專利名稱：礦用多協議以太環(huán)網交換機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種礦用綜合網絡通信設備，具體的說是一種礦用多協議以太環(huán)網交換機。
背景技術：
礦山綜合自動化平臺被大力推行并廣泛應用，它是煤礦安全高效生產的重要保障，而通信網絡平臺是礦山綜合自動化的基礎。當前，煤礦大多具有自己的工業(yè)以太網，實現煤礦設備、人員以及集控中心的通信，而以太網交換機是通信系統(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，還會給煤礦生產帶來不可估量的損失。市面上的交換機大多是針對一般應用環(huán)境的，缺少必要的防護措施，而且沒有形成環(huán)網來確保通信的可靠性，另外就是通信協議單一，無法實現多種現有設備的接入。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是要提供一種礦用多協議以太環(huán)網交換機，解決現有交換機沒有形成環(huán)網來確保通信的可靠性，通信協議單一，無法實現多種現有設備接入的問題。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是以太環(huán)網交換機包括核心處理模塊、第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數據存儲模塊、串口通信模塊、光口通信模塊、 以太網數據變換模塊、以太網模塊、網絡濾波器、端口、電源模塊、第一電源調節(jié)器、第二電源調節(jié)器和第三電源調節(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、數據存儲模塊和以太網數據變換模塊連接，以太網數據變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網模塊連接，以太網模塊包括網絡濾波器和端口，端口通過網絡濾波器與以太網數據變換模塊連接，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節(jié)器、 第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器，第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器串聯連接，串聯連接的第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器與第一電源調節(jié)器并聯連接。有益效果，由于采用了上述方案，將多協議轉換器中的所有總線接口及協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控制器組成；在物理層的上面是協議棧中的中斷模塊，負責響應上訴控制器的接收發(fā)送中斷，其中很重要的工作就是進行幀的處理，保證數據傳輸的正常進行；驅動部分是協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與各總線之間的通訊協議，數據傳輸的控制，以及應用程序。多協議工業(yè)以太環(huán)網交換機，防護等級達到IP67，集以太網、光纖、串行數據接口于一體的綜合光通信設備，實現了串口協議與以太網協議的直接轉換，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，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網冗余倒換時間小于50ms，可以有效提高網絡的運行可靠性。解決了現有交換機沒有形成環(huán)網來確保通信的可靠性，通信協議單一，無法實現多種現有設備接入的問題，達到了本發(fā)明的目的。優(yōu)點1、兩對冗余的光纖接口組成光纖冗余環(huán)網，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網冗余倒換時間小于50ms，提高了煤礦以太網通信可靠性。2、彌補了以往交換機通信接口單一的不足，實現了現有多種設備的接入，為煤礦高效自動化開采、煤礦設備的遠程監(jiān)管與故障診斷提供可靠的數據來源。


圖1為本發(fā)明的礦用多協議以太環(huán)網交換機系統(tǒng)結構圖。圖2為本發(fā)明的交換機電源電路圖。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、數據存儲模塊；U5、串口通信模塊；U6、光口通信模塊；U7、以太網數據變換模塊；U8、以太網模塊，U8-1、網絡濾波器；U8-2、端口 ；U9、電源模塊；U9-1、第一電源調節(jié)器；U9-2、第二電源調節(jié)器；U9-3、第三電源調節(jié)器。
具體實施例方式實施例1 以太環(huán)網交換機包括核心處理模塊U1、第一程序存儲模塊U2、第二程序存儲模塊U3、數據存儲模塊U4、串口通信模塊TO、光口通信模塊U6、以太網數據變換模塊 U7、以太網模塊U8、網絡濾波器U8-1、端口 U8-2、電源模塊U9、第一電源調節(jié)器U9-1、第二電源調節(jié)器U9-2、第三電源調節(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、數據存儲模塊U4和以太網數據變換模塊U7連接，以太網數據變換模塊U7同時與串口通信模塊TO、光口通信模塊U6和以太網模塊U8連接，以太網模塊U8包括網絡濾波器U8-1和端口 U8-2，端口 U8-2通過網絡濾波器U8-1與以太網數據變換模塊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包括第一電源調節(jié)器U9-1、第二電源調節(jié)器U9-2和第三電源調節(jié)器U9-3，第二電源調節(jié)器U9-2和第三電源調節(jié)器U9-3串聯連接，串聯連接的第二電源調節(jié)器U9-2和第三電源調節(jié)器U9-3與第一電源調節(jié)器U9-1并聯連接。在圖1中，核心處理模塊Ul為該交換機的核心，負責對其它模塊的控制和通訊；核心處理模塊Ul選用S3C240采用RISC結構的32位微處理器，基于ARM920T內核，采用五級流水線和哈佛結構，最高頻率可達400MHz，1.2V內核，1.8V / 3. 3V儲存器，3. 3V擴展I / 0，該處理器的低功耗設計完全可以滿足煤礦設備安全設計要求。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)隨機存取存儲器，用于存放已調試好的用戶應用程序、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據；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)隨機存儲器(4MwordsX4bandsX16bits)，時鐘頻率143MHz，該芯片能夠滿足工業(yè)標準，采用低功耗設計，工作電壓為3. 3V，工作電流低于1mA。數據存儲模塊U4在本裝置中的功能是實現代碼執(zhí)行以及數據存儲；數據存儲模塊U4采用FMMCL16鐵電存儲器，采用處理器自帶的I2C總線相連接，主要保存協議轉換器的一些參數，掉電不丟失。串口數據交換模塊TO用于串口的數據交換操作，具有接收和發(fā)送數據的功能；串口通信模塊U5選用MAX232和MAX485進行協議電平轉換.并對MAX485采用6附37進行電平隔離，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。光口網數據交換模塊TO用于光口的數據交換操作，具有接收和發(fā)送數據的功能； 光口通信模塊U6的光接收端選用深圳飛通光電子技術有限公司生產的PHOTON STZ SONET OC-I同步網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。以太網數據交換模塊U7用于以太網的數據交換操作，具有接收和發(fā)送數據的功能，以太網數據交換模塊U7采用了太網控制器DM9000AEP，該芯片是一個全集成、功能強、 性價比高的快速以太網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)。以太網模塊U8，其中網絡濾波器U8-1，是種連接以太網收發(fā)芯片與終端設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、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，電源調節(jié)器，第一電源調節(jié)器U9-1和第二電源調節(jié)器U9-2，把24V轉換為3. 3V和1. 8V，第三電源調節(jié)器U9-3，把1. 8V轉換為1. 2V。使各模塊處于工作狀態(tài)。多協議轉換
本發(fā)明中，將多協議轉換器中的所有總線接口及協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控制器組成；在物理層的上面是協議棧中的中斷模塊，負責響應上訴控制器的接收發(fā)送中斷，其中很重要的工作就是進行幀的處理，保證數據傳輸的正常進行；驅動部分是協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與各總線之間的通訊協議，數據傳輸的控制，以及應用程序。當數據通過端口 U8-2的RJ45接口傳輸到該交換機時，經過網絡濾波器U8-1和以太網數據變換模塊U7傳輸到核心處理模塊U1，核心處理模塊Ul調用第一程序存儲模塊 U2、第二程序存儲模塊U3中的程序，對數據進行分析并打包處理，將打包后的數據包送入數據存儲模塊U4。同時核心模塊Ul調用程序進行分析計算，賦于數據包將要達到的目的地的標簽，這一步驟確定了數據包將要到達的地址。然后由核心處理模塊Ul調用第一程序存儲模塊U2和第二程序市存儲模塊U3中的程序進行路由計算，決定該數據包經由哪個路徑發(fā)送到其目的節(jié)點，并對數據包加密。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，連接另一個遠程交換機光接口的光收端rx ；rx 口為光收端，連接另一個遠程交換機光接口的光發(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，在系統(tǒng)出故障時，環(huán)網冗余倒換時間小于50ms，可以有效提高網絡的運行可靠性。具有4個lO/lOOhse-tx以太網RJ45端口，每個RJ45端口都具有自適應功能，支持MDI/MDI-X連接，可以使用直連網線/交叉網線將交換機連接到終端設備、服務器、集線器或其他交換機。每個端口都支持IEEE802.3X自適應，因此最適宜的傳輸模式(半雙工或全雙工)和數據速率(IOMbps或100Mbps)都能被自動選擇(所連接的設備也必須支持這個特性)。雙路隔離供電模塊
在圖2中，電源線路板設計成兩路隔離單獨輸出，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極Vo-，第二電容C2—端連接到電源輸出負極Vo-，另一端接地。交換機供電電源要求電源具有高穩(wěn)定度，小于2 %的電壓變化率，紋波系數小等要求。對于煤礦企業(yè)，則要求具有很好的電網適應性，一般在75% 115%的輸入電壓范圍內能穩(wěn)定工作，供電可靠，供電質量高及不間斷供電等；同時，盡可能做到結構簡單，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，并用內置輸入濾波器，長期短路保護(自恢復)，小型化的封裝便于在線路板上直接安裝。使用兩塊CFA25S24W電源模塊進行單獨的雙路輸出，以滿足工業(yè)以太網交換機的 24V冗余電源輸入，交換機滿載時功率為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，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，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。
權利要求
1. 1、一種礦用多協議以太環(huán)網交換機，其特征是以太環(huán)網交換機包括核心處理模塊、第一程序存儲模塊、第二程序存儲模塊、數據存儲模塊、串口通信模塊、光口通信模塊、 以太網數據變換模塊、以太網模塊、網絡濾波器、端口、電源模塊、第一電源調節(jié)器、第二電源調節(jié)器和第三電源調節(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、數據存儲模塊和以太網數據變換模塊連接，以太網數據變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網模塊連接，以太網模塊包括網絡濾波器和端口，端口通過網絡濾波器與以太網數據變換模塊連接，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節(jié)器、第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器，第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器串聯連接，串聯連接的第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器與第一電源調節(jié)器并聯連接。
全文摘要
一種礦用多協議以太環(huán)網交換機，屬于礦用綜合網絡通信設備。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、數據存儲模塊和以太網數據變換模塊連接，以太網數據變換模塊同時與串口通信模塊、光口通信模塊和以太網模塊連接，以太網模塊包括網絡濾波器和端口，端口通過網絡濾波器與以太網數據變換模塊連接，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節(jié)器、第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器，第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器串聯連接，串聯連接的第二電源調節(jié)器和第三電源調節(jié)器與第一電源調節(jié)器并聯連接。優(yōu)點實現了多種設備的接入，為煤礦高效自動化開采、煤礦設備的遠程監(jiān)管與故障診斷提供可靠的數據來源。
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)先權日2011年6月28日
發(fā)明者夏士雄, 牛強, 肖碩, 陳岱 申請人:中國礦業(yè)大學