專利名稱：礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種礦用網絡通信設備，具體說是一種礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網 交換機，尤其適合于在煤礦井下工業(yè)電視系統(tǒng)中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，我國井下的通信系統(tǒng)很少有統(tǒng)一的信息平臺，交換機主要基于以太網二層 交換芯片、接口變壓器和網絡接口開發(fā)的?，F有交換機具有以下缺點1、不具有隔爆性質， 不符合煤礦井下設備的安全規(guī)范；2、不提供上聯(lián)冗余接口，不能組成具有自愈功能的環(huán)網； 3、系統(tǒng)運行中出現故障時，容易造成井下通信網的崩潰；4、不提供交換機管理配置功能，用 戶不能實時地監(jiān)控交換機運行狀態(tài)；5、系統(tǒng)傳輸速率較低，不能同時傳輸數據、圖像、語音 的多媒體綜合信息；6、沒有統(tǒng)一的通信協(xié)議，系統(tǒng)與其它系統(tǒng)聯(lián)網很困難，難以做到數據共 享；7、網絡結構不規(guī)范，不同廠家的設備無法接入，不能構建集監(jiān)測、控制、通信功能于一體 的礦井網絡化信息化系統(tǒng)。
發(fā)明內容針對上述現有技術的不足，本實用新型提供一種礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換 機，能夠解決目前煤礦井下多媒體綜合業(yè)務數字系統(tǒng)中設備兼容性差和技術落后的問題， 利用上聯(lián)冗余光纖接口組成的具有自愈功能的冗余環(huán)網來保證井下信息傳輸的可靠性，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。本實用新型是以如下技術方案實現的一種礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，包 括工業(yè)級以太網二層交換芯片U1，與工業(yè)級以太網二層交換芯片Ul連接將以太網數據流 的碼型進行轉換和整形的以太網接口變壓器U2和U3，對應連接以太網接口變壓器U2和U3 的以太網接口 U4和U5，以太網接口 U4和U5分別和工業(yè)級以太網二層交換芯片Ul連接，與 工業(yè)級以太網二層交換芯片Ul連接將采集的數據進行處理和存儲的嵌入式CPU芯片U6, 與嵌入式CPU芯片U6連接用于保存嵌入式實時操作系統(tǒng)、應用軟件及系統(tǒng)運行日志等的 FLASH芯片U7，與嵌入式CPU芯片U6連接用于保存系統(tǒng)配置參數的EEROM芯片U8，還包括 給上述電路供電的電源模塊U9。工作原理是以太網數據幀通過以太網接口 U4、U5中的某個接口傳送到U2或U3 中，以太網數據幀在U2或U3中經過碼型轉換和波形整形之后，再發(fā)送給交換芯片U1，U1負 責解析以太網數據幀，并通過查閱數據幀的目的地址，確定數據應當發(fā)往目的端口、上層控 制電路或者以廣播的形式發(fā)送至其它所有端口。不發(fā)往上層控制電路的數據則數據被轉發(fā) 至變壓器芯片U2或者U3進行碼型轉換和整形，然后發(fā)送至U4、U5，經傳輸電纜發(fā)往目的主 機。發(fā)往控制電路的數據在TO中得到處理，如果是請求修改交換機，TO將修改結果保存在 U8中并修改芯片Ul完成設置；如果是請求操作U7上文件，則TO將讀取的數據發(fā)往Ul，Ul 再將數據發(fā)往目的端口。[0006]本實用新型的有益效果是1、產品為隔爆兼本安型，適用性強，主要用于煤礦井下 多媒體綜合業(yè)務數字系統(tǒng)；2、采用了數字信號處理器，可以實現數據、語音和圖像的實時、 高速傳輸；3、解決礦井通信標準不統(tǒng)一等問題，用戶在地面上就可以完成對井下設備的管 理，并且安裝及維護簡單；4、多臺礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機可以組成具有自愈功能 的光纖環(huán)網，提高了井下通信系統(tǒng)的魯棒性和信息傳輸的安全性；5、對煤礦安全生產具有 深遠的意義，并且該產品可擴展應用到有色金屬礦山等其它行業(yè)，有廣闊的市場前景。以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。

圖1是本實用新型電路原理框圖；圖2是交換芯片部分電路原理圖。圖中U1 以太網二層交換芯片，交換電路的核心部分，實現以太網二層交換，負 責各個交換端口之間數據包的轉發(fā)；U2、U3 以太網接口變壓器，實現以太網數據流的碼型轉換和整形，每個元件包含 四個變壓器組；U4、U5 以太網接口，以太網5類雙絞線RJ45接頭的連接器，每個元件包含四個接 口，每個接口包含兩個指示燈(分別為橙色和綠色)；U6 嵌入式CPU芯片，控制電路的核心部分，在其上運行嵌入式操作系統(tǒng)和控制軟 件，方便用戶對環(huán)網交換機的管理；U7 =FLASH芯片，保存嵌入式實時操作系統(tǒng)、應用軟件及系統(tǒng)運行日志等；U8 =EEROM芯片，保存系統(tǒng)的配置參數，當系統(tǒng)啟動或者用戶修改系統(tǒng)配置參數 后，交換機按照該芯片中的參數來重新配置；U9 電源管理模塊，為整個系統(tǒng)提供3. 3V和1. 8V電源。
具體實施方式
如圖1所示，礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機主要由以太網二層交換芯片U1、以 太網物理層變壓器芯片U2和U3、以太網接口 U4和U5、嵌入式CPU芯片U6、FLASH芯片U7、 EEROM芯片U8幾部分組成，電源管理模塊U9為整個電路提供穩(wěn)定的工作電源。以太網數據 幀從U4、TO中的某個接口傳送到U2或U3中，在其中經過碼型轉換和波形整形之后，發(fā)送給 交換芯片Ul，Ul負責解析以太網數據幀，并通過查閱數據幀的目的地址，確定數據應當發(fā) 往的目的端口、上層控制電路或者以廣播的形式發(fā)送至其它所有端口。不發(fā)往上層控制電 路的數據則被轉發(fā)至變壓器芯片U2或者U3中進行碼型轉換和整形，然后發(fā)送至U4、U5，經 傳輸電纜發(fā)往目的主機。發(fā)往控制電路的數據在U6中得到處理，如果是請求修改交換機， U6將修改的結果保存在U8中并修改芯片Ul完成設置；如果是請求操作U7上文件，則U6 將讀取的數據發(fā)往Ul，Ul再將數據發(fā)往目的端口。該交換機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。利用上聯(lián)冗余光纖接 口組成的具有自愈功能的冗余環(huán)網來保證井下信息傳輸的可靠性。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。如圖2所示，交換芯片部分電路主要由以太網二層交換芯片片U1、以太網接口變 壓器U2、U3和以太網接口 U4、U5組成。以太網二層交換芯片片Ul采用以太網交換芯片 BCM5338M ；以太網接口變壓器U2、U3采用網絡變壓器芯片HR604009，以太網接口 U4、U5采用AMP公司的RJ45接頭。以太網二層交換芯片Ul的LED1A、LEDlC引腳對應連接到以太 網接口 U4的LEDD2、LEDD4引腳，Ul的RDlN RD4N及RD5N RD8N對應連接以太網接口 變壓器U2的TDlN TD4N引腳和U3的TDlN TD4N引腳，Ul的RDlP RD4P及RD5P RD8P腳對應連接U2的TDlP TD4P引腳和U3的TDlP TD4P引腳，Ul的TDlN TD4N及 TD5N TD8N對應連接U2的RDlN RD4N引腳和U3的RDlN RD4N弓丨腳，Ul的TDlP TD4P及TD5P TD8P對應連接U2的RDlP RD4P引腳和U3的RDlP RD4P引腳，U2的 RXlN RX4N、RXlP RX4P、TXlN TX4N、TXlP TX4P引腳分別連接到以太網接口 U4的 6A 6D、3A 3D、2A 2D、1A ID 引腳，U3 的 RXlN RX4N、RX1P RX4P、TX1N TX4N、 TXlP TX4P引腳分別連接到以太網接口 U5的6A 6D、3A 3D、2A 2D、1A ID引腳， Ul的TXDO、TXDU TXD2、TXD3引腳對應連接到圖3中嵌入式CPU芯片U6的RXDO、RXDU RXD2、RXD3 引腳，Ul 的 RXDO、RXD 1、RXD2、RXD3 引腳連接到嵌入式 CPU 芯片 U6 的 RXD0、RXD1、 RXD2、RXD3 引腳，Ul 的 MIS0/TD0/D0、SS#/TMS/CS、SCK/TCK/SK、MOSI/TDI/DI 引腳連接嵌入 式 CPU 芯片 U6 的 GPI025、GPI024、GPI023、GPI0256 引腳?？刂菩酒糠蛛娐分饕汕度胧紺PU芯片U6、FLASH芯片U7和EEROM芯片U8組 成。本實施例中嵌入式CPU芯片U6采用嵌入式處理器PXA270，FLASH芯片U7采用存儲器 24C256, EEROM芯片U8采用存儲器28F128J3A。嵌入式CPU芯片U6的MDO MD31引腳對 應連接到FLASH芯片U7的MDO D15引腳，TO的MAO MA25引腳對應連接到FLASH芯片 U7的MA2 A124引腳，嵌入式CPU芯片U6的SDA、SCL引腳對應連接EEROM芯片U8的SDA 和SCL引腳。電源模塊U9由穩(wěn)壓變壓器REG-1117-3. 3U9_1、集成電路芯片LT3404EMS8U9_2和 穩(wěn)壓器MAX8863U9_3組成，為整個電路提供提供3. 3V和1. 8V電源。
權利要求一種礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于包括工業(yè)級以太網二層交換芯片U1，與工業(yè)級以太網二層交換芯片U1連接將以太網數據流的碼型進行轉換和整形的以太網接口變壓器U2和U3，對應連接以太網接口變壓器U2和U3的以太網接口U4和U5，以太網接口U4和U5分別和工業(yè)級以太網二層交換芯片U1連接，與工業(yè)級以太網二層交換芯片U1連接將采集的數據進行處理和存儲的嵌入式CPU芯片U6，與嵌入式CPU芯片U6連接用于保存嵌入式實時操作系統(tǒng)、應用軟件及系統(tǒng)運行日志等的FLASH芯片U7，與嵌入式CPU芯片U6連接用于保存系統(tǒng)配置參數的EEROM芯片U8，還包括給上述電路供電的電源模塊U9。上述電路進行了本安處理，安裝在一個密閉殼體中。
2.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于以太網二層 交換芯片Ul采用以太網交換芯片BCM5338M。
3.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于所述的以太 網接口變壓器U2、U3采用網絡變壓器HR604009。
4.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于所述的以太 網接口 U4和U5采用AMP公司的RJ45接頭。
5.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于嵌入式CPU 芯片U6采用嵌入式處理器PXA270。
6.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于所述的FLASH 芯片U7采用存儲器24C256。
7.根據權利要求1所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，其特征在于所述的EEROM 芯片U8采用存儲器28F128J3A。
8.根據權利要求1或2或3或4或5或6或7所述的礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換 機，其特征在于所述的以太網二層交換芯片Ul的LED引腳連接到以太網接口 U4、TO的LED 引腳，Ul的發(fā)送信號引腳連接到以太網接口變壓器U2、U3的接收信號引腳，Ul接收信號引 腳連接到U2、U3的發(fā)送信號引腳，U2、U3的發(fā)送引腳對應連接到U4、U5的接收信號引腳， U2、U3的接收信號引腳對應連接到U4、TO的發(fā)送信號引腳，Ul的串口引腳連接到嵌入式CPU 芯片U6的串口引腳，Ul的SPI引腳連接到U6的GPI023、GPI024、GPI025、GPI026引腳，U6 的數據線、地址線引腳和FLASH芯片U7的數據線、地址線引腳相連接，U6的IIC引腳連接 EEROM芯片U8的IIC引腳。
專利摘要本實用新型公開了一種礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機，涉及一種礦用網絡通信設備。它由以太網二層交換芯片U1、以太網接口變壓器U2和U3、以太網接口U4和U5、嵌入式CPU芯片U6、FLASH芯片U7、EEROM芯片U8和電源模塊U9組成。本實用新型的有益效果是適應性強，數據傳輸快，多臺礦用本安型工業(yè)以太環(huán)網交換機能夠組成具有自愈功能的環(huán)網，使得井下通信網的魯棒性和信息傳輸的安全性得到提高，提供用戶管理配置功能，支持Web遠程瀏覽、管理和系統(tǒng)軟件的在線升級。
文檔編號H04L12/28GK201682509SQ201020022149
公開日2010年12月22日 申請日期2010年1月16日 優(yōu)先權日2010年1月16日
發(fā)明者厲丹, 李金 , 杜海洋, 錢建生 申請人:徐州華訊科技有限公司