CN103037044A - 煤矿多媒体扩音通信终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种煤矿多媒体扩音通信终端，包括外壳、显示屏、摄像头、麦克风、键盘、通话按钮、调度按钮、电路板和功放喇叭；外壳为本质安全型外壳；显示屏、摄像头、麦克风、键盘、通话按钮、调度按钮均分别固定安装在外壳的面板上；电路板固定安装在外壳的壳体内；功放喇叭固定安装在外壳的壳体内且朝向两侧；电路板上设置有单片机处理单元、SD卡、网络接口、视频、音频等接口；单片机处理单元设有单片机；显示屏、摄像头、麦克风、功放喇叭、键盘、通话按钮和调度按钮分别通过相应接口与单片机信号电连接。本发明使煤矿井上井下实现视频和语音交流，提高了煤矿的安全生产管理水平，克服了普通多媒体终端难以用于煤矿井下环境的难题。

Description

煤矿多媒体扩音通信终端

技术领域

本发明涉及煤矿井下用扩音通信设备。具体涉及一种适用于煤矿的本质安全型的多媒体扩音通信终端。 

背景技术

煤炭是我国的主要能源,煤矿安全生产百万吨死亡率已被列入国民经济考核目标体系统。遏制和减少煤矿重特大事故的发生是迫切需要解决的重大问题。煤矿井下通信联络系统是煤矿应急避险“六大系统”之一，在煤矿生产管理、安全决策、抢险救灾等方面具有举足轻重的作用。 

目前，煤矿通信联络系统的主流技术与产品主要有两类：一类基于模拟电话系统，包括调度电话系统和扩音电话系统。其不足之处在于：实时性较差、传输的话音信号音质差且音量小、布线复杂、控制方式单一并且不易扩展；另一类是基于网络的数字广播系统，数字语音通信系统传输距离远，抗干扰能力强，能够比较方便地实现对广播对讲系统时间、对象和内容的精细控制，但是，目前井下的网络数字广播系统因为扩播所需功耗较高，而煤矿井下对电气设备本质安全的要求对系统功耗又必然造成限制，使得现有的广播终端不得不多采用低性能MP3语音编解码内核与非标准控制协议，其功能单一且系统封闭，难以实现视频交互功能以及基于标准协议的多媒体业务集成功能。 

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术的不足，解决煤矿井下电气设备本质安全要求与高分贝扩音、大屏幕显示所需高功耗之间的矛盾，提供一种具备大屏幕彩色液晶显示、多媒体可视交互、全双工扩音通信、支持标准协议体系且满足煤矿安全生产应用系统集成需求的煤矿多媒体扩音通信终端。 

本发明的技术方案是：本发明的煤矿多媒体扩音通信终端，包括外壳，外壳包括面板和壳体，其结构特点是：还包括显示屏、摄像头、麦克风、键盘、通话按钮、调度按钮、电路板和功放喇叭；上述的外壳为本质安全型外壳；显示屏、摄像头、麦克风、键盘、通话按钮、调度按钮均分别固定安装在外壳的面板上；电路板固定安装在外壳的壳体内；功放喇叭固定安装在外壳的壳体内且朝向外壳的壳体的两侧； 

电路板上设置有单片机处理单元、SD卡、网络接口、视频接口、音频接口、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接口；单片机处理单元设有单片机； 

上述的显示屏通过LDVS接口与单片机处理单元的单片机信号电连接；摄像头通过视频接口与单片机处理单元的单片机信号电连接；麦克风和功放喇叭均通过音频接口与单片机处理单元的单片机信号电连接；键盘、通话按钮和调度按钮均通过GPIO接口与单片机处理单元的单片机信号电连接；SD卡通过SDIO接口与单片机处理单元的单片机信号电连接；网络接口与单片机处理单元的单片机信号电连接。 

进一步的方案是：还包括LED灯；上述的LED灯的数量为2至8只；各LED灯环绕布置在摄像头的周围且固定安装在外壳的面板上。 

进一步的方案是：上述的显示屏为分辨率800×600的12寸液晶屏。 

进一步的方案是：上述的摄像头为GC2015型号、分辨率达200万像素的CMOS摄像头。 

进一步的方案是：上述的键盘为3×7的金属防爆键盘。 

进一步的方案是：上述的电路板为I.MX535开发板；电路板上的单片机处理单元的单片机为I.MX535CORTEX-A8处理器。 

进一步的方案还有：上述的SD卡为支持SD Card2.0标准的存储卡；网络接口为LAN872010/100M自适应以太网收发器；视频接口为CSI接口；音频接口为MAXIM9744的数字音频功放。 

本发明具有积极的效果：（1）本发明的煤矿多媒体扩音通信终端，以高性能低功耗处理器、安卓操作系统和SIP协议为设计核心，在单个终端设备上实现了包括视频交互、扩音通信、安全宣传、信息查询等综合功能，使煤矿井下的关键位置相互之间、井下和井上之间变得可见可听，提高了煤矿的安全生产管理水平。（2）本发明的煤矿多媒体扩音通信终端，解决了普通多媒体终端难以设计成本质安全型设备，从而难以在煤矿井下环境使用的难题。 

附图说明

图1为本发明的外部结构示意图； 

图2为图1中的键盘的结构示意图； 

图3为本发明的电路结构框图； 

图4为本发明的软件系统整体架构框图； 

图5为本发明实现可视语音通信的原理示意图； 

图6为本发明的终端与煤矿安全生产其他相关应用系统网络连接与协议的示意图。 

上述附图中的附图标记如下： 

外壳1，显示屏2，摄像头3，LED灯31，麦克风4，键盘5，通话按钮6，调度按钮7，电路板8，单片机处理单元81，SD卡82，网络接口83，视频接口84，音频接口 85，功放喇叭9。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。 

（实施例1） 

见图1、图2和图3，本实施例的煤矿多媒体扩音通信终端，主要由外壳1、显示屏2、摄像头3、LED灯31、麦克风4、键盘5、通话按钮6、调度按钮7、电路板8和功放喇叭9组成。 

外壳1为本质安全型的外壳。所谓本质安全型外壳，是指符合国标GB3836.1-4技术规范的外壳。外壳1包括面板和壳体。 

显示屏2、摄像头3、LED灯31、麦克风4、键盘5、通话按钮6、调度按钮7均分别固定安装在外壳1的面板上；电路板8固定安装在外壳1的壳体内；功放喇叭9固定安装在外壳1的壳体内的左右两侧中的一侧或左右两侧，当只选择一只功放喇叭9时只安装于一侧，当选择2只功放喇叭9时，则分别安装于壳体内的左右两侧，壳体在功放喇叭9安装的相应位置设置有出声孔。 

本实施例中，显示屏2设置在外壳1的面板的居中偏左位置；摄像头3设于外壳1的面板的正上方偏右位置，LED灯31环绕设置在摄像头3的周围；麦克风4设于外壳1的面板的右上方；键盘5、通话按钮6和调度按钮7均设于外壳1的面板的右部，且通话按钮6和调度按钮7位于麦克风4的下方；键盘5位于通话按钮6和调度按钮7的下方；功放喇叭9优选采用2只，该2只功放喇叭9分别安装于外壳1的壳体的左右两侧。 

显示屏2本实施例中优选采用分辨率为800×600的12寸液晶屏，显示屏2用于相关信息显示。 

摄像头3优选采用型号为GC2015分辨率为200万像素的CMOS摄像头，摄像头3用于视频和图像采集；LED灯31与摄像头3配套设置，LED灯31的数量可根据实现需要设置2至8只，本实施例中优选设置4只，该4只LED灯31环绕布置在摄像头3的周围，且固定安装在外壳1的面板上。LED灯31用于增加视频采集时光照度。 

键盘5本实施例中优选采用3×7的金属防爆键盘，键盘5共设置7排，每排3个功能键。键盘5的上面3排为功能键和四个方向功能键，下面4排主要为数字键盘。键盘5的具体设置如图3所示。键盘5用于实现人机交互操作。 

通话按钮6、调度按钮7均为圆形按钮，作为通话键，通话按钮6为普通对讲通话键，其用于平常通话，按钮通话按钮6，即可通过麦克风4和功放喇叭9实现语音交流。调度按钮7作为与调度中心紧急通话用的通话键。 

电路板8本实施例中优选采用I.MX535开发板；电路板8上设置有单片机处理单元 81、SD卡82、网络接口83、视频接口84、音频接口85、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接口。 

单片机处理单元81设有单片机，以及与单片机配套设置的存储器、闪存（Flash）和功率管理芯片。本实施例中，单片机的优选采用I.MX535CORTEX-A8处理器；存储器采用1GB容量的DDR3存储器；闪存采用4GB容量的Emmc NAND闪存，功率管理芯片采用PMIC DA9053芯片。SD卡82为支持SD Card2.0标准的存储卡。网络接口83优选采用LAN872010/100M自适应以太网收发器。视频接口84优选采用CSI(CMOS Sensor Interface)接口。音频接口85优选采用型号为MAXIM9744的数字音频功放。音频接口85与两个功放喇叭9一起，可实现扩音频响达到100db。 

显示屏2通过LDVS接口与单片机处理单元81的单片机信号电连接；摄像头3通过视频接口84与单片机处理单元81的单片机信号电连接；麦克风4和功放喇叭9均通过音频接口84与单片机处理单元81的单片机信号电连接；键盘5、通话按钮6和调度按钮7均通过GPIO接口与单片机处理单元81的单片机信号电连接；SD卡82通过SDIO接口与单片机处理单元81的单片机信号电连接；网络接口83与单片机处理单元81的单片机信号电连接。 

本实施例的煤矿多媒体扩音通信终端（后简称终端），采用外置18V/2A本安电源分两路供电，采用壁挂式安装；满足井下爆炸性气体环境使用电气设备安全技术要求，符合国标GB3836.1-4技术规范。 

见图4，本实施例的煤矿多媒体扩音通信终端的软件系统为基于安卓（Android）嵌入式操作系统，支持RFC3261SIP信令和RFC3550RTP协议，支持G.711、IMA-ADPCM标准的话音交互和H.264标准的视频交互。该系统采用了分层架构，从下到上分别为Linux内核层、安卓运行时、安卓应用框架层和终端应用系统层。 

Linux内核层是系统软件和硬件之间的抽象层，其提供内存管理、任务管理、安全管理和各类硬件驱动：包括键盘、显示、音视频、网络等。安卓系统运行时基于Linux内核层，包括核心库和Dalvik虚拟机和安卓函数库。 

终端的应用系统层是基于安卓应用框架开发的应用软件系统，它分成四个基本模块：语音交互子模块、视频交互子模块、应用集成子模块和管理维护子模块，应用集成子模块实现了终端与安全监测、人员定位、隐患管理等系统的联网数据交互，管理维护子模块实现终端媒体文件的上下载、软件升级、运行状态监控等远程维护功能。 

见图5，可视语音通信功能主要由软件系统中的音视频交互控制中心、SIP信令接口、RTP/RTCP实时传送、Socket网络通信接口等模块负责执行，实现过程主要包括六个工作线程，线程间通过消息队列传递数据，这六个线程具体如下： 

①语音编码线程。音频采样初始化，分包采样语音数据，采样格式为线形PCM，实时压缩成IMA-ADPCM格式，加上时间戳，放入上行交互线程的语音消息队列； 

②语音解码线程。音频播放初始化，从语音解码队列中取语音压缩包，执行语音合成，并向语音播放缓冲填写数据； 

③视频编码线程。视频采集初始化，分帧采样终端视频图像，调用iMX535视频压缩接口，实时压缩成H.264格式，加上时间戳，放入上行交互线程的视频消息队列； 

④视频解码线程。低层显示驱动接口初始化，从视频解码队列中取视频压缩包，调用IMX535视频解压接口，向低层显示缓冲刷新图像数据； 

⑤上行交互线程。执行SIP会话呼出与媒体格式协商，从语音消息队列和视频消息队列读取数据，根据时间戳生成同步媒体流，向目标网络端口发送； 

⑥下行交互线程。执行SIP会话呼入与媒体格式协商，接受远端发送来的媒体流，从中分离出语音与图像数据，分别发送到语音解码队列和视频解码队列。 

消息队列采用先入先出生产者消费者模型，不同线程对同一消息对象数据结构的访问使用信号量Semaphore来进行同步。 

见图6，本实施例的终端，通过设置在煤矿监管中心的后台应用服务器来进行集中管理并完成与煤矿其他应用子系统的连接。终端内集成具有两个光口、三个电口的网络交换机，网络交换机与后台应用服务器采用光纤或网线连接。 

终端的软件系统内建有FTP服务器，后台应用服务器通过FTP协议向终端上载和下载媒体文件、播放计划表，控制终端媒体播放内容和时间。 

终端应用子系统集成功能的实现通过TCP网络协议完成，流程描述如下： 

①用户根据终端屏幕提示，键入数字键逐级选择菜单； 

②用户通过功能键盘输入查询的参数（可选）； 

③终端将用户查询要求和参数组装成XML格式信息请求数据包，通过TCP协议发往后台服务器； 

④后台服务器接受到查询请求，根据请求到对应子系统检索返回信息，打包成XML格式信息响应包，返回到终端； 

⑤终端用预定格式向用户展现返回的信息内容。 

终端通过键盘5采用数字输入菜单选择方式和Googl e拼音输入法进行人机交互。终端采用SIP信令实现了扩播通信和视频交互，采用FTP协议实现多媒体安全宣传等文件远程下载，采用TCP协议与后台主机通信实现了煤矿井下环境信息查询、隐患管理、人员位置和考勤信息查询等应用功能。 

终端与终端之间、终端与后台服务器之间的视频和话音交互过程遵循SIP协议规范。 

以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。 

Claims (7)

1.一种煤矿多媒体扩音通信终端，包括外壳（1），外壳（1）包括面板和壳体，其特征在于：还包括显示屏（2）、摄像头（3）、麦克风（4）、键盘（5）、通话按钮（6）、调度按钮（7）、电路板（8）和功放喇叭（9）；所述的外壳（1）为本质安全型外壳；显示屏（2）、摄像头（3）、麦克风（4）、键盘（5）、通话按钮（6）、调度按钮（7）均分别固定安装在外壳（1）的面板上；电路板（8）固定安装在外壳（1）的壳体内；功放喇叭（9）固定安装在外壳（1）的壳体内且朝向外壳（1）的壳体的两侧；

电路板（8）上设置有单片机处理单元（81）、SD卡（82）、网络接口（83）、视频接口（84）、音频接口（85）、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接口；单片机处理单元（81）设有单片机；

所述的显示屏（2）通过LDVS接口与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接；摄像头（3）通过视频接口（84）与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接；麦克风（4）和功放喇叭（9）均通过音频接口（84）与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接；键盘（5）、通话按钮（6）和调度按钮（7）均通过GPIO接口与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接；SD卡（82）通过SDIO接口与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接；网络接口（83）与单片机处理单元（81）的单片机信号电连接。

2.根据权利要求1所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：还包括LED灯（31）；所述的LED灯（31）的数量为2至8只；各LED灯（31）环绕布置在摄像头（3）的周围且固定安装在外壳（1）的面板上。

3.根据权利要求2所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：所述的显示屏（2）为分辨率800×600的12寸液晶屏。

4.根据权利要求2所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：所述的摄像头（3）为GC2015型号、分辨率达200万像素的CMOS摄像头。

5.根据权利要求2所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：所述的键盘（5）为3×7的金属防爆键盘。

6.根据权利要求2所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：所述的电路板（8）为I.MX535开发板；电路板（8）上的单片机处理单元（81）的单片机为I.MX535CORTEX-A8处理器。

7.根据权利要求2所述的煤矿多媒体扩音通信终端，其特征在于：所述的SD卡（82）为支持SD Card2.0标准的存储卡；网络接口（83）为LAN872010/100M自适应以太网收发器；视频接口（84）为CSI接口；音频接口（85）为MAXIM9744的数字音频功放。

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