專利名稱：礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦山安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
“物聯(lián)網(wǎng)”概念的問世，打破了之前的傳統(tǒng)思維。過去 的思路一直是將物理基礎(chǔ)設(shè)施和信息基礎(chǔ)設(shè)施分開。對(duì)煤礦安全生產(chǎn)而言，在“物聯(lián)網(wǎng)”時(shí)代，瓦斯、CO等各類傳感器、電纜、電氣機(jī)械設(shè)備等等，所有這些將與芯片、寬帶整合為統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施，物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)煤礦復(fù)雜環(huán)境下生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)的人員、機(jī)器、設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境安全實(shí)施更加實(shí)時(shí)有效的協(xié)同管理和控制。物聯(lián)網(wǎng)概念為建立煤礦安全生產(chǎn)與預(yù)警救援新體系提出了新的思路和方法。礦山物聯(lián)網(wǎng)的重點(diǎn)，就是解決礦井“人、機(jī)、物、環(huán)”安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)問題，創(chuàng)造本質(zhì)安全型作業(yè)環(huán)境，保障人身安全，提高設(shè)備的使用效率。通過兩化融合，科技創(chuàng)新，改變現(xiàn)有管控模式，提高經(jīng)濟(jì)效益。如何利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決煤礦生產(chǎn)中人員安全環(huán)境、機(jī)電設(shè)備的感知問題，解決礦山災(zāi)害狀況的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、減少或避免重大災(zāi)害事故的發(fā)生，解決安全生產(chǎn)的智能化監(jiān)控，這些都是礦山物聯(lián)網(wǎng)重點(diǎn)關(guān)注的問題。當(dāng)前礦山的情況很復(fù)雜，存在傳感器多樣性，協(xié)議多樣性，管理方式多樣性，這對(duì)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到礦山提出了很大的挑戰(zhàn)。因此，礦山物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不是簡(jiǎn)單的礦山綜合自動(dòng)化，而是在此基礎(chǔ)上，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)一步完善礦山綜合自動(dòng)化，需要建立能夠適應(yīng)傳感器多樣性和協(xié)議多樣性的智能網(wǎng)關(guān)設(shè)備。參考文件I (專利申請(qǐng)?zhí)朇N200810201578)提供了一種基于ffiEE802. 15. 4a的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)接入M0DBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)和PR0FIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線的多協(xié)議網(wǎng)關(guān)。本多協(xié)議網(wǎng)關(guān)包括微處理器、M0DBUS/TCP主站、IEEE802. 15. 4a無線主站、PR0FIBUS-DP從站、外擴(kuò)SDRAM存儲(chǔ)器和FLASH存儲(chǔ)器、RJ45網(wǎng)口、485物理層接口、USB接口 ；電路的連接方式是以微處理器為中心，通過MDIO接口外擴(kuò)DM9161EP以太網(wǎng)物理層接口芯片，通過內(nèi)部總線連接PR0FIBUS-DP協(xié)議芯片SPC3，通過SPI總線連接NA1TR8無線協(xié)議芯片，外擴(kuò)USB接口。上述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了很多接口的協(xié)議轉(zhuǎn)換，但在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中，還有很多功能不能得到滿足。比如協(xié)議的數(shù)據(jù)表示、接收機(jī)的再編程、動(dòng)態(tài)多接口處理機(jī)制、傳感設(shè)備地址編碼與智能數(shù)據(jù)包分析等等。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個(gè)或多個(gè)問題，本發(fā)明提供了一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，以實(shí)現(xiàn)協(xié)議的數(shù)據(jù)表示。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，包括數(shù)據(jù)表示模塊，用于利用每一路傳感器信號(hào)生成數(shù)據(jù)表；數(shù)據(jù)包分析模塊，用于讀取數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容，利用智能協(xié)議分析引擎將數(shù)據(jù)表內(nèi)容和庫模板中已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板進(jìn)行匹配，將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照匹配的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)化為報(bào)文體；傳感設(shè)備地址編碼模塊，用于從報(bào)文體中提取設(shè)備類型、接口編號(hào)、總線類型和傳感器值，利用設(shè)備類型、接口編號(hào)和總線類型，檢索該設(shè)備對(duì)應(yīng)的IP地址，將IP地址、設(shè)備所屬位置與傳感器數(shù)據(jù)整合為可在光纖環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)具有以下有益效果(I)通過協(xié)議數(shù)字表示實(shí)現(xiàn)采用狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板表示協(xié)議，可用于協(xié)議的匹配解析；(2)智能傳感設(shè)備動(dòng)態(tài)接口配置及地址編碼，能夠?qū)崿F(xiàn)接口的動(dòng)態(tài)配置。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)的拓?fù)潢P(guān)系意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)物理層接口電路模塊電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)中數(shù)據(jù)表示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)表示的說明圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)中數(shù)據(jù)包分析模塊進(jìn)行匹配過程說明圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)中數(shù)據(jù)包分析模塊進(jìn)行匹配過程的流程圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)中傳感設(shè)備地址編碼模塊進(jìn)行編碼的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號(hào)。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)。圖I為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)的拓?fù)潢P(guān)系示意圖。如圖I所示，其下端與傳感器通過物理層接口相連接，上端通過礦用光纖環(huán)網(wǎng)接口與礦用光纖環(huán)網(wǎng)相連接。該礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)主要用于接收傳感器的數(shù)據(jù)包信息，進(jìn)行多種協(xié)議的智能標(biāo)準(zhǔn)化處理，識(shí)別，進(jìn)行統(tǒng)一地址編碼，并將統(tǒng)一編碼后的傳感信息傳輸至上位機(jī)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)包括物理層接口電路模塊、數(shù)據(jù)表示模塊、數(shù)據(jù)包分析模塊和傳感設(shè)備地址編碼模塊。其中,數(shù)據(jù)表示模塊、數(shù)據(jù)包分析模塊和傳感設(shè)備地址編碼模塊集成于FPGA芯片。以下分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行詳細(xì)說明
物理層接口電路模塊兼容 CAN，WIFI，802. 15. 4，RS485，RS232，光纖接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM接口，串口等接口，用于將上述不同的接口電氣特性信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合FPGA處理的信號(hào)，供FPGA上的數(shù)據(jù)處理模塊處理，或者反方向?qū)?shù)據(jù)處理模塊的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)轉(zhuǎn)化成適合上述接口傳輸?shù)男盘?hào)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)物理層接口電路模塊電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換的示意圖。該電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換過程可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種方法，此處不再詳細(xì)說明。數(shù)據(jù)表示模塊，用于將電氣轉(zhuǎn)換的每一路傳感器信號(hào)，生成數(shù)據(jù)表，包括物理層參數(shù)配置單元、物理層接收單元、字節(jié)內(nèi)容緩沖單元、時(shí)隙信息緩沖單元和數(shù)據(jù)表生成單
J Li ο其中，所述物理層收發(fā)單元包括多個(gè)物理層收發(fā)器，所述數(shù)據(jù)表示模塊還包括物理層參數(shù)配置單元，用于利用多路選擇開關(guān)參數(shù)來選擇該多個(gè)物理層收發(fā)器其中之一的前端輸入傳感器信號(hào)，后端連接至字節(jié)內(nèi)容緩沖單元和時(shí)隙信息緩沖單元；并且在當(dāng)利用目 前的物理層收發(fā)器進(jìn)行解析后，數(shù)據(jù)表生成失敗時(shí)，向上位機(jī)發(fā)出多路選擇開關(guān)參數(shù)更新 請(qǐng)求，并在接收到上位機(jī)的反饋后，通過修改多路選擇開關(guān)參數(shù)來選擇合適的物理層收發(fā)器。例如，該接口原有程序是CAN總線程序，需要切換為RS485。物理層參數(shù)配置單元，向上位機(jī)發(fā)出修改多路選擇開關(guān)參數(shù)更新請(qǐng)求，并在接收到上位機(jī)的反饋后，通過修改多路選擇開關(guān)參數(shù)來選擇RS485物理層信號(hào)收發(fā)器。圖4為本發(fā)明實(shí)施例礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)中數(shù)據(jù)表示模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)表示的說明圖。以下結(jié)合圖4對(duì)數(shù)據(jù)表示模塊進(jìn)行詳細(xì)說明。物理層收發(fā)單元，用于利用物理層收發(fā)器實(shí)現(xiàn)每一路傳感器信號(hào)總線協(xié)議，將適合 FPGA 處理的各種協(xié)議，如CAN, WIFI,802. 15.4，RS485, RS232，光纖接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM等的信號(hào)進(jìn)行解析，輸出字節(jié)內(nèi)容和字節(jié)間時(shí)間信息。字節(jié)內(nèi)容緩沖單元用于存儲(chǔ)當(dāng)前物理層收發(fā)單元解析輸出的字節(jié)內(nèi)容。時(shí)隙信息緩沖單元，用于存儲(chǔ)當(dāng)前物理層收發(fā)單元輸出的字節(jié)間時(shí)間信息。數(shù)據(jù)表生成單元，用于利用字節(jié)內(nèi)容緩沖單元的字節(jié)內(nèi)容和時(shí)隙信息緩沖單元的字節(jié)時(shí)間信息，生成二維的數(shù)據(jù)表，如表I所示。表I數(shù)據(jù)表
權(quán)利要求
1.一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，包括 數(shù)據(jù)表示模塊，用于利用每一路傳感器信號(hào)生成數(shù)據(jù)表； 數(shù)據(jù)包分析模塊，用于讀取所述數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容，利用智能協(xié)議分析引擎將數(shù)據(jù)表內(nèi)容和庫模板中已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板進(jìn)行匹配，將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照匹配的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)化為報(bào)文體； 傳感設(shè)備地址編碼模塊，用于從所述報(bào)文體中提取設(shè)備類型、接口編號(hào)、總線類型和傳感器值，利用設(shè)備類型、接口編號(hào)和總線類型，檢索該設(shè)備對(duì)應(yīng)的IP地址，將IP地址、設(shè)備所屬位置與傳感器數(shù)據(jù)整合為可在光纖環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)表示模塊包括 物理層收發(fā)單元，用于將每一路傳感器信號(hào)進(jìn)行解析，輸出字節(jié)內(nèi)容和字節(jié)間時(shí)間信 息； 字節(jié)內(nèi)容緩沖單元，用于存儲(chǔ)當(dāng)前物理層收發(fā)單元解析輸出的字節(jié)內(nèi)容； 時(shí)隙信息緩沖單元，用于存儲(chǔ)當(dāng)前物理層收發(fā)單元輸出的字節(jié)間時(shí)間信息； 數(shù)據(jù)表生成單元，用于利用字節(jié)內(nèi)容緩沖單元的字節(jié)內(nèi)容和時(shí)隙信息緩沖單元的字節(jié)時(shí)間信息，生成二維的數(shù)據(jù)表。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述物理層收發(fā)單元包括多個(gè)物理層收發(fā)器， 所述數(shù)據(jù)表示模塊還包括物理層參數(shù)配置單元，用于利用多路選擇開關(guān)參數(shù)來選擇該多個(gè)物理層收發(fā)器其中之一的前端輸入傳感器信號(hào)，后端連接至字節(jié)內(nèi)容緩沖單元和時(shí)隙信息緩沖單元；并且在當(dāng)利用目前的物理層收發(fā)器進(jìn)行解析后，數(shù)據(jù)表生成失敗時(shí)，向上位機(jī)發(fā)出多路選擇開關(guān)參數(shù)更新請(qǐng)求，并在接收到上位機(jī)的反饋后，通過修改多路選擇開關(guān)參數(shù)來選擇合適的物理層收發(fā)器。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包分析模塊讀取數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容，將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照匹配的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)化為報(bào)文體包括 查找網(wǎng)關(guān)接口協(xié)議存儲(chǔ)表中是否存在該數(shù)據(jù)表對(duì)應(yīng)接口協(xié)議的狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板； 如果有，則將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板生成報(bào)文體； 如果沒有，則利用智能協(xié)議分析引擎將數(shù)據(jù)表內(nèi)容和庫模板中已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板進(jìn)行匹配，如果匹配成功，將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照匹配的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板生成報(bào)文體，并將該數(shù)據(jù)表所屬的接口協(xié)議與相應(yīng)的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板建立關(guān)聯(lián)后存儲(chǔ)至網(wǎng)關(guān)接口協(xié)議存儲(chǔ)表。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包分析模塊中，狀態(tài)轉(zhuǎn)移模板包括以下元素字節(jié)內(nèi)容、時(shí)間信息和狀態(tài)關(guān)系，其中 字節(jié)內(nèi)容為當(dāng)前字節(jié)內(nèi)容； 時(shí)間信息用于輔助識(shí)別完整數(shù)據(jù)包。當(dāng)時(shí)間空隙大于平均時(shí)間空隙時(shí)，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包可能開始或者已經(jīng)結(jié)束； 狀態(tài)關(guān)系包括正向期待狀態(tài)和跳轉(zhuǎn)環(huán)，正向期待狀態(tài)表示當(dāng)前字節(jié)所期望的下一個(gè)字節(jié)的內(nèi)容；跳轉(zhuǎn)環(huán)用跳轉(zhuǎn)指向的字節(jié)偏移位置表示，正數(shù)偏移為向高字節(jié)方向偏移，負(fù)數(shù)偏移為向低字節(jié)方向偏移，O代表該位置沒有跳轉(zhuǎn)環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包分析模塊中，如果數(shù)據(jù)表內(nèi)容和庫模板中已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板匹配失敗，則 對(duì)匹配失敗的數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析尋找規(guī)律； 如果未尋找到規(guī)律，將數(shù)據(jù)表發(fā)送至上位機(jī)； 如果尋找到規(guī)律，則將存在規(guī)律的數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)表發(fā)送至上位機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包分析模塊中，采用模糊聚類分析方法對(duì)匹配失敗的數(shù)據(jù)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析尋找規(guī)律。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)包分析模塊中，針對(duì)以下數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)對(duì)匹配失敗的數(shù)據(jù)表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析尋找規(guī)律數(shù)據(jù)包頭，數(shù)據(jù)包尾，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，遞增數(shù)據(jù)，遞減數(shù)據(jù)或平滑數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任一項(xiàng)所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)表示模塊、數(shù)據(jù)包分析模塊和傳感設(shè)備地址編碼模塊集成于FPGA芯片上；· 該礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)還包括物理層接口電路模塊，用于將不同接口的傳感器電氣特性信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合FPGA處理的信號(hào)，并將該信號(hào)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)，其特征在于，所述接口為以下接口中的一種CAN，WIFI，802. 15. 4，RS485，RS232，光纖接口，RJ45 接口，TD-SCDMA/GPRS/GSM 接口或串口。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)。該礦用智能傳輸網(wǎng)關(guān)包括數(shù)據(jù)表示模塊，用于利用每一路傳感器信號(hào)生成數(shù)據(jù)表；數(shù)據(jù)包分析模塊，用于讀取數(shù)據(jù)表中的內(nèi)容，利用智能協(xié)議分析引擎將數(shù)據(jù)表內(nèi)容和庫模板中已有的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板進(jìn)行匹配，將數(shù)據(jù)表內(nèi)容按照匹配的協(xié)議狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)化為報(bào)文體；傳感設(shè)備地址編碼模塊，用于從報(bào)文體中提取設(shè)備類型、接口編號(hào)、總線類型和傳感器值，利用設(shè)備類型、接口編號(hào)和總線類型，檢索該設(shè)備對(duì)應(yīng)的IP地址，將IP地址、設(shè)備所屬位置與傳感器數(shù)據(jù)整合為可在光纖環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。本發(fā)明通過協(xié)議數(shù)字表示方法實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換模板表示協(xié)議，可用于協(xié)議的匹配解析。
文檔編號(hào)H04L12/66GK102891796SQ20121043374
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者李學(xué)恩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所