計的用戶應用軟件，實時監(jiān)控網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)，為設備提供較復雜的數(shù)據(jù)處理工作。
本發(fā)明的有益效果是礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關是一種新型的網(wǎng)絡通信設備，產(chǎn)品為隔爆兼本安型，主要用于煤礦井下安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，適用性強，可以取代現(xiàn)有的井下分站或者井下中心站，解決各種廠家不同類型系統(tǒng)的互聯(lián)互通問題，為煤礦監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡化和信息化構建一個先進的平臺，并且該產(chǎn)品可擴展應用到有色金屬礦山等其它行業(yè)，市場前景廣闊。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
圖1是本發(fā)明電原理框圖；圖2是本發(fā)明電路原理圖；圖3是密閉型外殼圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明主要由嵌入式微控制器U1、存儲芯片U2、U3、U5、網(wǎng)絡模塊U9、現(xiàn)場總線協(xié)議轉換模塊U7、U8和AD模塊U6等幾個主要部分組成，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，。實現(xiàn)總線協(xié)議與以太網(wǎng)信號的轉換，綜合接入網(wǎng)關可以將各種傳感器(模擬量)、控制器(開關量)、RS485/CAN總線信號以及其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集，然后通過核心控制板進行協(xié)議轉換。
如圖2所示，其中，U1嵌入式微控制器，是電路的核心部分，主要實現(xiàn)將外圍模塊接收到的數(shù)據(jù)通過內部的軟件協(xié)議轉換部分轉換為適合網(wǎng)絡傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)信號或者將以太網(wǎng)信號轉換為其他的協(xié)議信號。
U2、U3、U5U2為SDRAM內存芯片，采用HY57V641620型，用于執(zhí)行用戶的程序。U3和U5為FLASH ROM存儲芯片，采用SSE39VF160型，用于存放BOOTLOADER、OS內核、文件系統(tǒng)以及用戶應用程序。
U7、U8CAN控制器和收發(fā)器，主要完成CAN總線數(shù)據(jù)收集并通過控制器將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)總線上，由ARM控制器來完成數(shù)據(jù)的處理工作。反之亦然。
U6、S1U6為A/D轉換芯片，完成模擬信號向數(shù)字信號的轉化，S1為各種控開關量的接口。U4RS485控制器，采用MAX1483型芯片，主要完成RS485信號的收發(fā)。
U9以太網(wǎng)收發(fā)控制器，主要完成將采集的信號轉換成以太網(wǎng)信號后進行收發(fā)用。
X1U1控制器的晶振，負責產(chǎn)生25MHz的脈沖信號。
電路主要采用嵌入式微控制器U1、內存芯片U2、U3、U5、CAN微控制器U7和收發(fā)器U8、RS485轉換器U4、A/D轉換芯片U6、以太網(wǎng)經(jīng)收發(fā)器U9等連接組成。綜合接入網(wǎng)關控制器U1經(jīng)地址、數(shù)據(jù)總線以及片選和相應的讀寫信號線與U2、U3、U5存儲器芯片相連，實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)、16路開關量、8路模擬量、RS485信號以及以太網(wǎng)信號的相互轉化。具體主要由U7控制器經(jīng)地址數(shù)據(jù)復合線與控制器U1相連；16路開關量S1經(jīng)數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連；8路模擬量經(jīng)U6轉換芯片轉換為數(shù)字信號，由數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連；以太網(wǎng)經(jīng)收發(fā)器U9與控制器U1相連。由控制器U1統(tǒng)一對各控制芯片的片選及讀寫控制，完成數(shù)據(jù)在地址數(shù)據(jù)總線上的有效傳輸。在三個外圍模塊中，RS485模塊中RS485信號是通過U4將差分信號轉化為TTL電平信號，以便主控制器處理，U4的RO接到U1控制器的UARXD0，DI接到U1的UATXD0，另外/RE接低電平，DE接高電平，以便完成RS485信號的收發(fā)。A/D模塊中是將各種傳感器的模擬量采集過來通過U6轉換成數(shù)字信號后，在控制信號的控制下將這些信號讀到控制器進行處理，CAN模塊主要就是將CAN總線的數(shù)據(jù)通過收發(fā)器U8接收后，然后通過U7控制器將接收到的數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上，其中U7控制器有單獨的晶振，這樣主控制器就可以對這些傳來的數(shù)據(jù)進行處理，進而通過協(xié)議轉換程序轉換為以太網(wǎng)信號，通過U9發(fā)到以太網(wǎng)上。
在網(wǎng)關設計上主要就是軟件的設計，其中的通信協(xié)議層次很重要，主要采用4層結構(物理層、互聯(lián)層、控制層、應用層)。在物理層主要就是各種礦用數(shù)據(jù)傳輸?shù)拿浇楹透鞣N系統(tǒng)接口；在互聯(lián)層，各種傳感器(模擬量)、控制器(開關量)以及其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯接；在控制層，將I/O網(wǎng)絡的功能和對等信息傳輸網(wǎng)絡結合起來。這種開放型網(wǎng)絡提供任務關鍵控制數(shù)據(jù)(例如I/O數(shù)據(jù)刷新)和控制器之間互鎖的功能。同時，也支持非實時關鍵數(shù)據(jù)的傳輸；在應用層，我們提供上層計算機系統(tǒng)，以便通過以太網(wǎng)訪問井下各個傳感器的數(shù)據(jù)，支持標準的TCP/IP。由于通信數(shù)據(jù)可以劃分為實時和非實時兩類。監(jiān)測監(jiān)控的安全關鍵環(huán)節(jié)(瓦斯，CO等)滿足硬實時要求，通過SDIP(Synchronous Data IP)傳送。安全級別一般的數(shù)據(jù)通過ADIP(Asynchronous Data IP)傳遞。在網(wǎng)絡層完成工業(yè)以太網(wǎng)IP包同現(xiàn)場總線的協(xié)議轉換，建立通信隧道，實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的透明傳輸。
如圖3所示在本實施例中密閉殼體中共有8個口，其中上邊4個口從左到右分別用作電源、模擬信號、開關量信號的接口端，下邊4個口從左到右分別用作以太網(wǎng)信號、RS485/232總線信號、CAN總線信號的接口端。
權利要求
1.一種礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關，其特征在于包括工業(yè)級ARM微控制器、存儲模塊、網(wǎng)絡模塊、系統(tǒng)接口、現(xiàn)場總線協(xié)議轉換模塊和人機接口、報警幾個主要部分，使用嵌入式實時操作系統(tǒng)，兼容TCP/IP協(xié)議IPV4，控制器U1經(jīng)地址、數(shù)據(jù)總線以及片選和相應的讀寫信號線與存儲器U2、U3、U5連接，實現(xiàn)CAN總線數(shù)據(jù)、16路開關量、8路模擬量、RS485信號以及以太網(wǎng)信號的相互轉化，控制器U7經(jīng)地址數(shù)據(jù)復合線與控制器U1相連，16路開關量S1經(jīng)數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連，8路模擬量經(jīng)U6芯片轉換為數(shù)字信號后通過數(shù)據(jù)總線與控制器U1相連，以太網(wǎng)經(jīng)收發(fā)器U9與控制器U1相連，由控制器U1統(tǒng)一對各控制芯片的片選及讀寫控制，完成數(shù)據(jù)在地址數(shù)據(jù)總線上的有效傳輸，實現(xiàn)該網(wǎng)關的功能，系統(tǒng)將所有的外圍模塊通過總線的方式與主控制器U1相連，實現(xiàn)總線協(xié)議與以太網(wǎng)信號的轉換，其供電電源采用本質安全型，整個電路安裝在一個符合礦井井下安全規(guī)范的密閉的殼體中。
2.根據(jù)權利要求1所述的礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關，其特征在于所使用的嵌入式微控制器核心芯片采用ARM微控制器，存儲器U2芯片采用HY57V641620型，存儲器U3、U5核心芯片采用SST39VF160型，TCP/IP接口采用接口芯片RTL8019AS，現(xiàn)場總線(CAN)核心芯片采用SJA1000型控制器和P82C250型收發(fā)器，U4RS485轉換芯片采用MAX1483型。
全文摘要
本發(fā)明礦用隔爆兼本安型綜合接入網(wǎng)關，主要由嵌入式處理器、嵌入式實時操作系統(tǒng)和軟件技術組成，實現(xiàn)各種監(jiān)測系統(tǒng)互聯(lián)和各種類型分站的接入功能，完成到煤礦井下工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議轉換，同時也可以直接和各種常用的井下安全監(jiān)控傳感器相連。通過礦井工業(yè)以太網(wǎng)或者光纖傳輸，把各種現(xiàn)場總線信息數(shù)據(jù)匯接到礦井骨干通信網(wǎng)絡。綜合接入網(wǎng)關為本質安全型，可以用于煤礦井下監(jiān)測信息轉發(fā)、傳輸以及地面的監(jiān)控調度。
文檔編號H04L12/44GK1866935SQ20061004015
公開日2006年11月22日 申請日期2006年4月30日 優(yōu)先權日2006年4月30日
發(fā)明者錢建生, 孫彥景, 王獻偉, 曹國清, 李金猛 申請人:徐州中礦大華洋通信設備有限公司