專利名稱：多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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路由器裝置及其控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國礦山安全生產(chǎn)事故與自然災(zāi)害時(shí)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(shí)可快速組 織應(yīng)急搶險(xiǎn)力量和做出搜救等指揮決策，研制礦山多媒體無線通信技術(shù)裝備具有十分重大 而緊迫的現(xiàn)實(shí)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(duì)配備的應(yīng)急無線通信系統(tǒng)一般采用防爆對(duì)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(shí)時(shí)可靠傳輸?shù)染窒?性。例如防爆對(duì)講機(jī)是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(duì)較低，對(duì)于有干擾的環(huán)境，其信號(hào)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. Ils 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(dòng)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(diǎn)，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?yàn)樵诘?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(jì)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(shí)，卻又很難設(shè)計(jì)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(jì)難以滿足用戶需求等實(shí)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)?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)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(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)路由及其自學(xué)習(xí)等優(yōu)點(diǎn)，但是又受到礦用井下供電方式以及電源容量的限制?，F(xiàn) 有技術(shù)中還缺少一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置，要求支持多種通信協(xié)議的融 合，能夠滿足多媒體通信業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)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。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置及其控制系統(tǒng)， 不但適應(yīng)于礦山無線通信的環(huán)境制約，同時(shí)還具有多媒體業(yè)務(wù)寬帶傳輸功能，且無線傳輸 可靠、通信質(zhì)量穩(wěn)定、成本低、待機(jī)壽命長、抗干擾性強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，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(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置，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，所述主控制器MCU上還設(shè)置有無線發(fā)射功率控制電路和節(jié)能控制電路；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(gè) 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串口和子系統(tǒng)RJ45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。主控制器MCU通過第一串行通信接口實(shí)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)展為兩個(gè)TTL232通信接口。其中一 個(gè)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(shí)現(xiàn)與井下RFID(Raidc) FrequencyIdentification,射頻識(shí)別技術(shù))人員定位設(shè)備的互聯(lián)和通信，另一個(gè)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(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)板與子系 統(tǒng)板的互聯(lián)和通信。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(gè)通信組成部分的工作，在子控制器CPU內(nèi)嵌入了功能強(qiáng)大的并支持多跳無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由功能的嵌入式實(shí)時(shí)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. Ils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串口和子系統(tǒng) RJ45網(wǎng)口都是通過WiFi Mesh系統(tǒng)板上的內(nèi)部總線實(shí)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。所述無線發(fā)射功率控制電路可以改變所述ZigBee通信模塊與WiFi智能接入卡的 發(fā)射功率。所述無線發(fā)射功率控制電路中設(shè)置有功率等級(jí)調(diào)控開關(guān)，該功率等級(jí)調(diào)控開關(guān)輸 出的8路開關(guān)信號(hào)線并行連接在8-3編碼器的8路輸入端上，該8-3編碼器的3路輸出端 并行連接在所述主控制器MCU的三路功率控制信號(hào)輸入端上，所述三路功率控制信號(hào)輸入 端為主控制器MCU的三路通用I/O接口。采用8路開關(guān)信號(hào)對(duì)應(yīng)了 8種功率發(fā)射狀態(tài)，通過8-3編碼器轉(zhuǎn)換為3路信號(hào)送 入到主控制器MCU中，在主控制器MCU內(nèi)建立起相應(yīng)的參數(shù)映射關(guān)系，每一種開關(guān)信號(hào)對(duì)應(yīng) 一種無線發(fā)射功率狀態(tài)控制參數(shù)，主控制器MCU分別通過第一串口和第二串口將對(duì)應(yīng)的無 線發(fā)射功率狀態(tài)控制參數(shù)配置到所述ZigBee通信模塊與WiFi智能接入卡上，從而實(shí)現(xiàn)無
6線發(fā)射功率等級(jí)調(diào)控功能。所述節(jié)能控制電路的主控制器MCU —方面可通過控制電源輸入選通模塊間接控 制子系統(tǒng)板的電源通斷，另一方面可通過控制子系統(tǒng)板的WiFi智能接入卡的電源通斷，從 而降低系統(tǒng)電源能量的耗費(fèi)。所述節(jié)能控制電路設(shè)置有電源輸入選通模塊，該電源輸入選通模塊上設(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(hào)輸出端口連接，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(hào)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(fèi)。在主控系統(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，所述大容量便攜本安電源處理模塊的輸 入端與外界便攜式直流電源連接，該大容量便攜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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)。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. SGHz0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(gè)RF天線獨(dú)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(qiáng)了系統(tǒng)的災(zāi)害環(huán)境適應(yīng)能力。本發(fā)明還提供一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的控制系統(tǒng)，其關(guān)鍵特 征在于設(shè)置有無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由控制系統(tǒng)，所述無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由控制系統(tǒng)包括設(shè)置在ZigBee通信模塊中的ZigBee協(xié)議模塊和802. 15. 4協(xié)議模塊，所述 802. 15. 4協(xié)議模塊用于支持ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)的物理層接入，所述ZigBee協(xié)議模塊用 于實(shí)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中的用戶自定義協(xié)議模塊和協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊，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，所述協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射 模塊用于實(shí)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)
7換；設(shè)置在子系統(tǒng)CPU中的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，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(shí)現(xiàn)WiFi無 線Mesh網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的IP路由和Mesh多跳傳輸。多種協(xié)議模塊和協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊共同組成一個(gè)多功能Mesh路由控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同 時(shí)支持WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立動(dòng)態(tài)路由和Mesh多跳傳輸。其 主要處理和路由的業(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)。來自WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)(如礦用本安手機(jī)數(shù)據(jù))和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是通過IP協(xié)議及地址映射處理后 進(jìn)行WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多跳路由和傳輸。而來自ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)(如 2. 4GHz ZigBee傳感器終端數(shù)據(jù))和現(xiàn)場總線業(yè)務(wù)(如井下RFID人員定位設(shè)備)數(shù)據(jù)是通 過ZigBee協(xié)議模塊進(jìn)行ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多跳路由和傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，現(xiàn)場 總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)必須先通過協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊轉(zhuǎn)換成為ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù) 據(jù)后才能進(jìn)行ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多跳路由和傳輸。本發(fā)明還提供一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的控制系統(tǒng)，其中還設(shè) 置有節(jié)能控制系統(tǒng)，所述節(jié)能控制系統(tǒng)包括軟休眠控制機(jī)構(gòu)和硬休眠控制機(jī)構(gòu)；所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有用于WiFi智能接入卡使能的裝置；用于判斷是否收到軟休眠命令的裝置；當(dāng)沒有收到軟休眠命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；當(dāng)收到軟休眠命令時(shí)，則用于禁用WiFi智能接入卡的裝置；用于設(shè)置軟休眠定時(shí)的裝置；用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有用于Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；用于判斷是否收到硬休眠命令的裝置；如果沒有收到硬休眠命令，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；如果收到硬休眠命令，則用于Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；用于設(shè)置硬休眠定時(shí)的裝置；用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；
當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置。節(jié)能控制系統(tǒng)采用跨層設(shè)計(jì)，主要由主控制器MCU控制，主控制器MCU根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中 的業(yè)務(wù)狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)工作模式進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，在系統(tǒng)內(nèi)主要定義有軟休眠模式、硬休眠模式 以及清醒模式。所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置上層無線關(guān)聯(lián)的多RF礦用多 功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過接入IP網(wǎng)絡(luò)和周期性的查詢多媒體業(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)傳輸。如果沒有WiFi業(yè)務(wù)傳輸，所述多 RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置則通過ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)通信平臺(tái)廣播軟休眠命令。所述多媒體應(yīng)急無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中的所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置 通過自帶的ZigBee通信模塊接收到軟休眠命令時(shí)，則主控系統(tǒng)板上的主控制器MCU輸出禁 用WiFi智能接入卡接入的信號(hào)到子系統(tǒng)板，所述子系統(tǒng)板中的子控制器CPU接收到禁用 WiFi智能接入卡接入的信號(hào)時(shí)，則停止WiFi智能接入卡工作，使系統(tǒng)進(jìn)入軟休眠模式。此 時(shí)主控制器MCU對(duì)軟休眠的時(shí)間進(jìn)行控制，所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的 定時(shí)時(shí)間一致，當(dāng)定時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)，則發(fā)送WiFi智能接入卡使能信號(hào)到所述子控制器CPU， 通過子控制器CPU控制WiFi智能接入卡使能，所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置 同時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到清醒模式。所述的多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置繼續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和 監(jiān)測，如果仍然沒有WiFi業(yè)務(wù)，則由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置再次廣播一條軟 休眠命令，網(wǎng)絡(luò)中的所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置再次進(jìn)入軟休眠模式，多 RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置統(tǒng)計(jì)軟休眠的次數(shù)，如果多次軟休眠后網(wǎng)絡(luò)中仍然沒有 WiFi業(yè)務(wù)，則由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)廣播一條 硬休眠命令；當(dāng)多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置中的ZigBee通信模塊接收到硬休眠命 令時(shí)，所述主控制器MCU輸出斷電控制信號(hào)到所述電源輸入選通模塊上，通過電源輸入選 通模塊切斷子系統(tǒng)板的電源，系統(tǒng)進(jìn)入硬休眠模式，同時(shí)，主控制器MCU對(duì)硬休眠的時(shí)間進(jìn) 行控制，所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的硬休眠時(shí)間也一致，當(dāng)定時(shí)時(shí)間結(jié)束 時(shí)，所述主控制器MCU則輸出通電控制信號(hào)，所有多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置同 時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到清醒模式。如果在軟休眠模式或硬休眠模式過程中，地面指揮或調(diào)度監(jiān)控中心發(fā)起WiFi通 信業(yè)務(wù)時(shí)，所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置將廣播一條休眠結(jié)束命令，當(dāng)所有多RF 礦用多功能無線Mesh路由器裝置接收到休眠結(jié)束命令時(shí)，所有多RF礦用多功能無線Mesh 路由器裝置同時(shí)自動(dòng)恢復(fù)到清醒模式中。通過這樣往返循環(huán)，系統(tǒng)有序地在各個(gè)模式狀態(tài) 上切換，最終達(dá)到通信節(jié)能的效果。本發(fā)明的顯著效果是提供了一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置及其控 制系統(tǒng)，具有以下特征①支持井下數(shù)據(jù)、語音、視頻和圖像等多媒體業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行無線Mesh網(wǎng)絡(luò)多跳傳 輸。所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置實(shí)現(xiàn)了 WIFI無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和路由傳輸硬
9件平臺(tái)，支持音、視頻等WIFI無線終端接入和業(yè)務(wù)傳輸，且無線傳輸帶寬理論可達(dá)54Mbps。②實(shí)現(xiàn)了基于ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)對(duì)井下RFID人員定位設(shè)備或現(xiàn)場總線傳感 器終端數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)無線Mesh路由和傳輸?shù)挠布脚_(tái)，并通過串口控制的WIFI無線Mesh 網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)能電路設(shè)計(jì)，可有效延長系統(tǒng)裝置待機(jī)壽命時(shí)間達(dá)23% 32%，此外還實(shí)現(xiàn)了 同時(shí)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。③通過ZigBee通信模塊和WiFi智能接入卡實(shí)現(xiàn)了通信系統(tǒng)快速應(yīng)急部署和自組 織無線Mesh組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)通信鏈路自愈和多跳無線Mesh網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)路由傳輸，且最大可支持3 個(gè)WIFI Mesh無線擴(kuò)展接口(Mini-PCI)和多RF通道高可靠無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸；④系統(tǒng)裝置采用多RF通道網(wǎng)絡(luò)傳輸，通信抗干擾能力強(qiáng)，支持在2. 4GHz和5. 8GHz 兩種微波頻段工作，支持選配全向或定向高增益外置天線。⑤系統(tǒng)裝置實(shí)現(xiàn)了大容量本安便攜電源雙路自動(dòng)切換和本質(zhì)安全電路控制技術(shù)， 并且采用高效能節(jié)能控制系統(tǒng)，待機(jī)壽命可達(dá)60 72小時(shí)，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP65以上，可適 應(yīng)在礦山井下高溫、高濕和高煤塵等惡劣災(zāi)害環(huán)境下使用。


圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)組成示意圖；圖2是本發(fā)明的多功能Mesh路由和節(jié)能控制系統(tǒng)模型示意圖；圖3是本發(fā)明中節(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)路由及其終端設(shè)備接入示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(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路由器裝置，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MCU 15，該主控制器MCU 15的第一串口 端UARTl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COMO連接，所述串口擴(kuò)展模塊17的第一串口端COMl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，所述主控制器MCU15上還設(shè)置有無線發(fā)射功率控制電路和節(jié)能控制電路， 在主控系統(tǒng)板1上還設(shè)置有主控系統(tǒng)電源處理模塊11 ；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的內(nèi)部總線與三 個(gè)Mini PCI接口 23連接，在所述的Mini PCI接口 23上插接有WiFi智能接入卡22，所述 內(nèi)部總線上還連接有子系統(tǒng)RS232串口 24和子系統(tǒng)RJ45網(wǎng)口 25，所述子系統(tǒng)RS232串口 24與主控系統(tǒng)板1的RS232接口相連，在子系統(tǒng)板2上還設(shè)置有子系統(tǒng)電源處理模塊21。在具體實(shí)施過程中，所述主控制器MCU15采用16MHz MCU控制器，其主芯片為MSP 430F249，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)換模塊采用SP3232，主要功能是將TTL232 轉(zhuǎn)換為RS232串口。所述子控制器CPU 26采用266MHz高性能CPU控制器，其芯片型號(hào)為 MPC8321。
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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(shí)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(jí)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(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(dòng)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(shí)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MCU 15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(duì)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(dú)立傳輸，增強(qiáng)了系統(tǒng)的 可靠性和通信抗電磁干擾能力。子系統(tǒng)RJ45網(wǎng)口 25用于連接外部工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，主要用于接收和發(fā)送外部工業(yè) 以太網(wǎng)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)信息。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(gè)功能模塊供電。所述無線發(fā)射功率控制電路中設(shè)置的功率等級(jí)調(diào)控開關(guān)EMR-08為8個(gè)撥碼開關(guān)， 每一個(gè)撥碼開關(guān)輸出一路開關(guān)信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)與一種無線發(fā)射功率等級(jí)，輸出的8路撥碼 開關(guān)信號(hào)線并行連接在8-3編碼器的8路輸入端上，8-3編碼器的型號(hào)采用74LS148，經(jīng)過 8-3編碼器將8路開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換為3路編碼信號(hào)并行連接在主控制器MCU15的Pl. 4、Pl. 5 和Pl. 6三個(gè)I/O端口上，由主控制器MCU15綜合判斷后轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的無線發(fā)射功率等級(jí) 調(diào)控命令，從而實(shí)現(xiàn)無線模塊相應(yīng)發(fā)射功率的等級(jí)控制。8個(gè)等級(jí)的編碼輸入信號(hào)，對(duì)應(yīng) ZigBee 通信模塊無線發(fā)射功率為 20dBm、19dBm、17dBm、15dBm、13dBm、10dBm、5dBm 和 _5dBm， 對(duì)應(yīng) WiFi 智能接入卡則為 19dBm、17dBm、15dBm、13dBm、10dBm、8dBm、5dBm 和 OdBm。所述節(jié)能控制電路中設(shè)置有電源輸入選通模塊13，該電源輸入選通模塊13上設(shè) 置有使能控制端口 En，該使能控制端口 En與所述主控制器MCU 15的I/O接口 Pl. 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，通過裝置中的節(jié)能控制電路以 及系統(tǒng)中具體的節(jié)能控制算法，由主控制器MCU15控制Pl. 7端口的輸出電平來控制電源輸 入選通模塊13的通斷，從而控制子系統(tǒng)版2的電源通斷。節(jié)能控制算法中通過檢查網(wǎng)絡(luò)中 是否存在WiFi業(yè)務(wù)來控制子系統(tǒng)板2是否工作，通過在休眠模式和工作模式的循環(huán)切換， 降低了系統(tǒng)的能耗，延長設(shè)備待機(jī)壽命時(shí)間。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，該大容量便攜本 安電源處理模塊12的輸入端與外界便攜式直流電源(DC)連接，該大容量便攜本安電源處 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。
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 能保持輸出的穩(wěn)定，從而保證了各個(gè)模塊和系統(tǒng)板的正常工作。如圖2所示，所述一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的控制系統(tǒng)由軟件 部分完成，除了底層硬件設(shè)備驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及嵌入式實(shí)時(shí)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)路由控制系統(tǒng)，該無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由控制系統(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(shí)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MCU15中的用戶自定義協(xié)議模塊b和協(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，所述協(xié)議轉(zhuǎn)換及地 址映射模塊d用于實(shí)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(shí)現(xiàn)WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的IP路由和Mesh多跳傳輸。如圖3所示，所述控制系統(tǒng)中還設(shè)置有節(jié)能控制系統(tǒng)，該節(jié)能控制系統(tǒng)包括軟休 眠控制機(jī)構(gòu)和硬休眠控制機(jī)構(gòu)；
0088]所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有0089]用于WiFi智能接入卡使能的裝置；0090]用于判斷是否收到軟休眠命令的裝置；0091]當(dāng)沒有收到軟休眠命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；0092]當(dāng)收到軟休眠命令時(shí)，則0093]用于禁用WiFi智能接入卡的裝置；0094]用于設(shè)置軟休眠定時(shí)Ts的裝置；0095]用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；0096]當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；0097]當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則0098]用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；0099]當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置0100]當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置；0101]所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有0102]用于Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；0103]用于判斷是否收到硬休眠命令的裝置；0104]如果沒有收到硬休眠命令，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；0105]如果收到硬休眠命令，則0106]用于Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；0107]用于設(shè)置硬休眠定時(shí)Th的裝置；
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用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置。本發(fā)明的工作原理是如圖4所示，本發(fā)明所述的多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置與Mesh多RF 礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置等通信設(shè)備共同組成礦用無線Mesh網(wǎng)絡(luò)，由于多RF礦用 多功能無線Mesh路由器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路由器裝置和多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置上可以連接多種礦用 通信端設(shè)備，包括礦用本安手機(jī)、礦用視頻及圖像采集終端、井下RFID人員定位設(shè)備以及 2. 4GHz ZigBee傳感器等。多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置之間以及多RF礦用多功 能無線Mesh路由器裝置與多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置之間通過多RF通道獨(dú)立處 理著WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)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)。在實(shí)際應(yīng)用中，所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置及其控制系統(tǒng)主要 處理和路由的業(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(duì)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路 由器裝置中，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)行路由路徑的選擇，接收的數(shù)據(jù)再由第一高增益全向RF天線轉(zhuǎn)發(fā)到下 一跳多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置或多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置中，最 后由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置經(jīng)過WLAN或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳到地面指揮或調(diào)度 監(jiān)控中心，使得地面指揮或調(diào)度監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)感知井下各種監(jiān)測參數(shù)。技術(shù)人員在所述主控制器MCU15中對(duì)現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)類型做了自定義處理， 形成用戶自定義協(xié)議模塊b，使得井下RFID人員定位設(shè)備和部分監(jiān)測傳感器終端能夠經(jīng)過 RS485現(xiàn)場總線接入所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置中?，F(xiàn)場總線業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)再 經(jīng)過所述協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊d的處理轉(zhuǎn)換為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)行路由路徑的選擇，接收的數(shù)據(jù)再由第一高增益全向RF天線轉(zhuǎn)發(fā)到下 一跳多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置或多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置中，最 后由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置經(jīng)過WLAN或TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上傳到地面指揮或調(diào)度 監(jiān)控中心。使得地面指揮或調(diào)度監(jiān)控中心能夠?qū)崟r(shí)掌握井下工作人員的位置情況，既可用 于救援搶險(xiǎn)，又可用于工作考勤。所述子控控制器CPU 26中的802. 11協(xié)議模塊e對(duì)WiFi智能接入卡22進(jìn)行了配 置，使得滿足802. 11協(xié)議的WiFi終端設(shè)備(如WiFi礦用手機(jī)或礦用視頻、圖像采集終端 等)經(jīng)過第二全向高增益RF天線接入到WiFi智能接入卡22中，所述WiFi智能接入卡22 接收到的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g實(shí)現(xiàn)路由路徑的選 擇和判斷，確定路由路徑后，所接收的數(shù)據(jù)再由第二全向高增益RF天線轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置或多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置中，也可以轉(zhuǎn)發(fā)到 其它WiFi終端，即可實(shí)現(xiàn)井下工作人員的相互通信，又可實(shí)現(xiàn)井下與地面的信息交互。所述子控控制器CPU26中設(shè)置的802. 3協(xié)議模塊f，使得工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過所述子 系統(tǒng)RJ45網(wǎng)口 25接入到所述的多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置中，所述工業(yè)以太 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)經(jīng)過所述IP協(xié)議及地址映射模塊g的處理，使得工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)能夠 在WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)多跳路由和傳輸，所述工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)主要支持工業(yè)級(jí)設(shè)備的 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和通信。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(duì)系統(tǒng)的工作模式進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制， 在系統(tǒng)內(nèi)主要定義有軟休眠模式、硬休眠模式以及清醒模式。所述多RF礦用多功能無線 Mesh路由器裝置上層的多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通過接入IP網(wǎng)絡(luò)和周期性的 查詢多媒體服務(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)，所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置則通過基于ZigBee的無線Mesh網(wǎng) 絡(luò)通信平臺(tái)廣播軟休眠命令，所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置中的ZigBee通信 模塊14接收到軟休眠命令時(shí)，則通過主控制器MCU15輸出禁用WiFi智能接卡22接入的信 號(hào)到子控制器CPU26中，子控制器CPU26則停止WiFi智能接入卡22工作，使系統(tǒng)進(jìn)入軟休 眠模式，此時(shí)主控制器MCU15對(duì)軟休眠的時(shí)間進(jìn)行控制(如設(shè)置軟休眠時(shí)間Ts為10秒)。 當(dāng)定時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)，則發(fā)送WiFi智能接入卡22使能信號(hào)到所述子控制器CPU26，通過子控 制器CPU26控制WiFi智能接入卡22使能，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到清醒模式。所述的多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置繼續(xù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢 和監(jiān)測，如果仍然沒有WiFi通信業(yè)務(wù)，則由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置再次廣 播一條軟休眠命令，所述多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置再次進(jìn)入軟休眠模式，多 RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置統(tǒng)計(jì)軟休眠的次數(shù)，如果多次軟休眠后網(wǎng)絡(luò)中仍然沒有 WiFi通信業(yè)務(wù)(比如軟休眠次數(shù)達(dá)到3次)，則由多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置通 過ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)廣播一條硬休眠命令，當(dāng)多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置 中的ZigBee通信模塊14接收到硬休眠命令時(shí)，所述主控制器MCU15輸出斷電控制信號(hào)到 所述電源輸入選通模塊13上，通過電源輸入選通模塊13切斷子系統(tǒng)板2的電源，系統(tǒng)進(jìn)入 硬休眠模式。同時(shí)，主控制器MCU15對(duì)硬休眠的時(shí)間進(jìn)行控制(比如硬休眠時(shí)間Th設(shè)置為 60秒)，當(dāng)定時(shí)時(shí)間結(jié)束時(shí)，所述主控制器MCU15則輸出通電控制信號(hào)，系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)到清 醒模式。如果地面指揮或調(diào)度監(jiān)控中心在軟休眠模式或硬休眠模式下發(fā)起WiFi通信業(yè)務(wù) 時(shí)，所述多RF礦用多功能無線Mesh網(wǎng)關(guān)裝置將廣播一條休眠結(jié)束命令，當(dāng)多RF礦用多功 能無線Mesh路由器裝置接收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則自動(dòng)恢復(fù)到清醒模式中。通過這樣往返 循環(huán)，系統(tǒng)不停的在各個(gè)模式狀態(tài)下自由切換，最終達(dá)到通信節(jié)能效果。通過實(shí)驗(yàn)證明，采 用本發(fā)明所述的節(jié)能控制系統(tǒng)能使得所述多RF多功能無線Mesh路由器裝置待機(jī)壽命時(shí)間 延長可達(dá)32%。
1權(quán)利要求
一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置，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，所述主控制器MCU(15)上還設(shè)置有無線發(fā)射功率控制電路和節(jié)能控制電路；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(gè)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)和子系統(tǒng)RJ45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。
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路由器裝置，其特征在于 所述無線發(fā)射功率控制電路中設(shè)置有功率等級(jí)調(diào)控開關(guān)(EMR-08)，該功率等級(jí)調(diào)控開關(guān) (EMR-08)輸出的8路開關(guān)信號(hào)線并行連接在8-3編碼器的8路輸入端上，該8_3編碼器的 3路輸出端并行連接在所述主控制器MCU(15)的三路功率控制信號(hào)輸入端(PI. 4-P1. 6)上。
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路由器裝置，其特征在于 所述節(jié)能控制電路為電源輸入選通模塊(13)，該電源輸入選通模塊(13)上設(shè)置有使能控 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(hào)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、3所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置，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路由器裝置，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(gè)Mini-PCI接口(23)，所述Mini-PCI接口(23) 插接所述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路由器裝置，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，其工作頻段可為2. 4GHz或5. SGHz0
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置，特征在于所 述主控制器MCU(15)中設(shè)置有節(jié)能控制系統(tǒng)，所述節(jié)能控制系統(tǒng)由軟休眠控制機(jī)構(gòu)和硬休 眠控制機(jī)構(gòu)組成；所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有用于WiFi智能接入卡使能的裝置； 用于判斷是否收到軟休眠命令的裝置；當(dāng)沒有收到軟休眠命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 當(dāng)收到軟休眠命令時(shí)，則 用于禁用WiFi智能接入卡的裝置； 用于設(shè)置軟休眠定時(shí)(Ts)的裝置； 用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則 用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置； 當(dāng)休眠時(shí)間結(jié)束時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有 用于Mesh系統(tǒng)板通電的裝置； 用于判斷是否收到硬休眠命令的裝置；如果沒有收到硬休眠命令，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；如果收到硬休眠命令，則 用于Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；用于設(shè)置硬休眠定時(shí)(Th)的裝置；用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置； 當(dāng)休眠時(shí)間結(jié)束時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置。
8.權(quán)1所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的控制系統(tǒng)，其特征在于設(shè) 置有多功能Mesh路由控制系統(tǒng)，所述多功能Mesh路由控制系統(tǒng)由支持無線Mesh網(wǎng)絡(luò)路由 的ZigBee協(xié)議模塊(a)、用戶自定義協(xié)議模塊(b) ,802. 15. 4協(xié)議模塊(c)、協(xié)議轉(zhuǎn)換及地 址映射模塊(d) ,802. 11協(xié)議模塊(e) ,802. 3協(xié)議模塊(f)和IP協(xié)議及地址映射模塊(g) 組成；其中ZigBee協(xié)議模塊(a)和802. 15. 4協(xié)議模塊(c)設(shè)置在ZigBee通信模塊(14)中， 所述802. 15. 4協(xié)議模塊(c)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(a)用于實(shí)現(xiàn)ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的M esh網(wǎng)絡(luò)路由和多跳無線傳 輸；用戶自定義協(xié)議模塊(b)和協(xié)議轉(zhuǎn)換及地址映射模塊(d)設(shè)置在主控制器MCU(15) 中，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，所述協(xié)議轉(zhuǎn) 換及地址映射模塊(d)用于實(shí)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(e) ,802. 3協(xié)議模塊(f)以及IP協(xié)議及地址映射模塊(g)設(shè)置在子系統(tǒng)CPU(26)中，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(shí)現(xiàn)WiFi無線Mesh網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的IP路由和Mesh多跳傳輸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置的控制系統(tǒng)，其 特征在于還設(shè)置有節(jié)能控制系統(tǒng)，所述節(jié)能控制系統(tǒng)由軟休眠控制機(jī)構(gòu)和硬休眠控制機(jī) 構(gòu)組成；所述軟休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有 用于WiFi智能接入卡使能的裝置； 用于判斷是否收到軟休眠命令的裝置；當(dāng)沒有收到軟休眠命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 當(dāng)收到軟休眠命令時(shí)，則 用于禁用WiFi智能接入卡的裝置； 用于設(shè)置軟休眠定時(shí)(Ts)的裝置； 用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則 用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置； 當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回WiFi智能接入卡使能的裝置； 所述硬休眠控制機(jī)構(gòu)中設(shè)置有 用于Mesh系統(tǒng)板通電的裝置； 用于判斷是否收到硬休眠命令的裝置；如果沒有收到硬休眠命令，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；如果收到硬休眠命令，則用于Mesh系統(tǒng)板斷電的裝置；用于設(shè)置硬休眠定時(shí)(Th)的裝置；用于判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置；當(dāng)收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置；當(dāng)沒有收到休眠結(jié)束命令時(shí)，則用于判斷休眠定時(shí)是否結(jié)束的裝置；當(dāng)休眠定時(shí)沒有結(jié)束，則用于返回判斷是否收到休眠結(jié)束命令的裝置； 當(dāng)休眠定時(shí)結(jié)束時(shí)，則用于返回Mesh系統(tǒng)板通電的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多RF礦用多功能無線Mesh路由器裝置及其控制系統(tǒng)，所述裝置由主控系統(tǒng)板和子系統(tǒng)板等組成。主控系統(tǒng)板包含主控制器MCU、主控系統(tǒng)電源處理模塊、ZigBee通信模塊、無線發(fā)射功率控制電路和節(jié)能控制電路等；子系統(tǒng)板包括子控制器CPU、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(dòng)系統(tǒng)、嵌入式操作系統(tǒng)、節(jié)能控制系統(tǒng)和多功能Mesh路由控制系統(tǒng)等。本發(fā)明支持多媒體業(yè)務(wù)在多RF通道WiFi和ZigBee無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)傳輸，不但支持高可靠通信和自組織組網(wǎng)，而且支持業(yè)務(wù)多種方式靈活接入，且通信抗干擾性強(qiáng)，成本低、待機(jī)壽命長、非常適合礦山無線通信領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04W84/12GK101902805SQ20101016799
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)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, 李瑩瑩, 樊榮, 王飛 申請(qǐng)人:煤炭科學(xué)研究總院重慶研究院