CN103892503A - 一种智能头盔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种智能头盔装置，包括头盔本体、LCD显示模块、传感器模块、存储模块、语音通讯模块、微处理器模块、离线定位模块、无线通讯模块、电源模块、摄像头模块，传感器模块和离线定位模块分别与微处理器模块连接并向微处理器模块发送数据，无线通讯模块和存储模块分别与微处理器模块连接并进行数据交换，电源模块为智能头盔装置提供电能。本发明的智能头盔装置无论是在线或是离线的网络环境下都能实现人员定位、数据采集、语音通信以及视频采集等功能，克服了无网络覆盖区域等智能头盔处于网络离线状况下相关环境信息采集的不足，实现了信息的无盲区传输，提高了离线状态下的探测能力和相应区域的全方位监控。
Description
技术领域
本发明涉及矿用头盔装置。
背景技术
随着无线网络技术的快速发展，无线网络在生活生产中扮演着越来越重要的角色，无线网络在通信和人员定位方面都有很广泛的应用，但是在一些特定的场合譬如建筑物、车辆、树木和其它障碍物阻挡等无线网络信号比较弱甚至无网络信号的地点，我们无法使用无线通信的功能，也就出现了盲点或者间歇性的监测。针对目前的情况需要提出针对性的方案给予解决。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能头盔装置，能根据实际工作状况实现人员定位、数据采集、语音通信、视频采集等功能，克服了现有技术中网络离线状态下相关信息采集不足的缺陷。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种智能头盔装置，包括头盔本体，所述智能头盔装置与所述中央监控室通过无线通讯基站和环网设备建立通讯，所述智能头盔装置包括LCD显示模块、传感器模块、存储模块、语音通讯模块、微处理器模块、离线定位模块、无线通讯模块、电源模块、摄像头模块，所述传感器模块和所述离线定位模块分别与所述微处理器模块连接并向所述微处理器模块发送数据，所述无线通讯模块和所述存储模块分别与所述微处理器模块连接并进行数据交换，所述电源模块为所述智能头盔装置提供电能。
所述智能头盔装置提供在线和离线两种工作模式，当所述智能头盔装置处于无线网络覆盖的区域时，所述智能头盔装置采用在线工作模式，当所述智能头盔装置处于无线网络覆盖不到的区域时，所述智能头盔装置采用离线工作模式，在所述在线工作模式下，所述微处理器模块将所述传感器模块所采集到的数据进行处理并通过无线通讯模块实时传输至无线通讯基站，在所述离线工作模式下，所述微处理器模块将所述传感器模块和所述离线定位模块所采集到的数据进行处理并存储在存储模块中，当所述智能头盔装置从离线工作模式转变为在线工作模式时，所述微处理器模块读取所述存储模块中的信息并通过无线通讯模块传输至无线通讯基站。
在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：
所述语音通信模块通过无线通讯模块实现与其他智能头盔装置和中央监控室的通话；所述语音通信模块包括直接网络通话和文本转换语音两种通话模式。
所述LCD显示模块，用于显示环境数据、位置信息数据，并提供语音通话拨号界面。
所述摄像头模块在所述在线工作模式下将所采集的视频信息通过无线通讯模块发送至无线通讯基站，所述摄像头模块在所述离线工作模式下将所采集的视频信息按照时间节点存储在所述存储模块中。
所述传感器模块包括模拟量传感器和数字量传感器，其中模拟量传感器通过A/D转换电路连接至微处理器模块的I/O端口，所述数字量传感器直接连接至所述微处理器模块的I/O端口。
所述头盔本体采用基于RSSI的加权质心算法确定其位置信息。
在所述离线工作模式下，所述离线定位模块中的加速度传感器分别采集X、Y、Z三个方向的加速度分量，由微处理器模块对时间进行双重积分运算计算所述头盔本体到无线通讯基站的距离，并按照时间节点将上述距离存储在存储模块中。
所述智能头盔装置还包括腰带，腰带上设有腰带盒，所述电源模块、微处理器模块、语音通讯模块、离线定位模块、无线通讯模块、存储模块以及LCD显示模块安装在所述腰带盒上；所述传感器模块安装在所述头盔本体上。
所述头盔本体上还设有矿灯，所述矿灯通过电源线连接所述电源模块。
所述中央监控室对与其连接的每个头盔本体进行编号，接收无线通讯基站通过环网设备发送的环境数据信息、人员定位信息以及语音信息，并按照时间节点进行二维/三维显示以及存储。
本发明的有益效果是：佩戴本发明的智能头盔装置的工作人员在进入井下或者矿中作业时，由于井下或者矿中的地形复杂，网络覆盖时有时无，智能头盔装置无论是在线或是离线的网络环境下都能实现人员定位、数据采集、语音通信以及视频采集等功能，在线状态下，智能头盔装置能够把所采集的环境位置等数据实时传输至无线通讯基站，并由无线通讯基站传送至中央监控室，进行环境状态和人员位置数据的采集和存储，离线状态下，智能头盔装置能够采集环境、位置等数据并按照时间节点进行存储，等再次进入在线状态时，将离线状态下存储的数据通过无线通讯基站发送至中央监控室，克服了无网络覆盖区域等智能头盔处于网络离线状况下相关环境信息采集的不足，实现了信息的无盲区传输，提高了离线状态下的探测能力和相应区域的全方位监控。
附图说明
图1为本发明的智能头盔装置的系统框架图。
图2为本发明的智能头盔装置的无线通信示意图。
图3为本发明的智能头盔装置在线工作模式下的信息采集与传递示意图。
图4为本发明的智能头盔装置实物组成示意图。
图5为本发明的双向语音通信示意图。
图中标号：1、LCD显示屏，2、传感器模块，3、存储模块，4、语音通讯模块，5、微处理器模块，6、离线定位模块，7、无线通讯模块，8、电源模块，9、摄像头模块，10、智能头盔装置，11、腰带，12、电源线，13、信号线，14、头盔本体，15、矿灯，16、无线通讯基站，17、光纤，18、环网设备，19、中央监控室，20、腰带盒。
具体实施方式
参照附图。
本发明的智能头盔装置10包括头盔本体14，智能头盔装置10与中央监控室19之间通过无线通讯基站16和环网设备18建立通讯。
智能头盔装置10包括LCD显示模块1、传感器模块2、存储模块3、语音通讯模块4、微处理器模块5、离线定位模块6、无线通讯模块7、电源模块8和摄像头模块9。
LCD显示模块1采用电阻触摸屏，其上有环境数据显示界面、位置信息显示界面，用于显示当前智能头盔装置10所处的环境数据以及位置信息，LCD显示模块1还提供语音通话拨号界面。LCD显示模块1与微处理器模块5连接并接收微处理器模块5的数据。
传感器模块2主要用于采集周围的温湿度信息、CO、PM2.5等环境参数，传感器模块2与微处理器模块5连接并向微处理器模块5发送所采集的数据，其中，采集温湿度信息的传感器采用数字量传感器，该数字量传感器所采集的信息无需中间调理电路或者A/D转换直接连接至微处理器模块5的I/O端口，减少了中间的电路，减少了干扰，使整个系统更加稳定可靠；采集CO、PM2.5等环境参数的传感器为模拟量传感器，需要经过相应的信号调理和A/D转换电路输出至微处理器的I/O端口。
存储模块3与微处理器模块5连接并进行数据交换，存储模块3可以采用三星二代MLC Nand Flash(MCL2)，MCL2容量为2G。在离线工作模式下，微处理器模块5将所采集的信息经过处理并按照时间节点存储在存储模块3中，当再次进入在线工作模式时，微处理器模块5读取存储模块3中存储的信息并传输至无线通讯基站16。
语音通信模块4与微处理器模块5连接并进行数据交换，通过LCD显示模块1上的语音拨号界面可以实现智能头盔装置10的携带者和中央监控室19的通话以及智能头盔装置10的携带者之间的相互通话，这种通话包括语音直接进行网络通话和文本转语音的通话模式，即从中央监控室19发出文本，智能头盔装置10以语音的形式发送给其携带者，这个方案采用语音芯片技术实现，中央监控室19的人员在电脑上输入中文语句或者选择常用的语句，通过网络系统将文字信息发送到智能头盔装置10，智能头盔装置10通过SYN6288中文语音合成芯片，将文字信息转化成语音信息，“读”给携带者听，这种方式的优点是占用网络带宽更少，中央监控室19下达的指令可以存储在数据库中，可以按照字符搜索、建立档案，方便查找，而且可以保持地面工作场所的安静，有利于监听智能头盔携带者人员声音。
微处理器模块5是整个智能头盔装置10的核心，负责对传感器模块2、离线定位模块6所采集到的数据进行处理，对摄像头模块9采集到的视频信息和语音通信模块4采集到的语音信息进行压缩编码，在无线网络覆盖的区域直接把处理后的数据通过无线通讯模块7进行传输，在离开无网络覆盖的区域时把采集到的数据存储到存储模块3，等再次进入无线网络覆盖的区域后把存储模块3存储的信息读取出来通过无线通讯模块7传输至无线通讯基站16。微处理器模块5采用以三星S3C6410为芯片的ARM11微处理器，该CPU基于ARM1176JZF-S核设计，内部集成了强大的多媒体处理单元，支持Mpeg4、H.264/H.263等格式的视频文件硬件编解码，可同时输出至LCD显示，微处理器模块5搭载Andrioid4.0.3系统，可以实现多线程的数据处理与存储。
离线定位模块6与微处理器模块5连接并向微处理器模块5发送数据。当智能头盔装置10处于无线网络覆盖不到的区域，即智能头盔装置10处于离线工作模式时，离线定位模块6中的加速度传感器开始工作，加速度传感器采用VTI高精度三轴数字加速度传感器SCA3100-D04，SCA3100-D04由三个高精度微电机加速度传感元件和一个灵活的SPI数字接口组成，通过SPI接口连接至微处理器模块5，传输速度可达10M/s，在工作范围内具有极其稳定的输出，加速度传感器采集X、Y、Z三个轴向的加速度输入至微处理器模块5，微处理器模块5将三轴分量对运动时间进行双重积分运算定位目标到无线通讯基站16的距离，将相应的位置信息按照时间节点存储到存储模块3中，当智能头盔装置10进入无线网络覆盖区域处于在线工作模式时，微处理器模块5 读取存储模块3中的信息并通过无线通讯传输至无线通讯基站16。
无线通讯模块7采用基于Marvell 8686芯片的SD，WiFi模块通过SDIO口连接至微处理器模块5，该WiFi模块支持IEEE802.11b/g协议，接收功耗为180mA，发送功耗在270mA，经微处理器模块5处理后的数据通过WiFi模块发送至无线通讯基站16，因为无线通讯模块7在整个系统装置中耗能较大，所以对其要通过静默和唤醒方式建立无线通信系统，降低无线发射耗电。
电源模块8采用便携式矿用可充电电池，实现对整个系统的正常供电，并根据不同的情况进入相应的运行、待机、休眠、关机等模式，以最大化的实现节能。
智能头盔装置10还包括腰带11，腰带11上设有腰带盒20，存储模块3、语音通讯模块4、微处理器模块5、离线定位模块6、无线通讯模块7、电源模块8安装在腰带盒20上便于携带者进行语音通讯等操作，智能头盔装置10可取出手执，如图4所示，传感器模块2安装在头盔本体14上，便于采集信息的准确性。
头盔本体14上还设有矿灯15，矿灯15通过电源线12连接至电源模块8以获取电能，传感器模块2和离线定位模块6通过信号线连接至微处理器模块5进行数据传输。
智能头盔装置10提供在线和离线两种工作模式，当智能头盔装置10处于无线网络覆盖的区域时，其采用在线工作模式，微处理器模块5将传感器模块2所采集到的数据进行处理，采用基于RSSI的加权质心算法确定人员的位置信息，基于RSSI的加权质心算法是以智能头盔10与无线通讯基站16之间的RSSI为依据，获取无线通讯模块7与无线通讯基站16之间的信号强度，计算每个无线通讯基站16坐标对应的加权值，通过加权值来体现无线通讯基站16对人员位置信息的影响程度，反映他们的内在关系，计算人员的位置信息。加权质心算法的计算公式为：
(1)
式中ωi(i=1,2,…N)为每个无线通讯基站16对应的加权值，通常ωi为携带智能头盔的人员位置与各个无线通讯基站16之间距离d的函数。
当智能头盔装置10处于没有网络覆盖的区域时，其采用离线工作模式，离线定位模块6中的加速度传感器开始工作，加速度传感器采用VTI高精度三轴数字加速度传感器SCA3100-D04，SCA3100-D04由三个高精度微电机加速度传感元件和一个灵活的SPI数字接口组成，通过SPI接口连接至微处理器模块，传输速度可达10M/s，在工作范围内具有极期稳定的输出，加速度传感器采集X、Y、Z三个轴向的加速度输入至微处理器模块5，经过微处理器模块5的处理，三轴分量对运动时间进行双重积分运算定位目标到无线通讯基站16的距离，将相应的位置信息按照时间节点存储到存储模块3中，当智能头盔10再处于在线的情况下时，微处理器模块5 读取存储模块3中的信息并通过无线通讯传输至无线通讯基站16。
Claims (10)
1.一种智能头盔装置，包括头盔本体，所述智能头盔装置与所述中央监控室通过无线通讯基站和环网设备建立通讯，其特征在于：所述智能头盔装置包括LCD显示模块、传感器模块、存储模块、语音通讯模块、微处理器模块、离线定位模块、无线通讯模块、电源模块、摄像头模块，所述传感器模块和所述离线定位模块分别与所述微处理器模块连接并向所述微处理器模块发送数据，所述无线通讯模块和所述存储模块分别与所述微处理器模块连接并进行数据交换，所述电源模块为所述智能头盔装置提供电能。
所述智能头盔装置提供在线和离线两种工作模式，当所述智能头盔装置处于无线网络覆盖的区域时，所述智能头盔装置采用在线工作模式，当所述智能头盔装置处于无线网络覆盖不到的区域时，所述智能头盔装置采用离线工作模式，在所述在线工作模式下，所述微处理器模块将所述传感器模块所采集到的数据进行处理并通过无线通讯模块实时传输至无线通讯基站，在所述离线工作模式下，所述微处理器模块将所述传感器模块和所述离线定位模块所采集到的数据进行处理并存储在存储模块中，当所述智能头盔装置从离线工作模式转变为在线工作模式时，所述微处理器模块读取所述存储模块中的信息并通过无线通讯模块传输至无线通讯基站。
2.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述语音通信模块通过无线通讯模块实现与其他智能头盔装置和中央监控室的通话；所述语音通信模块包括直接网络通话和文本转换语音两种通话模式。
3.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述LCD显示模块，用于显示环境数据、位置信息数据，并提供语音通话拨号界面。
4.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述摄像头模块在所述在线工作模式下将所采集的视频信息通过无线通讯模块发送至无线通讯基站，所述摄像头模块在所述离线工作模式下将所采集的视频信息按照时间节点存储在所述存储模块中。
5.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述传感器模块包括模拟量传感器和数字量传感器，其中模拟量传感器通过A/D转换电路连接至微处理器模块的I/O端口，所述数字量传感器直接连接至所述微处理器模块的I/O端口。
6.如权利要求5所述的智能头盔装置，其特征在于：在所述在线工作模式下，所述头盔本体采用基于RSSI的加权质心算法确定其位置信息。
7.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：在所述离线工作模式下，所述离线定位模块中的加速度传感器分别采集X、Y、Z三个方向的加速度分量，由微处理器模块对时间进行双重积分运算计算所述头盔本体到无线通讯基站的距离，并按照时间节点将上述距离存储在存储模块中。
8.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述智能头盔装置还包括腰带，腰带上设有腰带盒，所述电源模块、微处理器模块、语音通讯模块、离线定位模块、无线通讯模块、存储模块以及LCD显示模块安装在所述腰带盒上；所述传感器模块安装在所述头盔本体上。
9.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述头盔本体上还设有矿灯，所述矿灯通过电源线连接所述电源模块。
10.如权利要求1所述的智能头盔装置，其特征在于：所述中央监控室对与其连接的每个头盔本体进行编号，接收无线通讯基站通过环网设备发送的环境数据信息、人员定位信息以及语音信息，并按照时间节点进行二维/三维显示以及存储。
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