一种矿山应急救援黑匣子的制作方法

本实用新型涉及应急求援技术领域，具体涉及一种矿山应急救援黑匣子。

背景技术：

在煤矿生产中经常会发生瓦斯爆炸，透水、火灾、煤尘爆炸及顶板垮落等灾害事故，对矿工的生命安全和矿山安全构成巨大威胁，当矿山发生安全事故时，救援人员需携带自保、救援和通信设备等进入事故现场进行救援，在进行救援时，救援人员通常会利用应急救援黑匣子对事故现场进行图像和语音的采集及存储。目前市场上现有的应急救援黑匣子主要是隔爆型设备，基本上只能完成音视频记录的功能，并且在事故现场微光或全黑的环境中存在功耗大、体积大、不隐蔽、会出现红暴现象、有光斑、图像模糊及层次不清等，不能全面准确地反映灾区现场的真实情况的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种矿山应急救援黑匣子，以解决现有的技术在微光或全黑的环境中存在功耗大、体积大、不隐蔽、会出现红暴现象、有光斑、图像模糊及层次不清等，不能全面准确地反映灾区现场的真实情况的问题。

本实用新型采用以下技术方案：一种矿山应急救援黑匣子，用于矿工随身携带，黑匣子包括处理器模块，该处理器模块分别连接有视频模块、音频模块、通信模块、本安电源模块、环境参数感知模块、存储模块和LCD显示模块；

视频模块，用于对视频信号及图像数据进行采集，并将采集到的视频信号及图像数据输送至所述处理器模块；

音频模块，用于采集音频信号，并对音频信号进行编码和回放；

环境参数感知模块，包括温湿度传感器和气体传感器，用于采集周围环境中的温度、湿度及气体浓度参数，并输送至所述处理器模块；

处理器模块，用于接收视频模块传输来的视频信号和图像数据，及音频模块传输来的音频信号，并对视频信号、图像数据和音频信号进行编码、解码和压缩处理。

进一步的，视频模块包括依次连接的辅助光源、采集前端模块、Camera输出模块和视频解码模块，视频解码模块连接至处理器。

进一步的，视频模块中辅助光源选用的是波长为940nm的红外激光管。

进一步的，红外激光管连接有驱动电路，驱动电路包括与处理器数据连接的电源控制芯片U1，电源控制芯片U1分别连接有用于驱动红外激光管开启的第二驱动芯片U2和第三驱动芯片U3。

进一步的，电源控制芯片U1的引脚6分别与阻流电阻R1和去耦电容C4的一端连接；电源控制芯片U1的引脚5分别连接至处理器和上拉电阻R3的一端；阻流电阻R1、去耦电容C4和上拉电阻R3的另一端均连接至电源控制芯片U1的电压输入端VCC；电源控制芯片U1的引脚2和引脚3，以及滤波电容C1的负极均连接至第二驱动芯片U2的引脚3；电源控制芯片的引脚1通过下拉电阻R2接地；滤波电容C1的正极连接至第三驱动芯片U3的引脚3，滤波电容C1的正极、滤波电容C2的正极和去耦电容C3的一端均连接至红外激光管的正极；第三驱动芯片U3的引脚1、滤波电容C2的负极、外激光管的负极和去耦电容C3的另一端均连接至第二驱动芯片U2的引脚1；第二驱动芯片U2和第三驱动芯片U3的引脚2分别接地。

进一步的，音频模块包括阵列式麦克风、用于接收阵列式麦克风输出的音频信号的音频Codec和用于接收所述音频Codec输出的音频信号的扬声器。

进一步的，通信模块包括均与处理器模块相连接的WiFi模块线协议、网口、Micro USB接口和串口。

进一步的，串口用于接收经过处理器模块处理后的温度、湿度及气体浓度参数。

本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种矿山应急救援黑匣子，能够在低照度甚至全黑环境下采集到高清视频图像和音频信号，能够全面准确地显示、存储、上传和回放灾区现场的真实情况及救援过程，并且还可以采集周围环境中的温度、湿度及气体浓度参数，特别是二氧化碳浓度和瓦斯浓度，设备符合本质安全原理、整体功耗低、重量轻、体积小、成本低且易于维护。

附图说明

图1是本实用新型一种矿山应急救援黑匣子的功能模块示意图；

图2是本实用新型一种矿山应急救援黑匣子的红外激光管的恒流源驱动电路示意图。

其中，1.视频模块，2.音频模块，3.通信模块，4.本安电源模块，5.环境参数感知模块，6.存储模块，7.LCD显示模块，8.处理器模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型做进一步的详细描述。

本实用新型提供的一种矿山应急救援黑匣子，如图1所示，包括处理器模块8，处理器模块8分别连接有视频模块1、音频模块2、通信模块3、本安电源模块4、环境参数感知模块5、存储模块6和LCD(液晶显示器)显示模块7；

其中，视频模块1用于对的视频信号及图像数据进行采集；音频模块2用于对采集到的音频信号进行编码和回放；通信模块3用于接收由所述处理器模块8输出的数据并对数据进行传输；本安电源模块4用于对整个装置供电；环境参数感知模块5包括温湿度传感器和气体传感器，用于采集周围环境中的温度、湿度及气体浓度的参数；存储模块6用于存储信息；处理器模块8用于对由视频模块1传输来的视频信号和图像数据及音频模块2传输来的信号进行编码、解码和压缩等处理。

视频模块1包括依次连接的辅助光源、采集前端模块、Camera输出模块和视频解码模块，辅助光源选用的是波长为940nm的红外激光管，红外激光管由两个350mA恒流源的驱动芯片AMC7135驱动，从而保证输出电流为700mA；所用的电源控制芯片是FDC6331L，电源控制芯片的引脚5作为控制端，接在处理器模块8上。红外激光管焊接在散热功能优良的铝基板上，红外激光管的控制芯片通过采样外部环境光照控制恒流源的打开与关闭，并在红外激光管的外部装上一个均光片和凹透镜，用以扩散光源，以达到最佳的辅助照明效果。

视频模块1中采集前端模块中的图像传感器选用的是MCCD图像传感器，MCCD图像传感器的尺寸为1/2英寸，MCCD图像传感器直接输出量化后的数字图像信号，然后经过处理器模块8处理，得到符合H.264视频压缩标准的压缩的视频信号。

音频模块2包括阵列式麦克风、接收所述阵列式麦克风输出的音频信号的音频Codec和接收所述音频Codec输出的经过处理器模块8处理后的音频信号的扬声器，音频模块2中对声音的采集选用的是阵列式麦克风，选用阵列式麦克风可以获取更为清晰地语音数据，阵列式麦克风对矿井中的声音进行采集，并输出至音频codec(具有编码、译码功能的器件)，Camera输出模块将阵列式麦克风采集到的声音的模拟信号编码成数字信号后输出至处理器模块8，经过处理器模块8中的ARM处理器处理后，输出至存储模块6进行存储或输出至音频codec，音频codec将接收到的数字信号转化为模拟信号然后输出至扬声器进行播放，也可以经过通信模块3中的WiFi模块或者网口上传至网络上或其他通信载体。

通信模块3包括均与处理器模块(8)相连接的WiFi模块线协议、网口、Micro USB接口和串口，WiFi模块即无线通信方式，采用的是802.11b/g无线协议；网口即有线通信方式，采用的是IEEE802.3协议；串口用于接收经过处理器模块8处理的温度、湿度及气体浓度等环境参数；Micro USB接口用于给装置充电。

本安电源模块4包括依次连接的锂电池、本安电源和系统电源，设备总供电由12V的磷酸铁锂蓄电池作为供电电源，通过DC-DC(一种新研制的小型化电源开关模块)电路设计为装置提供12V的直流电压，整个设备总供电由本安电源模块4供电，整个电路设计符合本质安全原理。

环境参数感知模块5将采集到的周围环境中的温度、湿度及气体浓度参数，尤其是二氧化碳浓度和瓦斯浓度的参数输出至处理器模块8，经过处理器模块8中的ARM处理器处理后，输出至存储模块6进行存储或者通过通信模块3中的串口上传至网络上或其他通信载体。

LCD显示模块7中的显示器选用的是彩色液晶显示器；处理器模块8中的处理器选用的是ARM处理器。

本实用新型还提供了一种矿山应急救援黑匣子的红外激光管的恒流源驱动电路，如图2所示，电源控制芯片FDC6331L的引脚4与电压输入端VCC连接，电源控制芯片的引脚6分别与阻流电阻R1和去耦电容C4的一端连接；电源控制芯片的引脚5分别连接至处理器8和上拉电阻R3的一端；阻流电阻R1、去耦电容C4和上拉电阻R3的另一端均连接至电源控制芯片的电压输入端VCC；电源控制芯片的引脚2和3分别与U2的引脚3和滤波电容C1的负极连接；电源控制芯片的引脚1与下拉电阻R2的一端连接；下拉电阻R2的另一端接地；滤波电容C1的正极分别连接至U3的引脚3、滤波电容C2的正极、外激光管Laser1的正极和去耦电容C3的一端；U2的引脚1分别连接至滤波电容C2的负极、外激光管Laser1的负极和去耦电容C3的一端；U3的引脚1与外激光管Laser1的负极连接；U2和U3的引脚2分别接地。

低照度甚至全黑的环境下，红外激光管的控制芯片通过采样外部环境光照控制恒流源的打开，促使红外激光管的驱动电路开始工作，驱动电路驱动红外激光管作为辅助光源开始工作，在红外激光管的辅助照明下，视频模块1中采集前端模块中的光学镜头与MCCD图像传感器完成在低照度甚至全黑的环境下，对视频信号的采集并经过Camera输出模块至视频解码模块，视频解码模块将Camera输出模块的视频信号进行量化得到量化后的数字图像信号，然后再将量化后的数字图像信号输出至处理器模块8，经过处理器模块8中的ARM处理器处理后，输出至存储模块6进行存储或输出至LCD显示模块7进行实时显示，也可以经过通信模块3中的WiFi模块或者网口上传至网络上或其他通信载体。

本实用新型提供的一种矿山应急救援黑匣子，在矿山里的低照度甚至全黑的环境下，黑匣子中的辅助光源会开始工作，在辅助光源的辅助照明下，视频模块开始对矿山中的视频信号和图像数据进行采集，音频模块开始对矿山中的音频信号进行采集，环境参数感知模块对周围环境中的温度、湿度及气体浓度参数进行采集，黑匣子将视频模块、音频模块和环境参数感知模块采集到信息均输送至处理器模块进行处理，并将经过处理后的信息，输出至存储模块进行存储或者通过通信模块上传至网络上或其他通信载体，该黑匣子通过LCD模块将采集到的视频信号和图像数据进行显示，通过扬声器将采集到的音频信号进行回放。使用本实用新型的一种矿山应急救援黑匣子能够实现在低照度甚至全黑环境下采集到高清视频图像、音频信号和环境参数，能够全面准确地显示、记录、上传和回放灾区现场的真实情况及救援过程，设备整体功耗低、重量轻、体积小、成本低且易于维护。

本实用新型设计的一种矿山应急救援黑匣子，包括处理器模块8及分别与处理器模块8连接的视频模块1、音频模块2、通信模块3、本安电源模块4、环境参数感知模块5、存储模块6和LCD显示模块7组成，整个设备总供电由本安电源模块4供电，整个电路设计符合本质安全原理。