CN103486446A - 一种数字矿灯系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字矿灯系统，包括：矿工帽；安装在所述矿工帽上的矿灯；用来为系统供电的电源设备；还包括：射频读卡装置，用于对设置在矿井下不同位置的具有不同标识数据的射频卡进行实时检测，并进行相应处理；无线收发器，用于将所述射频读卡装置处理得到的信息传输至井上。本发明不仅具有照明功能，还具备定位功能、瓦斯监测、语音通信、视频监控等功能，从而有效提高矿井下作业的安全性。

Description

一种数字矿灯系统

技术领域

本发明涉及一种数字矿灯系统。

背景技术

目前，煤矿员工佩戴的传统矿灯，只具有照明功能，不具备视频监控功能、瓦斯监测、语音通信、定位功能和信息收发功能。

矿井下的灾难事故频发，究其缘由，绝大部分是由于监管不力、矿工操作违章造成的。

当矿井下发生或即将发生灾难事故时，不能及时通知井下工作人员迅速撤离。当矿井救护队实施救护时，不能确定矿工的被困位置。这对救护工作造成了时间的浪费，失去了最佳营救时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字矿灯系统，能够解决矿井下作业安全性低的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种数字矿灯系统，包括：

矿工帽；

安装在所述矿工帽上的矿灯；

用来为系统供电的电源设备；

还包括：

射频读卡装置，用于对设置在矿井下不同位置的具有不同标识数据的射频卡进行实时检测，并进行相应处理；

无线收发器，用于将所述射频读卡装置处理得到的信息实时传输至井上。

优选地，还包括：

瓦斯监控装置，用于随着矿工移动实时检测矿井下的瓦斯浓度，并经由所述无线收发器将瓦斯浓度数据传输至井上。

优选地，还包括：

语音通信模块，用于使矿工之间或矿工与井上监控中心之间进行语音通信。

优选地，还包括：

视频采集模块，用于实时拍摄井下图像，并经由所述无线收发器将所述井下图像传输至井上。

优选地，所述电源设备包括电池盒、安装在所述电池盒内的锂电池、以及隔热腔壁，其中，所述隔热腔壁将所述电池盒至少分为相互独立的第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室内安装所述锂电池，在所述第二腔室内安装所述射频读卡装置和所述无线收发器。

优选地，所述射频读卡装置检测到用来指示系统开机的射频卡时，使所述系统处于开机状态，并将所述射频卡的开机标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

优选地，还包括：

电源电量检测处理模块，用于在所述系统处于开机状态期间，实时检测电源电量，并根据所述电源电量，进行相应的处理。

优选地，所述射频读卡装置检测到用来指示所述系统位置的射频卡时，将所述射频卡的位置标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

优选地，所述射频读卡装置检测到用来指示系统关机的射频卡时，将所述射频卡的关机标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上，并使所述射频读卡装置处于待机状态，其它部件处于关机状态。

优选地，所述射频读卡装置检测到用来指示系统充电的射频卡时，使所述系统处于充电状态，并将所述射频卡的充电标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

本发明不仅具有照明功能，还具备瓦斯监测、语音通信、视频监控等功能，从而有效提高矿井下作业的安全性。

1、本发明通过射频读卡装置，能够及时确定矿工位置，便于井上监控中心了解矿井下矿工分布情况，同时，在灾难发生时能够及时对井下被困人员进行救助；

2、本发明通过瓦斯监控装置能够实时、移动地监测矿井下的瓦斯浓度，并在瓦斯浓度过高时通过语音通信模块，及时通知井下工作人员撤离危险区域，从而提高矿井下瓦斯方面的安全系数；

3、本发明通过视频采集模块实时、移动地拍摄井下图像，提高井下作业监管力度，减少矿工违章操作行为，从而为井下安全生产提供有力支持；

4、本发明通过射频读卡装置读取用来指示系统开机或关机的射频卡，能够自动控制系统的启动或关闭，为携带矿工设备的井下工作人员带来便利；

5、本发明通过实时检测电源电量，在电源电量不断减小的过程中，能够及时关闭非必要的电能消耗，延长系统照明时间，从而进一步保障携带矿工设备的井下工作人员的安全。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的数字矿灯系统结构图；

图2是图1所示系统的电路连接示意图；

图3是本发明第二实施例提供的数字矿灯系统结构图；

图4是图3所示系统的电路连接示意图；

图5是图3所示系统的工作流程图。

附图标记说明：1-矿工帽；2-矿灯；3-电源设备；4-射频读卡装置；5-瓦斯监控装置；6-无线收发器；7-视频采集模块；8-语音通信模块；9-存储器；10-电源及信号连接线；11-电源及信号线缆；31-电池盒；32-隔热腔壁；33-锂电池；34-第一腔室；35-第二腔室。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种矿井下矿工佩戴的数字矿灯系统，其具有定位功能、瓦斯监测功能、语音通信功能、视频监控功能和信息收发功能，从而有效提高井下作业的安全性，实现安全生产。

图1是本发明第一实施例提供的数字矿灯系统结构图，如图1所示，包括：

矿工帽1；

安装在所述矿工帽1上的矿灯2；

用来为系统供电的电源设备3；

射频读卡装置4，用于对设置在矿井下不同位置的具有不同标识数据的射频卡进行实时检测，并进行相应处理，也就是说，所述射频读卡装置4实现了定位功能，能够确定井下矿工的具体位置，精确度视射频卡的布置密度而定；

无线收发器6，用于将所述射频读卡装置4处理得到的信息传输至井上。

所述射频读卡装置4和所述无线收发器6可以安装在所述电源设备3内，如图1所示，也可以安装在矿工帽1或矿灯2中。

图2是图1所示系统的电路连接示意图，如图2所示，电源设备3为系统供电，通过矿灯2实现照明功能，通过射频读卡装置4实现定位功能，通过无线收发装置6实现信息收发功能。具体地说，在矿井下的不同位置分别设置有用来指示系统开机、系统位置、系统充电、系统关机的若干射频卡。当所述射频读卡装置4检测到用来指示系统开机的射频卡时，使所述系统处于开机状态，并将所述射频卡的开机标识数据和所述射频读卡装置4的设备标识数据打包，经由所述无线收发器6实时传输至井上。当所述射频读卡装置4检测到用来指示所述系统位置的射频卡时，将所述射频卡的位置标识数据和所述射频读卡装置4的设备标识数据打包，经由所述无线收发器6实时传输至井上。当所述射频读卡装置4检测到用来指示系统关机的射频卡时，将所述射频卡的关机标识数据和所述射频读卡装置4的设备标识数据打包，经由所述无线收发器6实时传输至井上，并使所述射频读卡装置处于待机状态，其它部件处于关机状态。当所述射频读卡装置4检测到用来指示系统充电的射频卡时，使所述系统处于充电状态，并将所述射频卡的充电标识数据和所述射频读卡装置4的设备标识数据打包，经由所述无线收发器6实时传输至井上。

图3是本发明第二实施例提供的数字矿灯系统结构图，如图3所示，在第一实施例的基础上，增加了瓦斯监控装置5、视频采集模块7和语音通信模块8。其中：

所述瓦斯监控装置5随着矿工移动实时检测矿井下的瓦斯浓度，并经由所述无线收发器将瓦斯浓度数据传输至井上，使井上监控中心能够及时了解矿井下各个区域的瓦斯浓度，从而及时通知矿工远离危险区域。进一步地，还可以在存储器9中预先保存瓦斯浓度阈值，当所述瓦斯监控装置5监测的瓦斯浓度数据高于所述瓦斯浓度阈值时，通过声光报警等方式，提醒矿工及时远离危险区域。进一步地，还可以在矿井下若干个固定位置安装瓦斯监测装置，使固定安装的若干个瓦斯监测装置配合随矿工移动的瓦斯监测装置，从而更加全面的获取矿井下的瓦斯监测数据，为提高矿井在瓦斯安全方面的安全系数提供支持。所述瓦斯监控装置5可以安装在矿灯2壳体外部，如图3所示，也可以安装在系统中其它便于监测瓦斯浓度的位置。

所述视频采集模块7实时拍摄井下图像，并经由所述无线收发器6将所述井下图像传输至井上。具体地说，所述视频采集模块7实现视频监控功能，使井上监控中心实时了解矿井下矿工的生产过程，通过视频监控和语音通信可以及时纠正违章生产行为，为生产的指挥、管理提供了有效支持。

所述语音通信模块8使矿工之间或矿工与井上监控中心之间进行语音通信，具体地说，所述语音通信模块8实现语音通信功能，矿工之间可以通过所述语音通信模块8进行呼叫、通话，井上监控中心与矿工之间可以通过所述语音通信模块进行通话，为指挥、管理矿工生产提供了便捷。

所述存储器9可以循环存储矿工实时音视频数据，为灾难后的原因分析提供有力证据。

所述无线收发器6通过布置在矿井范围内的无线接入点接入网络，为系统提供数据传输条件。具体地说，除了将所述射频读卡装置4处理得到的信息实时传输至井上之外，根据系统及井上监控中心的需求，为语音通信、视频监控、数据传输提供通信通道。

所述瓦斯监控装置5、所述视频采集模块7、所述语音通信模块8可以安装在矿灯2壳体外部，如图3所示，也可以安装在其它合适的位置。

所述电源设备3包括电池盒31、安装在所述电池盒31内的锂电池33、以及隔热腔壁32，其中，所述隔热腔壁32将所述电池盒31至少分为相互独立的第一腔室34和第二腔室35。在所述第一腔室34内安装有所述锂电池33，在所述第二腔室35内安装有所述射频读卡装置4、所述无线收发器6和所述存储器9，所述射频读卡装置4、所述无线收发器6和所述存储器9集成在一块电路板上。位于所述第一腔室34内的锂电池33通过电源及信号连接线10为位于所述第二腔室35内的电路板供电。为便于描述，现将所述矿灯2、所述瓦斯监控装置5、所述视频采集模块7、所述语音通信模块8组成的部分称为灯头部分，将位于电池盒31内的部分称作电池盒部分。如图3所示，电池盒部分通过电源及信号线缆11向灯头部分供电，并实现与灯头部分的数据传输，例如瓦斯浓度数据、监控图像、语音信号等的传输。所述第二腔室35位于电池盒的背面，其中的电路板与矿灯2的电源输出线并联，使矿灯开/关的按键只与矿灯2的开关与否有关，与所述电路板的工作与否无关，此种结构使数字矿灯系统的锂电池33可以同时给矿灯2和电路板等同时提供工作电源。也就是说，本发明提供的数字矿灯系统的照明功能与其它功能的供电相互独立，如图4所示。

进一步地，所述电路板还包括各种接口，例如USB接口、电压输入接口、液晶显示屏接口、UART、按键接口、音频接口。

本发明还可以包括电源电量检测处理模块，所述电源电量检测模块集成于所述第二腔室35内的电路板上，用于在所述系统处于开机状态期间，实时检测电源电量，并根据所检测到的电源电量，进行相应的处理。由于在矿井下作业，需要充分保障矿工照明需求，因此，在系统检测到电源电量降低到一定阈值点时，要优先供照明功能，逐步关闭所述电路板的一个或多个功能，从而节省电量，延长照明时间。

图5是图3所示系统的工作流程图，如图5所示，步骤包括：

步骤501、矿工佩戴本发明所述的数字矿灯系统进入矿井，通过矿灯按键启动矿灯照明功能，系统中的射频读卡装置实时检测设置在矿井下的不同位置的具有不同标识数据的若干射频卡。

步骤502、当检测到具有开机标识数据的射频卡时，使系统中所有部件处于开启状态，系统开机。

步骤503、系统开机后，执行系统定位、瓦斯监控等功能。

具体地说，系统开机后，当射频读卡装置检测到具有位置标识数据的射频卡时，将其设备标识数据和所述位置标识数据打包后，经由无线收发器传输到井上监控中心，使井上监控中心及时了解矿井下矿工分布情况，以及矿工所在的实际位置。

具体地说，系统开机后，系统中的瓦斯监控模块通过其位于灯头位置的瓦斯气体传感器实时、移动的采集瓦斯浓度数据，并经由无线收发器将所采集的数据传输到井上监控中心，使井上监控中心及时了解矿井下各个位置的瓦斯浓度，从而及时做出相应的处理，例如，通过语音通信，及时通知相关人员撤离危险区域。

具体地说，系统开机后，系统中的视频采集模块通过其位于灯头位置的摄像头实时、移动地拍摄井下图像，并经由无线收发器将所拍摄的井下图像传输到井上监控中心，使井上监控中心及时了解矿井下实际生产情况，以及通过语音通信及时纠正矿工的违章行为。

具体地说，系统开机后，矿工与井上监控中心之间及矿工之间可以通过系统中的语音通信模块进行通话。

具体地说，矿井下工作，最首要的是要满足矿工的照明需求，其次才是系统定位、瓦斯监控等其它功能，也就是说，射频读卡装置检测到具有开机标识数据的射频卡，使系统中所有部件处于开启状态后，系统中的电源电量检测处理模块需要实时对电源电量进行检测，当检测到电源电量下降到一定阈值点时，为延长照明时间，需要关闭相应的功能。进一步地，可以设置用于不同功能的多个阈值点，例如，设置传输功能关闭电量阈值V0、数据传输电量阈值V1、图像拍摄电量阈值V2、图像传输电量阈值V3，其中，V0<V1<V2<V3。当电源电量检测处理模块检测到电源电量大于V3时，系统执行照明、定位、瓦斯监控、视频拍摄、语音通话、信息实时传输等所有功能，其中，无线收发器实时传输的信息包括射频读卡模块实时检测的射频卡的位置标识信息、瓦斯监控模块实时监控的瓦斯监控数据、视频采集模块实时拍摄的井下图像、语音通信模块收发的语音信号等。当电源电量检测处理模块检测到电源电量减少至V2和V3之间时，视频采集模块将拍摄到的井下图像保存至大容量存储器，不再通过无线收发器传输至井上。当电源电量检测处理模块检测到电源电量减少至V2和V1之间时，停止拍摄井下图像，即关闭视频采集模块。当电源电量检测处理模块检测到电源电量减少至V0和V1之间时，停止通话功能，即关闭语音通信模块，同时，实时检测到的位置标识数据和瓦斯浓度数据不再实时传输，而是定时传输至井上监控中心。当电源电量检测处理模块检测到电源电量小于V0时，停止定位、瓦斯监控、数据定时传输功能，也就是说，使瓦斯监控模块和无线收发器关闭，并使射频读卡装置待机。这样，系统根据电源电量的减少，通过逐步关闭相关功能，降低系统功耗，从而延长照明时间，即优先照明功能。进一步地，为了进一步降低功耗，系统还可以设置网速检测处理模块，当电源电量检测处理模块检测到电源电量大于V3时启动，并实时检测系统网速，否则，关闭所述网速检测处理模块。当所述网速检测处理模块检测到的网速大于网速阈值时，无线收发器可以将所述视频采集模块拍摄的井下图像进行实时上传，否则保存至所述存储器中，待网速满足要求时进行上传。

具体地说，矿井下设置有用于为系统充电的充电站，充电站处设置射频卡。所述系统充电期间，若电源电量大于V3，则可以将保存在存储器中的井下图像等信息传输到井上。

步骤504、当所述系统检测到指示系统关机的射频卡时，所述系统中的射频读卡装置保持待机状态，其他部件处于关机状态。

进一步地，所述系统的射频读卡装置上电后，其它部件处于关闭状态、整个系统处于低功耗待机模式，若所述射频读卡装置读取到用于指示系统开机的射频卡的信号强度大于用于指示系统关机的射频卡的信号强度，则使锂电池为系统中的其它部件供电，此时系统所有部件处于开启状态。若射频读卡装置读取到用于指示系统关机的射频卡的信号强度大于用于指示系统开机的射频卡的信号强度，则射频读卡装置保持待机状态，使其他部件处于关机状态。

所述系统便于携带且结构简单，其与设置在井下不同位置的不同类型的射频卡一起构成井下系统，其中，射频卡之间通过不同的ID号码段作为区分。

具体实例

矿工A（以下简称A）和矿工B（以下简称B）根据各自的身份信息在充电站领取特定的数字矿灯系统，按照规范佩戴后，开始一天的矿井生产流程。

A打开矿灯照明，步行或坐缆车沿着矿井路线到达工作面的过程，也是数字矿灯系统检测不同射频卡的过程。当A行至用于指示系统开机的射频卡的位置时，在电源电量检测处理模块检测到电源电量符合要求的情况下，系统通过射频读卡装置对系统供电进行管理，具体地说，启动瓦斯监控、视频监控、语音通信功能。

当A行至离工作面50m时，若井上监控中心的监控人员C需要了解当前A的具体位置和工作情况，则C通过查看A携带的系统实时上传的井下图像，实现对A的监控，特别地，当A存在违章操作行为时，C可以记录A违章的具体位置，并通过呼叫A使其及时纠正错误行为。

进一步地，井上监控中心收到A携带的系统实时上传的瓦斯浓度数据后，若判断A所在位置的瓦斯浓度数据超出预定阈值，则C可以立即呼叫A，使A及时离开当前位置。同样的，井上监控中心收到井下固定位置的瓦斯浓度数据时，若判断该固定位置的瓦斯浓度数据超出预定阈值，则C可以立即呼叫位于该固定位置附近的A，使A及时离开当前位置。同时，A可以通过呼叫矿井下的其它矿工，通知他人该固定位置瓦斯浓度过大，不能接近。

当矿井下工作面发生坍塌，A被埋，通信中断时，在坍塌位置附近的B及时呼叫井上监控中心的C，寻求营救。此时，C可以通过A在事故发生前上传的位置标识数据（即A移动的位置）和井下图像（即回放监控视频），了解A在事故发生前的具体位置，从而及时高效的营救A，为生命赢得时间。

B下班，开始往井上行进，由于参与救援，数字矿灯系统的电源电量不足，瓦斯监控、视频监控、语音通信、信息传输等功能自动关闭，为B的矿灯的照明提供最大的保障。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1、本发明能够及时确定矿工位置，便于井上监控中心了解矿井下矿工分布情况，从而在灾难发生时实现及时高效地进行抢险救灾；

2、本发明通过检测用于指示系统开机或关机的射频卡，能够及时地自动控制系统开机或关机，为携带该系统的矿工带来便利；

3、本发明能够实时、移动地监测矿井下的瓦斯浓度，从而及时通知井下工作人员撤离危险区域；

4、本发明通过视频采集模块实时、移动地拍摄井下图像，提高井下作业监管力度，减少矿工违章操作行为，从而为井下安全生产提供有力支持；

5、本发明通过实时检测电源电量，在电源电量不断降低的过程中，能够及时关闭非必要的电能消耗，延长系统照明时间，从而进一步保障携带矿工设备的井下工作人员的安全。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种数字矿灯系统，包括：

矿工帽；

安装在所述矿工帽上的矿灯；

用来为系统供电的电源设备；

其特征在于，还包括：

射频读卡装置，用于对设置在矿井下不同位置的具有不同标识数据的射频卡进行实时检测，并进行相应处理；

无线收发器，用于将所述射频读卡装置处理得到的信息传输至井上。

2.根据权利要求1所述的数字矿灯系统，其特征在于，还包括：

瓦斯监控装置，用于随着矿工移动实时检测矿井下的瓦斯浓度，并经由所述无线收发器将瓦斯浓度数据传输至井上。

3.根据权利要求2所述的数字矿灯系统，其特征在于，还包括：

语音通信模块，用于使矿工之间或矿工与井上监控中心之间进行语音通信。

4.根据权利要求3所述的数字矿灯系统，其特征在于，还包括：

视频采集模块，用于实时拍摄井下图像，并经由所述无线收发器将所述井下图像传输至井上。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的数字矿灯系统，其特征在于，所述电源设备包括电池盒、安装在所述电池盒内的锂电池、以及隔热腔壁，其中，所述隔热腔壁将所述电池盒至少分为相互独立的第一腔室和第二腔室，在所述第一腔室内安装所述锂电池，在所述第二腔室内安装所述射频读卡装置和所述无线收发器。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的数字矿灯系统，其特征在于，所述射频读卡装置检测到用来指示系统开机的射频卡时，使所述系统处于开机状态，并将所述射频卡的开机标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

7.根据权利要求6所述的数字矿灯系统，其特征在于，还包括：

电源电量检测处理模块，用于在所述系统处于开机状态期间，实时检测电源电量，并根据所述电源电量，进行相应的处理。

8.根据权利要求1-4任意一项所述的数字矿灯系统，其特征在于，所述射频读卡装置检测到用来指示所述系统位置的射频卡时，将所述射频卡的位置标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

9.根据权利要求1-4任意一项所述的数字矿灯系统，其特征在于，所述射频读卡装置检测到用来指示系统关机的射频卡时，将所述射频卡的关机标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上，并使所述射频读卡装置处于待机状态，其它部件处于关机状态。

10.根据权利要求1-4任意一项所述的数字矿灯系统，其特征在于，所述射频读卡装置检测到用来指示系统充电的射频卡时，使所述系统处于充电状态，并将所述射频卡的充电标识数据和所述射频读卡装置的设备标识数据打包，经由所述无线收发器实时传输至井上。

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