一種礦工安全頭盔的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種礦工安全頭盔，在頭盔內(nèi)設(shè)置有無線傳感器節(jié)點(diǎn)和視頻監(jiān)測模塊：無線傳感器節(jié)點(diǎn)，與地面監(jiān)控中心通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)人員定位，無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括采集模塊、電源模塊、CC2430器件模塊和無線收發(fā)模塊，采集模塊輸出端連接CC2430器件模塊，CC2430器件模塊與無線收發(fā)模塊連接通信，電源模塊為采集模塊、CC2430器件模塊以及無線收發(fā)模塊供電；視頻監(jiān)測模塊，與地面監(jiān)控中心通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接。本實(shí)用新型利用煤礦頭盔的移動方便、重量輕的礦燈鋰電池，在頭盔上集成多種傳感器，采用無線通信方式搭建新型的礦工智能頭盔，實(shí)現(xiàn)煤礦井下環(huán)境參數(shù)采集、人員定位和視頻監(jiān)控等功能。
【專利說明】
一種礦工安全頭盔
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及井下安全領(lǐng)域，具體涉及一種礦工安全頭盔。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大多煤礦安全監(jiān)控系統(tǒng)還采用有線定點(diǎn)的監(jiān)控方式，監(jiān)控點(diǎn)沒辦法布設(shè)到實(shí)際作業(yè)現(xiàn)場，導(dǎo)致信息采集滯后，沒辦法實(shí)時(shí)反應(yīng)礦工所處位置的環(huán)境信息，同時(shí)井上與井下之間信息通信孤立，地面監(jiān)控中心無法實(shí)時(shí)監(jiān)控井下情況。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種實(shí)現(xiàn)煤礦井下環(huán)境參數(shù)采集、人員定位和視頻監(jiān)控等功能的礦工安全頭盔。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型公開了如下技術(shù)方案:
[0005]—種礦工安全頭盔，在頭盔內(nèi)設(shè)置有無線傳感器節(jié)點(diǎn)和視頻監(jiān)測模塊:
[0006]無線傳感器節(jié)點(diǎn)，與地面監(jiān)控中心通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接，并在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中利用已知節(jié)點(diǎn)推算出自身的位置信息，實(shí)現(xiàn)人員定位，無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括采集模塊、電源模塊、CC2430器件模塊和無線收發(fā)模塊，采集模塊輸出端連接CC2430器件模塊，CC2430器件模塊與無線收發(fā)模塊連接通信，電源模塊為采集模塊、CC2430器件模塊以及無線收發(fā)模塊供電；
[0007]視頻監(jiān)測模塊，與地面監(jiān)控中心通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接，視頻監(jiān)測模塊包括處理器模塊以及連接在處理器模塊上的音視頻采集模塊、存儲器模塊、電源模塊和擴(kuò)展模塊。
[0008]進(jìn)一步的，所述采集模塊采集環(huán)境參數(shù)信息，通過包括但不限于如下傳感器:溫度傳感器、濕度傳感器、瓦斯傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)信息的采集。
[0009]進(jìn)一步的，所述音頻采集通過麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控的語音交流;視頻采集通過攝像頭實(shí)現(xiàn)，通過壓縮編碼，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)上傳會井上監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視。
[0010]進(jìn)一步的，所述環(huán)境參數(shù)采集、人員定位采用CC2430控制器，視頻采集模塊采用TMS320DM365控制器。
[0011]進(jìn)一步的，所述視頻采集模塊采用0V9650攝像頭采集視頻圖像，通過VPFE接口連接到控制器;音頻采集模塊采用I2S接口將耳麥連接到控制器。
[0012]進(jìn)一步的，所述存儲器模塊包括兩個(gè)外部存儲器，分別是DDR2SDRAM和NANDFLASH，兩個(gè)存儲器分別接在控制器的同步外部存儲器接口 SEMIF和異步外部存儲器接口 AEMIF。
[0013]進(jìn)一步的，所述視頻監(jiān)測模塊的電源模塊所采用的電源芯片為TPS65053。
[0014]進(jìn)一步的，所述擴(kuò)展模塊包括但不限于連接WiFi通信模塊的USB模塊、以太網(wǎng)接口以及JTAG調(diào)試模塊。
[0015]本實(shí)用新型公開的一種礦工安全頭盔，具有以下有益效果:
[0016]利用煤礦頭盔的移動方便、重量輕的礦燈鋰電池，在頭盔上集成多種傳感器，采用無線通信方式搭建新型的礦工智能頭盔，實(shí)現(xiàn)煤礦井下環(huán)境參數(shù)采集、人員定位和視頻監(jiān)控等功能。
【附圖說明】
[0017]圖1是無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)框圖
[0018]圖2是CC2430片上系統(tǒng)圖，
[0019]圖3是無線收發(fā)模塊CC2591與CC2430片上系統(tǒng)應(yīng)用連接圖，
[0020]圖4是溫濕度傳感器SHTlI與CC2430片上系統(tǒng)應(yīng)用連接圖，
[0021 ]圖5是瓦斯傳感器的應(yīng)用連接圖，
[0022]圖6是電源模塊電路圖，
[0023]圖7是視頻模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合實(shí)施例并參照附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0025]見圖1，本實(shí)用新型公開的一種礦工安全頭盔，在頭盔內(nèi)設(shè)置有無線傳感器節(jié)點(diǎn)和視頻監(jiān)測模塊:
[0026]無線傳感器節(jié)點(diǎn)，與地面監(jiān)控中心通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接，并在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中利用已知節(jié)點(diǎn)推算出自身的位置信息，實(shí)現(xiàn)人員定位，無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括采集模塊、電源模塊、CC2430器件模塊和無線收發(fā)模塊，采集模塊輸出端連接CC2430器件模塊，CC2430器件模塊與無線收發(fā)模塊連接通信，電源模塊為采集模塊、CC2430器件模塊以及無線收發(fā)模塊供電；
[0027]視頻監(jiān)測模塊，與地面監(jiān)控中心通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接，視頻監(jiān)測模塊包括處理器模塊以及連接在處理器模塊上的音視頻采集模塊、存儲器模塊、電源模塊和擴(kuò)展模塊。
[0028]本實(shí)施例中，所述采集模塊采集環(huán)境參數(shù)信息，通過包括但不限于如下傳感器:溫度傳感器、濕度傳感器、瓦斯傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)信息的采集。
[0029]本實(shí)施例中，所述音頻采集通過麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控的語音交流;視頻采集通過攝像頭實(shí)現(xiàn)，通過壓縮編碼，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)上傳會井上監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視。
[0030]本實(shí)施例中，所述環(huán)境參數(shù)采集、人員定位采用CC2430控制器，視頻采集模塊采用TMS320DM365控制器。
[0031 ]本實(shí)施例中，所述視頻采集模塊采用0V9650攝像頭采集視頻圖像，通過VPFE接口連接到控制器;音頻采集模塊采用I2S接口將耳麥連接到控制器。
[0032]本實(shí)施例中，所述存儲器模塊包括兩個(gè)外部存儲器，分別是DDR2SDRAM和NANDFLASH，兩個(gè)存儲器分別接在控制器的同步外部存儲器接口 SEMIF和異步外部存儲器接□ AEMIFο
[0033]本實(shí)施例中，所述視頻監(jiān)測模塊的電源模塊所采用的電源芯片為TPS65053。
[0034]本實(shí)施例中，所述擴(kuò)展模塊包括但不限于連接WiFi通信模塊的USB模塊、以太網(wǎng)接口以及JTAG調(diào)試模塊。
[0035]本實(shí)用新型利用煤礦頭盔的移動方便、重量輕的礦燈鋰電池，在頭盔上集成多種傳感器，采用無線通信方式搭建新型的礦工智能頭盔，實(shí)現(xiàn)煤礦井下環(huán)境參數(shù)采集、人員定位和視頻監(jiān)控等功能。
[0036]本實(shí)用新型采用了ZigBee和WiFi相結(jié)合的通信方案。利用ZigBee建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集環(huán)境參數(shù)和定位井下人員位置。完成了智能頭盔傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)，包括CC2430控制電路、環(huán)境參數(shù)采集電路、天線設(shè)計(jì)、電源管理電路和無線前端設(shè)計(jì)?；贏RM+DSP視頻監(jiān)控方案的特點(diǎn)，完成了基于DAM365的視頻監(jiān)控模塊的設(shè)計(jì)。
[0037]在礦工佩戴的安全頭盔上嵌入數(shù)據(jù)采集單位，包括無線傳感器節(jié)點(diǎn)和視頻監(jiān)控模塊。無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集的信息包括溫度、濕度和瓦斯?jié)舛鹊拳h(huán)境參數(shù)，以及在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中利用已知節(jié)點(diǎn)推算出的自身的位置信息，并將環(huán)境參數(shù)信息和位置信息利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)上傳回地面監(jiān)控中心；而視頻監(jiān)控模塊采集的信息包括視頻圖像采集和語音信息采集，麥克風(fēng)采集井下班長的語音信息，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控的語音交流，同時(shí)攝像頭采集視頻圖像，通過壓縮編碼，并通過WiFi上傳回井上監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視。
[0038]圖3是本實(shí)用新型的無線收發(fā)模塊CC2591與CC2430片上系統(tǒng)應(yīng)用連接圖，接收與發(fā)送圖相同。
[0039]圖5是瓦斯傳感器的應(yīng)用連接圖，MJC4/3.0L瓦斯傳感器的輸出電壓信號是模擬量，并且是毫伏級的電壓信號，它必須經(jīng)過放大電路和A/D轉(zhuǎn)換后才能連接到CC2430片上，為了提高系統(tǒng)的精度，放大器應(yīng)該選擇具有差動輸入，且性能比較穩(wěn)定的器件。這里選用ANALOG DEVICES公司生產(chǎn)的AD623放大芯片。本實(shí)用新型選用P0.0口作為A/D轉(zhuǎn)換的接口。
[0040]圖7是視頻模塊硬件結(jié)構(gòu)圖。包括:
[0041 ] (I)處理器模塊
[0042]以TMS320DM365片上系統(tǒng)為核心，外擴(kuò)簡單的外圍電路，主要是協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作，包括對視頻圖像預(yù)處理以及編解碼，本地存儲音視頻文件，網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流，同時(shí)負(fù)責(zé)處理上下位之間的指令，比如接收上位機(jī)的控制命令，可以對攝像機(jī)的進(jìn)行調(diào)焦等。
[0043](2)首視頻米集模塊
[0044]視頻監(jiān)控模塊利用0V9650攝像頭采集視頻圖像，它是一款CMOS傳感器，可直接通過VPFE接口接到控制器。由于語音通信需要用到耳機(jī)和麥克風(fēng)，因此本實(shí)用新型通過I2S接口將耳麥連接到DM365。雖然CCD攝像頭成像質(zhì)量比較高，分辨率較高，但是價(jià)格比CMOS昂貴，同時(shí)VPEE能夠解決CMOS性能不足的問題，它能夠直接接收CMOS傳感器傳過來的RAW數(shù)據(jù)，使用DM365內(nèi)部集成有的ISP模塊對CMOS的RAW數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，可以解決CMOS傳感器采集原始圖像數(shù)據(jù)不足等問題。
[0045](3)存儲器模塊
[0046]在DM365的外圍外擴(kuò)了兩個(gè)外部存儲器，分別是DDR2 SDRAM和NANDFLASH。SDRAM就是同步動態(tài)隨機(jī)存儲器(Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)，它是在電源正常的時(shí)候才能工作，一旦斷電了，它不能保存數(shù)據(jù)，所以它主要是用于系統(tǒng)程序的運(yùn)行，作為系統(tǒng)的主存儲器。FLASH，也稱非易失閃存，它作為系統(tǒng)的輔助存儲器，由于它斷電之后還能保存數(shù)據(jù)，所以主要是存儲系統(tǒng)的啟動引導(dǎo)程序和文件系統(tǒng)等。兩個(gè)存儲器分別接在DM365的同步外部存儲器接口(SEMIF)和異步外部存儲器接口(AEMIF)。
[0047](4)電源模塊
[0048]TMS320DM365片上系統(tǒng)共需要三個(gè)不同的直流電壓進(jìn)行系統(tǒng)供電，分別是內(nèi)核電壓1.35V、DDRII電壓1.8V以及I/O電壓3.3V和1.8V。為了有效管理系統(tǒng)電源，需要選擇一款多路可配置的電源管理芯片作為系統(tǒng)電源的管理芯片，這樣可以避免電源電壓出現(xiàn)過壓、欠壓等問題，而且可以提高電源電壓的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型采用TI公司開發(fā)的一款電源管理芯片TPS65053，它能夠提供多路電源電壓輸出，并且能夠?qū)ο到y(tǒng)電源進(jìn)行供電管理，提供過壓和欠壓保護(hù)，擁有5個(gè)通道的電源輸出，分別是2個(gè)DC-DC降壓穩(wěn)壓器和3個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器(Low DropOut regulator，LD0)，通過簡單的外部電路配置能夠輸出所需的電壓。
[0049](5)擴(kuò)展模塊
[0050]視頻監(jiān)控模塊的擴(kuò)展模塊主要外擴(kuò)輔助功能模塊，包括USB接口(接WiFi通信模塊)、以太網(wǎng)接口以及JTAG調(diào)試模塊等。
[0051]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，而非對其限制;應(yīng)當(dāng)指出，盡管參照上述各實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，其依然可以對上述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種礦工安全頭盔，其特征在于，在頭盔內(nèi)設(shè)置有無線傳感器節(jié)點(diǎn)和視頻監(jiān)測模塊: 無線傳感器節(jié)點(diǎn)，與地面監(jiān)控中心通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)連接，并在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中利用已知節(jié)點(diǎn)推算出自身的位置信息，實(shí)現(xiàn)人員定位，無線傳感器節(jié)點(diǎn)包括采集模塊、電源模塊、CC2430器件模塊和無線收發(fā)模塊，采集模塊輸出端連接CC2430器件模塊，CC2430器件模塊與無線收發(fā)模塊連接通信，電源模塊為采集模塊、CC2430器件模塊以及無線收發(fā)模塊供電； 視頻監(jiān)測模塊，與地面監(jiān)控中心通過WiFi網(wǎng)絡(luò)連接，視頻監(jiān)測模塊包括處理器模塊以及連接在處理器模塊上的音視頻采集模塊、存儲器模塊、電源模塊和擴(kuò)展模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述采集模塊采集環(huán)境參數(shù)信息，通過包括但不限于如下傳感器:溫度傳感器、濕度傳感器、瓦斯傳感器實(shí)現(xiàn)環(huán)境參數(shù)?目息的米集。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述音視頻采集模塊的音頻采集通過麥克風(fēng)實(shí)現(xiàn)，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與地面監(jiān)控的語音交流;視頻采集通過攝像頭實(shí)現(xiàn)，通過壓縮編碼，并通過WiFi網(wǎng)絡(luò)上傳會井上監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述環(huán)境參數(shù)采集、人員定位采用CC2430控制器，視頻采集模塊采用TMS320DM365控制器。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述視頻采集模塊采用0V9650攝像頭采集視頻圖像，通過VPFE接口連接到控制器;音頻采集模塊采用12S接口將耳麥連接到控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述存儲器模塊包括兩個(gè)外部存儲器，分別是DDR2SDRAM和NANDFLASH，兩個(gè)存儲器分別接在控制器的同步外部存儲器接口 SEMIF和異步外部存儲器接口 AEMIF。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述視頻監(jiān)測模塊的電源模塊所采用的電源芯片為TPS65053。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種礦工安全頭盔，其特征在于，所述擴(kuò)展模塊包括但不限于連接WiFi通信模塊的USB模塊、以太網(wǎng)接口以及JTAG調(diào)試模塊。
【文檔編號】A42B3/04GK205512594SQ201620238370
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】昝宏洋, 吳震, 王仁君, 劉迷, 李歡, 李陽, 張力瑋
【申請人】西安科技大學(xué)