一种工业用网络数据交换机的制作方法

1.本发明涉及通信技术领域，具体是涉及一种工业用网络数据交换机。


背景技术：

2.交换机是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。工业现场的特点是现场设备的种类众多，通信接口与通信方式各异，为了形成统一的自动化系统网络，往往需要在工业现场增加各种协议或接口转换设备，甚至在许多工业场合需要重复建设多个自动化通信网络，导致人力或物力上的浪费与低效。而目前国内外市场上的工业以太网交换机多为单一的以太网交换机，只提供以太网的接口或串行通信接口，而连接现场受控设备往往通过额外的协议或接口转换设备。
3.中国发明专利cn108737295a公开了一种工业以太网交换机，包括以太网交换芯片、处理器、及蓝牙收发器；所述以太网交换芯片的第一端与所述处理器的第一端连接，所述处理器的第二端与所述蓝牙收发器的第一端连接，所述蓝牙收发器的第二端连接有天线。本发明为脱离有线束缚而采取以上方案，虽然可一定程度上使用无线配置功能，但相应的功能接口和人机交互便很难实现，对于工业生产中的各种数据交换需求无法满足。


技术实现要素：

4.为解决上述背景技术中提到的问题，使得工业用的数据交换机能兼具数据对接和人机交互功能，并且能够支持工业用的常规接口和协议，利于功能拓展，增加交换机的普适性。
5.本发明公开了一种强大抗电磁干扰、物理连接故障、管理存储量强大，智能管理维护、性能可靠，无阻塞交换构架、功能全面的工业以太网交换机。其技术方案是这样的：一种工业用网络数据交换机，包括外壳，所述外壳上设置有用于人机交互操作的显示屏，还包括中央处理器模块、电池模块、poe模块、插件模块、级联插件模块， phy 模块、 mac 芯片模块、 atmega128 模块、cpld 模块和 flash 模块、存储模块、串口通信模块、工业现场通信模块，蓝牙通信模块。
6.其中所述的中央处理器模块分别与 mac芯片模块，atmega128 模块和poe模块连接，所述中央处理器对整个交换机系统进行管理；其中的poe模块与外部电源接口相连接，为交换机提供稳定电源，可支持的电压为220v交流电或者48v直流电；其中所述的电池模块为锂电池，可在断电情况下为交换机提供电源；其中所述插件模块为后 24 端口或前 24 端口，为后 24 端时，其一端与 phy 模块连接，另一端外接网络设备；为前 24 端口时，其一端与 mac 芯片模块连接，另一端外接网络设备，所述插件模块支持光口或电口，可根据用户需求定制，提供数模转换，并用于提供数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路功能，同时
向数据链路层设备提供标准接口。
7.所述级联插件模块一端与 mac 芯片模块连接，另一端外接网络设备，所述 phy 模块一端与后 24 端口的插件模块连接，另一端与 mac 芯片模块连接；所述 mac 芯片模块有六个接口，上游端分别与 phy 模块、前 24 端口插件模块和级联插件模块相连，下游端分别与与中央处理器模块和电源模块相连；所述atmega128模块分别与cpld模块和中央处理器模块连接 ；所述atmega128模块接受中央处理器指令，通过cpld模块译码逻辑将 flash 里面的网表加载到自愈环网模块里面；所述 cpld 模块分别与 atmega128 模块和flash 模块相连，所述 cpld模块接收atmega128 模块指令，对flash 操作；所述的串口通信模块为 rs485/422 通信模块，与中央处理器连接；所述工业现场通信模块为can 总线模块；所述存储模块与交换机中央处理器模块连接；所述的蓝牙通信模块可在无网络时与外部通信设备建立连接进行数据交互。
8.作为本发明的进一步改进，还包括自愈环网模块，所述自愈环网模块分别与 mac 芯片模块，atmega128 模块和 flash 相连；所述自愈环网模块是采用型号为 xc6slx45 的 fpga。 在系统加电时，atemaga128 单片机将 flash 里面的程序 ( 网表 ) 加载在 xc6slx45 器件里而。加载成功后，可以按照设置程序初始化自愈环网模块，为正常工作做准备。 所述自愈环网模块 (xc6slx45) 采用 sdh 通道保护技术实现零丢包零延时功能，外接两个自愈环端口。
9.作为本发明的进一步改进，所述插件模块设有 48 个10/100mbps 双绞线电口或 24 个100mbps光口。
10.作为本发明的进一步改进，所述级联插件模块设行 4 个千兆光口或 4个10/100/1000mbps 双绞线电口。
11.作为本发明的进一步改进，所述 cpld 模块采用 xc95288，该模块具有译码逻辑功能；作为本发明的进一步改进，所述 mac 芯片模块采用 broadcom 的 bcm5348 芯片。bcm5348 是全集成 48 端口快速以太网交换芯片，集成了 4 个千兆以太网端口和 24 个 10/100 物理层。 此芯片具有丰富的功能，包括支持先进访问控制列表 (acl) 以提高安全性并实现双标记交换，流量汇聚，支持 bs-ring 协议族，支持 mstp，rstp(802.1w) 和增强型rstp(erstp)，链路聚合 (802.3ad) 等冗余协议等功能。
12.作为本发明的进一步改进，所述 phy 模块采用了 broadcom 的 bcm5248 芯片，此芯片支持八个独立的快速以太网收发器，支持光纤口和电口等优良特性。
13.作为本发明的进一步改进，所述中央处理器模块采用 ppc405。
14.作为本发明的进一步改进，所述外壳采用1u或者2u结构，24 口以及 24 口以下采用1u机箱，24口以上采用2u机箱。
15.作为本发明的进一步改进，所述的显示屏为液晶触屏，操作员可对交换机生成的报表、数据进行操作。
16.本发明的有益效果是：具有一定的抗故障能力，能够适应工业工作状态下的突发情况；能够支持常规接口的接入和各种通信协议，方便数据交换，增加交换机的普适性；具
有可人工操作的显示屏，方便对数据进行处理加工，拥有一定的计算能力。
附图说明
17.图1是本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
18.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.如图1所示，一种工业用网络数据交换机，包括外壳和液晶显示屏，液晶显示屏上为触摸式，操作员可通过触摸屏对交换机数据进行操作加工，采集相关数据，为交换机下工单等操作，交换机内设置有锂电池可对整个设备进行供电，内嵌有poe供电模块接口，外接电源可对所述交换机进行供电，提供装置的工作和控制输出电源，供电的电压优选的为220v交流电压和48v的直流电压；所述外壳采用1u机箱，配置为 3 个插件模块和 1 个级联口插件，所述的插件模块是前 24 端口，一端与 mac 芯片模块 (bcm5348) 连接，另一端外接网络设备；本插件模块支持电口；所述的级联插件模块一端与 mac 芯片模块 (bcm5348) 连接，另一端外接网络设备； 所述级联插件模块支持四个电口，固定1个电口链接can server 服务器，phy 模块 (bcm5248) 一端与 mac 芯片模块 (bcm5348) 连接 ；phy 模块采用了 broadcom 的 bcm5248 芯片，此芯片支持八个独立的快速以太网收发器，支持光纤口和电口等优良特性。
20.所述 mac 芯片模块 (bcm5348) 有六个接口，上游端分别接到 phy 模块(bcm5248) 和级联插件模块。 下游接到自愈环网模(xc6slx45)。 其受到中央处理器 (ppc405) 模块控制，并接受电源模块供电。 所述 mac 芯片模块采用 broadcom 的bcm5348 芯片。 bcm5348 是全集成 48 端口快速以太网交换芯片，集成了4个千兆以 太网端口和 24 个 10/100 物理层。 此芯片具有丰富的功能，包括支持先进访问控制列表(acl)以提高安全性并实现双标记交换，流量汇聚，支持bs-ring协议族，支持mstp，rstp(802.1w) 和增强型 rstp(erstp)，链路聚合 (802.3ad) 等冗余协议等功能。
21.中央处理器 (ppc460) 模块分别与 mac 芯片模块 (bcm5348)，atmega128 模块和电源模块连接 ；所述中央处理器模块 (ppc460) 设置有运行嵌入式系统，为用户提供配置任务及浏览运行状态，所述中央处理器除了以上作用外，还通过mii接口接收数据帧，从而完成特定的协议功能，对整个系统进行管理。
22.所述的自愈环网模块 (xc6slx45) 分别与 mac 芯片模块 (bcm5348)， atmega128 模块和 flash 连接 ；所述自愈环网模块是采用型号为 xc6slx45 的 fpga。 在系统加电时，atemaga128 单片机将 flash 里面的程序 ( 网表 ) 加载在 xc6slx45 器件里面。加载成功后，可以按照设置程序初始化自愈环网模块，为正常工作做准备。 自愈环网模块 (xc6slx45) 采用 sdh 通道保护技术实现零丢包零延时功能，完成网络收发和自愈环算法管理，外接两个自愈环端口。
23.所述 atmega128 模块分别与自愈环网模块 (xc6slx45)， cpld(xc95288) 模块
和中央处理器 (ppc405) 模块连接 ；所述 atmega128 模块接受中央处理器 (ppc405)指令，通过 cpld(xc95288) 译码逻辑将 flash 里面的网表加载到自愈环网模块(xc6slx45) 里面。
24.所述 cpld(xc95288) 模块接收 atmega128 模块的指令，对 flash 操作，所述cpld(xc95288) 模块具有译码逻辑功能。
25.所述的存储模块与中央处理器连接，可以用于存储数据，存储模块还具备自动覆盖功能，当存储模块内可用存储容量小于预设阈值(例如10％)时，后续存储的数据自动覆盖之前已存储的数据，以避免存储空间有限，后续数据无法继续存入。
26.所述蓝牙收发器接收另一个蓝牙对端设备的数据转发给所述中央处理器同时将所述中央处理器的数据输出通过所述蓝牙传输给对端设备，从而有效地实现了无线通信功能，有效地省去了串口数据线，从而提高了现场维护人员对交换机配置的灵活性和效率。
27.实施例2插件模块为 24 端口，前 12 端口一端与mac 芯片模块(bcm5348) 连接，另一端外接网络设备，后 12 端口端口一端与 phy芯片模块 (bcm5248)连接，另一端外接网络设备，该插件模块支持光口，级联插件模块支持四个千兆光口，外壳采用 2u 机箱，配置为 6 个插件模块和1个级联插件，其余与实施例1相同。
28.以上所述仅为本发明的最佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。