井下多媒体无线单兵设备的制作方法

【技术领域】

本实用新型属于应急通信技术领域，具体涉及一种井下多媒体无线单兵设备。

背景技术：

当井下发生矿难时，对井下实时情况的了解至关重要，救援任务十万火急，救援黄金时间极为短暂。要展开救援就必须对井下的人员状况和事故现场有一个详尽的了解，因此必须有一个可以对井下进行勘探的设备。但是现有的技术方案功能比较单一，仅仅是某些单方面问题的解决，例如：只完成音视频的传输、只做人员简单通信和只做自然环境参数的测量等等。所以会出现设备冗杂赘余，影响救援人员的工作效率的情况。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种井下多媒体无线单兵设备，以解决现有救援设备功能单一的问题。

本实用新型采用以下技术方案：井下多媒体无线单兵设备，包括：

一处理器；

一音频模块，包括扬声器处理模块，与处理器数据交互，用于采集现场的音频数据并发送至处理器；

一环境参数检测模块，与处理器数据交互，用于采集环境参数并发送至处理器，环境参数包括现场的温度、一氧化碳浓度、瓦斯浓度和氧气浓度数据；

一视频模块，与处理器数据交互，用于采集现场的视频数据并发送至处理器；视频模块包括视频解码处理器，视频解码处理器的芯片u4为tvp5150am，其中：

芯片u4的引脚9、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚18、引脚24和引脚26直接与摄像头连接；芯片u4的引脚28和引脚11连接上拉电阻后连接摄像头；芯片u4的引脚8连接3.3v电源并连接eint2连接实现复位功能；芯片u4的引脚21和引脚22通过上拉电阻与电源连接并连接到i2c总线；芯片u4的引脚5和引脚6连接晶振形成晶振电路；芯片u4的引脚29和引脚30连接三角形电容形成补偿电路；芯片u4的引脚3、引脚7、引脚19和引脚31接地；芯片u4的引脚4和引脚32连接1.8v电压并有接地电容滤波；芯片u4的引脚10连接3.3v电压并有接地电容滤波；芯片u4的引脚20直接连接1.8v电压；

一存储模块，与处理器数据交互，用于存储音频数据和视频数据；

一通信模块，与处理器数据交互，用于将音频数据和视频数据传送出去；

处理器，用于接收音频数据、环境参数和视频数据，并将其存储在存储模块中，还用于将音频数据、环境参数和视频数据通过通信模块传送出去。

进一步的，井下多媒体无线单兵设备还包括：

一显示模块，与处理器数据交互，用于显示处理器中提供的音频数据、环境参数和视频数据；

一电源模块，用于提供电能。

进一步的，电源模块1，包括充电模块、dc-dc电压转换模块和电压采样模块；

其中，充电模块选用cs5080e芯片，其输入电压5v，用于给电池组充电；

dc-dc电压转换模块选用buck型的tps62143和tps62142作为5v和3.3v电压输出，用于将电池组的电压转换各个模块需要的电压；

电压采样模块与电池组并联用于获取电池组的电量信息。

进一步的，视频模块包括850nm红外光源和mccd感光芯片。

本实用新型的有益效果是：可以通过音频模块、视频模块和环境参数检测模块同时采集现场的视频、音频、氧气浓度、瓦斯浓度、一氧化碳浓度和环境温度等数据，并将相关数据备份和发送至井外的救援指挥平台，同时还可以实现井下救援人员和井上救援人员的实时视频通话交流；还可以通过850nm红外光源进行补光，配合专用的mccd感光芯片，进行视频采集，红外补光的光照强度依据事故环境现场的光照亮度的变化而自动调节。

【附图说明】

图1是本实用新型井下多媒体无线单兵设备的模块连接示意图；

图2是本实用新型井下多媒体无线单兵设备的数据采集流程图；

图3是本实用新型井下多媒体无线单兵设备的视频采集模块。

其中，1.电源模块，2.存储模块，3.音频模块，4.环境参数检测模块，5.视频模块，6.通信模块，7.显示模块，8.处理器，9.指挥救援平台。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型提供了一种井下多媒体无线单兵设备，如图1所示，包括：处理器8，armcortex_a8系列三星公司的s5vp210处理器。音频模块3，包括扬声器处理模块，与处理器8数据交互，用于采集现场的音频数据并发送至处理器8；环境参数检测模块4，与处理器8数据交互，用于采集环境参数并发送至处理器8，环境参数包括现场的温度、氧化碳浓度、瓦斯浓度和氧气浓度数据；视频模块5，与处理器8数据交互，用于采集现场的视频数据并发送至处理器8；视频模块5包括视频解码处理器，视频解码处理器的芯片u4为tvp5150am，如图3所示，其中：芯片u4的引脚9、引脚12、引脚13、引脚14、引脚15、引脚16、引脚17、引脚18、引脚24和引脚26直接与摄像头连接；芯片u4的引脚28和引脚11连接上拉电阻后连接摄像头；芯片u4的引脚8连接3.3v电源并连接eint2连接实现复位功能；芯片u4的引脚21和引脚22通过上拉电阻与电源连接并连接到i2c总线；芯片u4的引脚5和引脚6连接晶振形成晶振电路；芯片u4的引脚29和引脚30连接三角形电容形成补偿电路；芯片u4的引脚3、引脚7、引脚19和引脚31接地；芯片u4的引脚4和引脚32连接1.8v电压并有接地电容滤波；芯片u4的引脚10连接3.3v电压并有接地电容滤波；芯片u4的引脚20直接连接1.8v电压。

该井下多媒体无线单兵设备还包括存储模块2，与处理器8数据交互，用于存储音频数据和视频数据；一通信模块6，与处理器8数据交互，用于将音频数据和视频数据传送出去；如图2所示，处理器8用于接收音频数据、环境参数和视频数据，并将其存储在存储模块2中，还用于将音频数据、环境参数和视频数据通过通信模块6传送出去，传送至救援指挥平台9。

该井下多媒体无线单兵设备还包括：显示模块7，与处理器8数据交互，用于显示处理器8中提供的音频数据、环境参数和视频数据；电源模块1，用于提供电能。该电源模块1，包括充电模块、dc-dc电压转换模块和电压采样模块；充电模块选用cs5080e芯片，其输入电压5v，用于给电池组充电；dc-dc电压转换模块选用buck型的tps62143和tps62142作为5v和3.3v电压输出，用于将电池组的电压转换各个模块需要的电压；电压采样模块与电池组并联用于获取电池组的电量信息。

本实用新型的井下多媒体无线单兵设备可以通过已建立自行通信的无线自组网或有线数据传输模式，在黑暗情况下可以进行数据正常采集，将采集到的数据上传至指挥平台。

本实用新型井下多媒体无线单兵设备具体包含七大模块：电源模块1、存储模块2、音频模块3、环境参数检测模块4、视频模块5、通信模块6和显示模块7。

电源模块1，由充电模块、dc-dc电压转换模块、电压采样模块组成。充电模块用于给电池组充电；dc-dc电压转换模块用于将电池组的电压转换各个模块需要的电压；电压采样模块与电池组并联用于获取电池组的电量信息。其中，充电模块选用cs5080e芯片，其输入电压5v；电池组采用双节锂电池串联的形式作为dc-dc电压转换模块的输入；dc-dc电压转换模块选用buck型的tps62143和tps62142作为5v和3.3v电压输出；电压采样模块，用于获取电池电压，根据电池电压判断电池剩余电量。电源模块1设计依照本安要求，在设备正常工作或出现故障时不能产生电火花，电池的选择必须保证安全可靠。电池使用锂电池，可保障一定的续航能力，单位体积内存储的电量更多。

存储模块2，该设备在使用时会产生大量的音视频数据，从功能和使用方面考虑，应当选择存储空间适宜，体积小，稳定性好以及需要满足低功耗要求，s5pv210处理器支持扩展最大32gbyte的tfcard/sdcard存储。设计选用美国sandisk公司的32gbyte容量的tf卡，通过接口与核心板相连，用于存储设备使用时产生的语音及视频数据。存储模块2因为需要对环境进行不断地记录及检测，所以对存储模块的内存要求较高，我们选择使用大容量的内存卡。本设备使用韩国的s5pv210处理器支持扩展最大32gbyte的tfcard/sdcard存储。

音频模块3，使用codec芯片，通过专用的音频处理dsp。还有一些功能强大的codec芯片带有dsp核来处理音频数据。双mic和双声道扬声器，与视频模块5录音同步的情况下，保持与救援平台的语音通话。音频模块和音频处理器都使用codec芯片，通过专用的音频处理dsp。还有一些功能强大的codec芯片带有dsp核来处理音频数据。对于codec芯片来说负责处理音频信息，其包括adc，dac，mixer，pgas，控制接口和dai(digitalaudiointerface数字音频接口)输入输出以及音量控制等所有与音频相关的功能，控制接口一般采用i2c接口，一般用的数字音频接口有i2s接口，pcm接口以及ac97接口。

环境参数检测模块4，包含对氧气浓度、瓦斯浓度、一氧化碳浓度和环境温度等的检测。这些参数测量处理结束后，上传至救援指挥平台13，同时对数据进行存储。这些参数的测量对救援人员和被困人员的人身安全至关重要，也对需要下井人员的所携带的安全设备给出一定的依据。环境参数检测模块为保障救援人员以及事故现场的工作人员的安全着想，对事故现成的氧气浓度、瓦斯浓度、一氧化碳浓度和环境温度等通过该模块进行测试处理上传至指挥中心。

视频模块5，其中的视频解码处理器芯片为tvp5150am。视频处理器芯片的9脚、12脚、13脚、14脚、15脚、16脚、17脚、18脚、24脚和26脚直接与摄像头连接。28脚和11脚连接上拉电阻后连接摄像头。3脚、7脚、19脚和31脚接地。4脚和32脚连接1.8v电压并有接地电容滤波。8脚连接3.3v电源并连接eint2连接实现复位功能。21脚和22脚通过上拉电阻与电源连接并连接到i2c总线。5脚和6脚连接晶振形成晶振电路。29脚和30脚连接三角形电容形成补偿电路。

tvp5150系列使用简易，超低功耗，封装极小的数字视频解码器。电路原理图3所示，芯片采用14.318mhz外部晶振，内部转换电源电压为1.8v，芯片i/o驱动电源电压为3.3v。接线端子j2为视频采集前段输入的复合视频信号，电阻r76为75欧姆阻抗匹配电阻，用于防止对输入信号的反射，视频信号通过隔离电容c81，210_cam_b_d0～210_cam_b_d7为数据信号线，210_cam_b_vsync为垂直同步引脚，210_cam_b_pclk可输出13.5mhz和27mhz两种频率的时钟信号。cam_pdn和210_eint2结合使用完成芯片的复位与掉电控制。当cam_pdn为高电平时，210_eint2信号的复位功能才有效。使用mccd感光芯片，mccd使用cmyg互补色滤光阵列，具有如ccd一样的画质，比ccd高的可见光灵敏度及超高的红外光灵敏度、更大的动态范围。红外补光模块，使用850nm红外光进行补光，mccd镜头对红外波段环境下有较好的采集效果。850nm工作时有红暴现象，在黑暗情况下，人类可以肉眼识别出来，井下黑暗环境下救援人员可以互相识别出来。tvp5150am1通过数据及同步信号引脚与核心板相连，使用时需通过i2c接线对芯片进行寄存器的配置，配置内容主要有视频输入的选择、数据输入模式的选择、色度控制、色饱和度控制、高度控制、数据总线激活以及输入信号制式等。

使用本实用新型选择的mccd感光芯片，它对光线具有更高的灵敏度，能够在一些低照度环境下得到很好的使用。同时作为手持设备功耗必须尽可能的降低，本设计采用超低功耗的视频解码芯片tvp5150am1作为视频处理芯片。该芯片能够支持ntsc、pal、secam等多种格式的视频解码器，正常情况下，它的功耗仅有115mw，并且是超小的32脚tqfp封装，非常适用于便携、大批量、高性能以及高质量的视频产品中，能够接受1路s-video信号或者2路复合视频信号，其数据输出为8位4:2:2的itu-rbt.601信号(同步信号分离，单独引脚输出)或者输出8位4:2:2的itu-rbt.656信号(同步信号内嵌数据流中)。按照环境的光照强度大小，补光模块按照需求进行自行调节。

通信模块6，该设备配有有线和无线两种方式。有线和无线主要负责压缩后的视频、音频和环境自然参数数据的传输。并保证基本的实时交流通信功能。通信模块作为无线单兵装备，该设备与其它设备进行通信需通过无线完成，本装备选用的是wlan无线通信模式，另外可通过microusb数据接口给手持设备供电、数据的下载以及与外部pc机相连实现通信。

显示模块7，井下多媒体数据处理终端显示模块采用tft-lcd(thinfilmtransistor-lcd薄膜晶体管液晶显示器)、3.5英寸480×640分辨率小屏幕显示。tft为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，在每个像素点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色、高分辨率、快响应速度、高灰度的液晶显示器件。选用统宝公司的型号为td035stee1的液晶显示屏。其背光源采用led，背光驱动电压为24v。led背光源标称功率却仅有432mw，可以实现本质安全电路。此外，td035stee1还支持spi总线接口，可以通过spi总线对其进行控制，实现显示屏亮度调节。显示模块井下多媒体数据处理终端显示模块采用tft-lcd(thinfilmtransistor-lcd薄膜晶体管液晶显示器)、3.5英寸480×640分辨率小屏幕显示。tft为薄膜晶体管有源矩阵液晶显示器件，在每个像素点上设计一个场效应开关管，这样就容易实现真彩色、高分辨率、快响应速度、高灰度的液晶显示器件。选用统宝公司的型号为td035stee1的液晶显示屏。其背光源采用led，背光驱动电压为24v。led背光源标称功率却仅有432mw，可以实现本质安全电路。此外，td035stee1还支持spi总线接口，可以通过spi总线对其进行控制，实现显示屏亮度调节。

视频模块5、音频模块3和环境自然参数测试模4块将采集回来的数据存储到本地，本地可显示采集回来的数据。通过无线或有线方式将数据调取传给救援指挥平台13。

该设备采用850nm红外光源进行补光，配合专用的mccd感光芯片，进行视频采集，红外补光的光照强度依据事故环境现场的光照亮度的变化而自动调节。本设备将现场情况的视频、语音、环境参数等数据发送至救援指挥平台，并和救援指挥人员保持实时联系。传送数据的同时并对数据信息进行实时保存，以便对事故的原因分析及经验总结可以有一些准确的资料。

本实用新型井下多媒体无线单兵设备的使用方法为：在井下发生灾难时，救援人员随身携带井下多媒体无线单兵设备，由井下多媒体无线单兵设备的音频模块3、视频模块5和环境参数检测模块4采集相关数据，该相关数据为现场的视频、音频、氧气浓度、瓦斯浓度、一氧化碳浓度和环境温度等数据，并将相关数据发送至井外的救援指挥平台9，同时还可以实现井下救援人员和井上救援人员的实时视频通话交流，还可以对所有采集到的数据进行存储备份，对事故之后的原因查找、经验总结提供科学的材料。另外，本井下多媒体无线单兵设备还采用850nm红外光源进行补光，配合专用的mccd感光芯片，进行视频采集，红外补光的光照强度依据事故环境现场的光照亮度的变化而自动调节。