CN103985208A - 一种通过光控触发传递监测信息的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过光控触发传递监测信息的装置及方法，其中，该装置包括：光敏元件，用于感受外部光线变化；传感器及采集电路，用于采集监测区域的物理信息；语音电路，用于存储语音信息；扬声器，用于输出语音信息；MCU单元，用于当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。本发明公开的装置及方法实现了一种在黑暗、安静、不易长时间近距离接近等特定环境下使用的、触发方式简单、中短距离、低成本的信息传递方式，可大大提高了人员和设备的安全性。

Description

一种通过光控触发传递监测信息的装置和方法

技术领域

本发明涉及矿山安全应用技术领域，尤其涉及一种通过光控触发传递监测信息的装置和方法。

背景技术

在现代仪器仪表中，常用的人与设备间信息传递方式有指示灯、数码管、液晶屏、报警扬声器等。通过这些声或光的方式将监测仪器或设备本身的工作状态、网络通信状态、监测数据等信息展现在使用者的眼前。但是，上述所述人与设备间信息传递方式，在某些特定的环境如黑暗、不易靠近等地方，若使用者距离仪器超过3米，基本看不清显示内容。如果增大液晶屏、数码管等的面积或者体积，必然加大设备的体积，增加设备的功耗，不利于设备的小型化、低功耗，不能满足井下环境的需求，也不符合现代社会的环保趋势。

另外，目前市场上还出现了通过声音、光源触发电灯开关或继电器动作的产品，也有声音触发播放音乐的玩具等。还有红外、蓝牙、WIFI、ZIGBEE、无线电等触发方式。这些触发方式主要应用在民用、娱乐等领域。在矿山领域，也有利用人体红外线触发继电器通断从而控制封堵门开关的设备。但是，使用红外、蓝牙、WIFI、ZIGBEE、无线电等无线远程触发方式，原理复杂，且需要额外的接收发送设备，这将大幅增加设备的成本，不利用产品的大范围使用。此外，使用这些新技术和设备，首先需要对使用者进行相关知识的培训，需要他们学习新的技术、掌握新的使用和维护方法，这必将增大使用的难度，给使用者带来不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过光控触发传递监测信息的装置和方法，实现了一种中短距离、低成本的信息传递方式，且大大提高了人员和设备的安全性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种通过光控触发传递监测信息的装置，该装置包括：

光敏元件，用于感受外部光线变化；

传感器及采集电路，用于采集监测区域的物理信息；

语音电路，用于存储语音信息；

扬声器，用于输出语音信息；

MCU单元，用于当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

一种通过光控触发传递监测信息的方法，该方法包括：

利用光敏元件感受外部光线变化；

当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，由MCU单元接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，该方案尤其适合半封闭空间、黑暗、安静、不能或不易长时间近距离接近等环境，通过光敏元件来感受光线变化，当光源照射到光敏元件时，反馈给MCU单元(微控制单元)，进而通过扬声器来播报监控信息。即可通过远距离光源(如手电筒)照射光敏元件，触发监测仪器或设备自动播放监测信息、状态信息等；而每个下井矿工都随身携带着手电筒，使用时只需对着设备照射一下即完成操作，也即不增加任何设备，即可让几米或十几米外的使用者获取到监测系统的监测信息、状态信息等，减少人员进入危险区域的时间和频率，提高人员和设备的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例一提供的一种通过光控触发传递监测信息的装置的示意图；

图2为本发明实施例一提供的又一种通过光控触发传递监测信息的装置的示意图；

图3为本发明实施例二提供的一种通过光控触发传递监测信息的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

随着国民经济的高速发展，对矿产资源需求量的日益增加，矿山开采诱发的安全问题日益突出，顶板冒落、岩移、岩爆、滑坡等重大工程地质灾害和事故隐患严重。针对这些安全问题，我国政府安监部门和行业协会等出台了很多安全措施规定，其中包括建设矿山安全“六大系统”、尾矿库安全监测系统等。

在这些系统所使用的监测仪器或设备上，使用的人与设备间信息传递方式有指示灯、数码管、液晶屏、扬声器等。通过这些声或光的方式将监测仪器或设备本身的工作状态、网络通信状态、监测数据等信息传递给使用者。但这些人与设备间信息传递方式在矿山环境具有其局限性。比如采空区，因为其所处的环境属于地下半封闭空间、常年黑暗、安静且有坍塌的危险，观察者不易或不能长时间、近距离接近监测仪器。使用传统人-设备信息传递方式的监测仪器或设备，若使用者站在距离该仪器3米外的地方，可能什么信息也看不清楚，不能起到信息及时传递的作用。而使用扬声器播放信息，在监测监控系统里必须对其播放进行控制，也即配备触发方式。若使用WIFI、红外、蓝牙、ZIGBEE、无线电等无线远程触发方式，原理复杂，且需要额外的接收发送设备，这将大幅增加设备的成本，不利用产品的大范围使用。此外，使用这些新技术，它需要对使用者(一般为矿工)进行相关知识的培训，需要他们学习新的技术、掌握新的使用和维护方法，这必将增大使用者的难度，给使用和推广带来不便。因此本发明要解决的问题是提供一种在黑暗、安静、不易长时间近距离接近等特定环境下使用的触发方式简单、实现成本低的信息传递方式。

使用本发明的方案，可通过远距离光源(如手电筒)照射光敏元件，触发监测仪器或设备自动播放监测信息、状态信息等。而每个下井矿工都随身携带着手电筒，使用时只需对着设备照射一下即完成操作，也即不增加任何设备，即可让几米或十几米外的使用者获取到监测系统的监测信息、状态信息等，减少人员进入危险区域的时间和频率，提高人员和设备的安全性。

本发明主要应用于矿山及土木工程等特定场所。这些场所具有其独特的环境，如常年黑暗、安静且有坍塌的危险等。只有在常年黑暗的条件下，才能使用外界光源进行准确触发，否则外界光线频繁变化，那么设备会被频繁触发或误触发，不利于设备降低功耗和小型化；仪器安装场所安静，背景声音单一，噪音小，设备在触发后所播放的监测信息才能被人在十几米外的距离也可清楚地听到，而不需要通过增大扬声器功率来达到此目的；在有坍塌危险的场所，才具有不易或不能长时间、近距离接近的特点，适合本发明的应用条件。此外，因为其适用场所的危险性，根据国家和行业的相关规定必须要对其进行监测监控，所以本发明具有广大的应用需求。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种通过光控触发传递监测信息的装置的示意图。如图1所示，该装置主要包括：

光敏元件，用于感受外部光线变化；

传感器及采集电路，用于采集监测区域的物理信息；

语音电路，用于存储语音信息；

扬声器，用于输出语音信息；

MCU单元，用于当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

进一步的，所述光敏元件与所述MCU单元的P1端口相连，当光源对所述光敏元件进行照射时，所述光敏元件的电阻减小，P1端口电压由低电平转为高电平。

进一步的，所述MCU单元中内置一触发器，用于时刻监听P1端口的状态；当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，进入中断处理程序状态。

进一步的，所述通过扬声器输出对应的语音信息包括：当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，再通过扬声器输出对应的语音信息；所述触发器进入中断处理程序状态后关闭触发器，当所述对应的语音信息输出完毕之后，再开启所述触发器。

进一步的，预设的规则包括：依次组合监测类型、监测值、监测值的单位与监测状态。

为便于理解，下面结合图2对该装置的工作原理做详细介绍。

图2中，RL代表光敏元件，该光敏元件可以是光敏二极管，包含光敏电阻、光敏三极管、光敏倍增管等。RL与所述MCU单元的P1端口相连。光敏元件具有在光源直射的条件下电阻急剧减小的特性，即平时无光源照射时其处于断路状态，此时微处理器MCU的P1端口处于低电平；当有光源照射时，RL电阻急剧减小，相当于从断路状态转为短路状态，此时P1端口的电压由低电平转为高电平。

MCU单元内部设置了一个时刻监听P1端口的状态的触发器，一旦发现P1端口的状态发生变化，由低电平变为高电平，在持续一段时间后又恢复低电平，触发器立即触发进入中断处理程序。在中断处理程序中，MCU单元会通过内部或外部A/D(模拟/数字)采样来自于传感器及采集电路的监测信息，接着将此监测信息及其它的数字信息与将要输出的状态、通讯、前后缀等语言文字信息进行组合，然后从接在P2端口的语音电路中读取相对应地址的语音，(也可以先从语音电路中读取语音信息后再进行组合)，再通过P3端口的扬声器进行输出。

本发明实施例中，数字信息与语言文字信息的组合方式通过微处理器MCU内部的程序按照一定的规则进行组合，形成能够表述监测信息、状态信息的语句。组合规则已经预先进行了设置，示例性，可以设置为依次组合监测类型、监测值、监测值的单位与监测状态。例如：在语音电路中存储：“电压值”、“点”、“伏”、“一”、“二”、…“十”等内容。在手电筒照射光敏元件后，中断控制器被触发，MCU单元首先通过A/D采样获得电压值3.21伏，从语音电路中读出“三”、“二”、“一”数字内容，再从语音电路中调出所需的“电压值”、“点”、“伏”、“电压不正常”等语言文字内容，按照一定的规则进行组合后输出到扬声器进行播放：“电压值是三点二一伏，电压不正常”。

另一方面，本发明实施例中将光敏元件触发播放语音的条件设置为光源照射至光敏元件之后又移开，即P1端口的电压由低变高再恢复低电平才进入语音播放等后续处理程序，这样可以避免外界光源状态只改变一次后一直不变而造成的重复播放及播放不停止等问题。此外，为避免一次播放未完，第二次又触发播放，可以将MCU单元内部的触发器在进入中断处理程序之后，先关闭触发器再进行语音播放，待全部播放完毕后，才退出中断处理程序，再打开中断处理器检测P1口电平。

本发明实施例的方案可广泛的用于矿山及土木工程等监测设备中，包括有毒有害气体监测(如CO、N02、瓦斯等)，应力、应变、位移、降雨量、风速、风压等监测。它为矿山采空区及危岩体等特殊环境提供了一种中短距离、低成本的信息传递方式。

本发明实施例的方案尤其适合半封闭空间、黑暗、安静、不能或不易长时间近距离接近等环境，通过光敏元件来感受光线变化，当光源照射到光敏元件时，反馈给MCU单元(微控制单元)，进而通过扬声器来播报监控数据。即可通过远距离光源(如手电筒)照射光敏元件，触发监测仪器或设备自动播放监测信息、状态信息等；而每个下井矿工都随身携带着手电筒，使用时只需对着设备照射一下即完成操作，也即不增加任何设备，即可让几米或十几米外的使用者获取到监测系统的监测信息、状态信息等，减少人员进入危险区域的时间和频率，提高人员和设备的安全性。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种通过光控触发传递监测信息的方法的流程图图。如图3所示，该方法主要包括：

步骤31、利用光敏元件感受外部光线变化；

步骤32、当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，由MCU单元接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

进一步的，该方法还包括：利用MCU单元的P1端口与所述光敏元件相连，当光源对所述光敏元件进行照射时，所述光敏元件的电阻减小，P1端口电压由低电平转为高电平。

进一步的，该方法还包括：利用所述MCU单元中内置的触发器，来时刻监听P1端口的状态变化；

当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，进入中断处理程序状态。

进一步的，所述通过扬声器输出对应的语音信息包括：

当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，再通过扬声器输出对应的语音信息；且在输出对应的语音信息之前关闭触发器，在所述对应的语音信息输出完毕之后，再开启所述触发器。

进一步的，预设的规则包括：依次组合监测类型、监测值、监测值的单位与监测状态。

需要说明的是，该方法通常基于实施例一所述的装置来实现，因此，其工作原理基本类似，故不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种通过光控触发传递监测信息的装置，其特征在于，该装置包括：

光敏元件，用于感受外部光线变化；

传感器及采集电路，用于采集监测区域的物理信息；

语音电路，用于存储语音信息；

扬声器，用于输出语音信息；

MCU单元，用于当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光敏元件与所述MCU单元的P1端口相连，当光源对所述光敏元件进行照射时，所述光敏元件的电阻减小，P1端口电压由低电平转为高电平。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述MCU单元中内置一触发器，用于时刻监听P1端口的状态；当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，进入中断处理程序状态。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述通过扬声器输出对应的语音信息包括：

当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，再通过扬声器输出对应的语音信息；所述触发器进入中断处理程序状态后关闭触发器，当所述对应的语音信息输出完毕之后，再开启所述触发器。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，预设的规则包括：依次组合监测类型、监测值、监测值的单位与监测状态。

6.一种通过光控触发传递监测信息的方法，其特征在于，该方法包括：

利用光敏元件感受外部光线变化；

当有外部光源对所述光敏元件进行照射并移开后，由MCU单元接收传感器及采集电路的采集到的监测信息，并从所述语音电路中读取对应的语音信息后，按照预设的规则组合，或者按照预设的规则组合后从所述语音电路中读取对应的语音信息；再通过扬声器输出对应的语音信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用MCU单元的P1端口与所述光敏元件相连，当光源对所述光敏元件进行照射时，所述光敏元件的电阻减小，P1端口电压由低电平转为高电平。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该方法还包括：

利用所述MCU单元中内置的触发器，来时刻监听P1端口的状态变化；

当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，进入中断处理程序状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述通过扬声器输出对应的语音信息包括：

当所述触发器监听到P1端口的电压由低电平转为高电平再恢复为低电平后，再通过扬声器输出对应的语音信息；且在输出对应的语音信息之前关闭触发器，在所述对应的语音信息输出完毕之后，再开启所述触发器。

10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，预设的规则包括：依次组合监测类型、监测值、监测值的单位与监测状态。