一种矿工安全头盔的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种矿工安全头盔，在头盔内设置有无线传感器节点和视频监测模块：无线传感器节点，与地面监控中心通过ZigBee网络连接，实现人员定位，无线传感器节点包括采集模块、电源模块、CC2430器件模块和无线收发模块，采集模块输出端连接CC2430器件模块，CC2430器件模块与无线收发模块连接通信，电源模块为采集模块、CC2430器件模块以及无线收发模块供电；视频监测模块，与地面监控中心通过WiFi网络连接。本实用新型利用煤矿头盔的移动方便、重量轻的矿灯锂电池，在头盔上集成多种传感器，采用无线通信方式搭建新型的矿工智能头盔，实现煤矿井下环境参数采集、人员定位和视频监控等功能。
【专利说明】
一种矿工安全头盔
技术领域
[0001]本实用新型涉及井下安全领域，具体涉及一种矿工安全头盔。
【背景技术】
[0002]目前大多煤矿安全监控系统还采用有线定点的监控方式，监控点没办法布设到实际作业现场，导致信息采集滞后，没办法实时反应矿工所处位置的环境信息，同时井上与井下之间信息通信孤立，地面监控中心无法实时监控井下情况。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的是针对现有技术中的不足，提供一种实现煤矿井下环境参数采集、人员定位和视频监控等功能的矿工安全头盔。
[0004]为实现上述目的，本实用新型公开了如下技术方案:
[0005]—种矿工安全头盔，在头盔内设置有无线传感器节点和视频监测模块:
[0006]无线传感器节点，与地面监控中心通过ZigBee网络连接，并在ZigBee网络中利用已知节点推算出自身的位置信息，实现人员定位，无线传感器节点包括采集模块、电源模块、CC2430器件模块和无线收发模块，采集模块输出端连接CC2430器件模块，CC2430器件模块与无线收发模块连接通信，电源模块为采集模块、CC2430器件模块以及无线收发模块供电；
[0007]视频监测模块，与地面监控中心通过WiFi网络连接，视频监测模块包括处理器模块以及连接在处理器模块上的音视频采集模块、存储器模块、电源模块和扩展模块。
[0008]进一步的，所述采集模块采集环境参数信息，通过包括但不限于如下传感器:温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器实现环境参数信息的采集。
[0009]进一步的，所述音频采集通过麦克风实现，并通过WiFi网络实现与地面监控的语音交流;视频采集通过摄像头实现，通过压缩编码，并通过WiFi网络上传会井上监控中心，实现视频监视。
[0010]进一步的，所述环境参数采集、人员定位采用CC2430控制器，视频采集模块采用TMS320DM365控制器。
[0011]进一步的，所述视频采集模块采用0V9650摄像头采集视频图像，通过VPFE接口连接到控制器;音频采集模块采用I2S接口将耳麦连接到控制器。
[0012]进一步的，所述存储器模块包括两个外部存储器，分别是DDR2SDRAM和NANDFLASH，两个存储器分别接在控制器的同步外部存储器接口 SEMIF和异步外部存储器接口 AEMIF。
[0013]进一步的，所述视频监测模块的电源模块所采用的电源芯片为TPS65053。
[0014]进一步的，所述扩展模块包括但不限于连接WiFi通信模块的USB模块、以太网接口以及JTAG调试模块。
[0015]本实用新型公开的一种矿工安全头盔，具有以下有益效果:
[0016]利用煤矿头盔的移动方便、重量轻的矿灯锂电池，在头盔上集成多种传感器，采用无线通信方式搭建新型的矿工智能头盔，实现煤矿井下环境参数采集、人员定位和视频监控等功能。
【附图说明】
[0017]图1是无线传感器节点硬件设计框图
[0018]图2是CC2430片上系统图，
[0019]图3是无线收发模块CC2591与CC2430片上系统应用连接图，
[0020]图4是温湿度传感器SHTlI与CC2430片上系统应用连接图，
[0021 ]图5是瓦斯传感器的应用连接图，
[0022]图6是电源模块电路图，
[0023]图7是视频模块硬件结构图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合实施例并参照附图对本实用新型作进一步描述。
[0025]见图1，本实用新型公开的一种矿工安全头盔，在头盔内设置有无线传感器节点和视频监测模块:
[0026]无线传感器节点，与地面监控中心通过ZigBee网络连接，并在ZigBee网络中利用已知节点推算出自身的位置信息，实现人员定位，无线传感器节点包括采集模块、电源模块、CC2430器件模块和无线收发模块，采集模块输出端连接CC2430器件模块，CC2430器件模块与无线收发模块连接通信，电源模块为采集模块、CC2430器件模块以及无线收发模块供电；
[0027]视频监测模块，与地面监控中心通过WiFi网络连接，视频监测模块包括处理器模块以及连接在处理器模块上的音视频采集模块、存储器模块、电源模块和扩展模块。
[0028]本实施例中，所述采集模块采集环境参数信息，通过包括但不限于如下传感器:温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器实现环境参数信息的采集。
[0029]本实施例中，所述音频采集通过麦克风实现，并通过WiFi网络实现与地面监控的语音交流;视频采集通过摄像头实现，通过压缩编码，并通过WiFi网络上传会井上监控中心，实现视频监视。
[0030]本实施例中，所述环境参数采集、人员定位采用CC2430控制器，视频采集模块采用TMS320DM365控制器。
[0031 ]本实施例中，所述视频采集模块采用0V9650摄像头采集视频图像，通过VPFE接口连接到控制器;音频采集模块采用I2S接口将耳麦连接到控制器。
[0032]本实施例中，所述存储器模块包括两个外部存储器，分别是DDR2SDRAM和NANDFLASH，两个存储器分别接在控制器的同步外部存储器接口 SEMIF和异步外部存储器接□ AEMIFο
[0033]本实施例中，所述视频监测模块的电源模块所采用的电源芯片为TPS65053。
[0034]本实施例中，所述扩展模块包括但不限于连接WiFi通信模块的USB模块、以太网接口以及JTAG调试模块。
[0035]本实用新型利用煤矿头盔的移动方便、重量轻的矿灯锂电池，在头盔上集成多种传感器，采用无线通信方式搭建新型的矿工智能头盔，实现煤矿井下环境参数采集、人员定位和视频监控等功能。
[0036]本实用新型采用了ZigBee和WiFi相结合的通信方案。利用ZigBee建立无线传感器网络，实时采集环境参数和定位井下人员位置。完成了智能头盔传感器节点的硬件设计，包括CC2430控制电路、环境参数采集电路、天线设计、电源管理电路和无线前端设计。基于ARM+DSP视频监控方案的特点，完成了基于DAM365的视频监控模块的设计。
[0037]在矿工佩戴的安全头盔上嵌入数据采集单位，包括无线传感器节点和视频监控模块。无线传感器节点采集的信息包括温度、湿度和瓦斯浓度等环境参数，以及在ZigBee网络中利用已知节点推算出的自身的位置信息，并将环境参数信息和位置信息利用ZigBee网络上传回地面监控中心；而视频监控模块采集的信息包括视频图像采集和语音信息采集，麦克风采集井下班长的语音信息，并通过WiFi网络实现与地面监控的语音交流，同时摄像头采集视频图像，通过压缩编码，并通过WiFi上传回井上监控中心，实现视频监视。
[0038]图3是本实用新型的无线收发模块CC2591与CC2430片上系统应用连接图，接收与发送图相同。
[0039]图5是瓦斯传感器的应用连接图，MJC4/3.0L瓦斯传感器的输出电压信号是模拟量，并且是毫伏级的电压信号，它必须经过放大电路和A/D转换后才能连接到CC2430片上，为了提高系统的精度，放大器应该选择具有差动输入，且性能比较稳定的器件。这里选用ANALOG DEVICES公司生产的AD623放大芯片。本实用新型选用P0.0口作为A/D转换的接口。
[0040]图7是视频模块硬件结构图。包括:
[0041 ] (I)处理器模块
[0042]以TMS320DM365片上系统为核心，外扩简单的外围电路，主要是协调整个系统的工作，包括对视频图像预处理以及编解码，本地存储音视频文件，网络传输视频流，同时负责处理上下位之间的指令，比如接收上位机的控制命令，可以对摄像机的进行调焦等。
[0043](2)首视频米集模块
[0044]视频监控模块利用0V9650摄像头采集视频图像，它是一款CMOS传感器，可直接通过VPFE接口接到控制器。由于语音通信需要用到耳机和麦克风，因此本实用新型通过I2S接口将耳麦连接到DM365。虽然CCD摄像头成像质量比较高，分辨率较高，但是价格比CMOS昂贵，同时VPEE能够解决CMOS性能不足的问题，它能够直接接收CMOS传感器传过来的RAW数据，使用DM365内部集成有的ISP模块对CMOS的RAW数据进行预处理，可以解决CMOS传感器采集原始图像数据不足等问题。
[0045](3)存储器模块
[0046]在DM365的外围外扩了两个外部存储器，分别是DDR2 SDRAM和NANDFLASH。SDRAM就是同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic RandomAccessMemory)，它是在电源正常的时候才能工作，一旦断电了，它不能保存数据，所以它主要是用于系统程序的运行，作为系统的主存储器。FLASH，也称非易失闪存，它作为系统的辅助存储器，由于它断电之后还能保存数据，所以主要是存储系统的启动引导程序和文件系统等。两个存储器分别接在DM365的同步外部存储器接口(SEMIF)和异步外部存储器接口(AEMIF)。
[0047](4)电源模块
[0048]TMS320DM365片上系统共需要三个不同的直流电压进行系统供电，分别是内核电压1.35V、DDRII电压1.8V以及I/O电压3.3V和1.8V。为了有效管理系统电源，需要选择一款多路可配置的电源管理芯片作为系统电源的管理芯片，这样可以避免电源电压出现过压、欠压等问题，而且可以提高电源电压的稳定性。本实用新型采用TI公司开发的一款电源管理芯片TPS65053，它能够提供多路电源电压输出，并且能够对系统电源进行供电管理，提供过压和欠压保护，拥有5个通道的电源输出，分别是2个DC-DC降压稳压器和3个低压差线性稳压器(Low DropOut regulator，LD0)，通过简单的外部电路配置能够输出所需的电压。
[0049](5)扩展模块
[0050]视频监控模块的扩展模块主要外扩辅助功能模块，包括USB接口(接WiFi通信模块)、以太网接口以及JTAG调试模块等。
[0051]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，而非对其限制;应当指出，尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种矿工安全头盔，其特征在于，在头盔内设置有无线传感器节点和视频监测模块: 无线传感器节点，与地面监控中心通过ZigBee网络连接，并在ZigBee网络中利用已知节点推算出自身的位置信息，实现人员定位，无线传感器节点包括采集模块、电源模块、CC2430器件模块和无线收发模块，采集模块输出端连接CC2430器件模块，CC2430器件模块与无线收发模块连接通信，电源模块为采集模块、CC2430器件模块以及无线收发模块供电； 视频监测模块，与地面监控中心通过WiFi网络连接，视频监测模块包括处理器模块以及连接在处理器模块上的音视频采集模块、存储器模块、电源模块和扩展模块。2.根据权利要求1所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述采集模块采集环境参数信息，通过包括但不限于如下传感器:温度传感器、湿度传感器、瓦斯传感器实现环境参数?目息的米集。3.根据权利要求2所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述音视频采集模块的音频采集通过麦克风实现，并通过WiFi网络实现与地面监控的语音交流;视频采集通过摄像头实现，通过压缩编码，并通过WiFi网络上传会井上监控中心，实现视频监视。4.根据权利要求3所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述环境参数采集、人员定位采用CC2430控制器，视频采集模块采用TMS320DM365控制器。5.根据权利要求4所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述视频采集模块采用0V9650摄像头采集视频图像，通过VPFE接口连接到控制器;音频采集模块采用12S接口将耳麦连接到控制器。6.根据权利要求5所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述存储器模块包括两个外部存储器，分别是DDR2SDRAM和NANDFLASH，两个存储器分别接在控制器的同步外部存储器接口 SEMIF和异步外部存储器接口 AEMIF。7.根据权利要求6所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述视频监测模块的电源模块所采用的电源芯片为TPS65053。8.根据权利要求7所述的一种矿工安全头盔，其特征在于，所述扩展模块包括但不限于连接WiFi通信模块的USB模块、以太网接口以及JTAG调试模块。
【文档编号】A42B3/04GK205512594SQ201620238370
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】昝宏洋, 吴震, 王仁君, 刘迷, 李欢, 李阳, 张力玮
【申请人】西安科技大学