CN106360873A - 一种矿山救护人员头盔通讯装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种矿山救护人员头盔通讯装置，解决救援灾区环境信息的采集、救护队员相互交流以及与指挥基地之间的信息交流困难问题，避免救护队员的伤亡以及为救援决策提供更多的现场信息。矿山救护人员头盔通讯装置包括环境信息采集系统、实时信息共享系统和电源系统；电源系统为环境信息采集系统和实时信息共享系统提供电源；环境信息采集系统包括声音信息采集模块、温度信息采集模块、矿井气体检测模块、风速采集模块、粉尘采集模块。实时信息共享系统包括语音通话模块和远程传输模块；语音通话模块包括语音通信发送端和语音通信接收端；远程传输模块包括无线wifi无线模块、控制模块、数据传输模块。

Description

一种矿山救护人员头盔通讯装置

技术领域

本发明涉及矿业应急救援通讯信息技术领域，具体涉及一种矿山救护人员头盔通讯装置。

背景技术

矿井生产中时常发生瓦斯、水、火、煤尘、顶板等灾害事故，而且这些灾害常常是共生的，造成井下灾区条件与环境异常的险恶、复杂，如巷道中漂浮大量的煤尘和岩粉、高温烟气逆流、有毒有害气体漫延、瓦斯气体的喷出、井下巷道错综复杂等等，这些因素都会对矿井救援过程产生干扰。现今，矿山救援通讯技术及装备发展缓慢，救援装备不能适应复杂的救援环境，灾区一旦发生瓦斯爆炸、煤层自燃等事故，救护队员穿着防护服和戴着头盔全面武装进入灾区，由于灾区环境复杂、噪音大、救援通讯设备传输距离短、抗干扰能力差等因素，影响救护队员直接获取外界灾情信息，救护队员之间也无法及时交流以及救护队员之间不能与井下救护基地和地面各级救援指挥中心进行准确、实时的联系,有效地反映灾区现场情况,在一定程度上影响了救灾抢险指挥决策，灾区灾情随时可能发生突变会导致救护队员的人员伤亡以及事故的进一步扩大。

发明内容

本发明的目的是提供一种矿山救护人员头盔通讯装置，解决了救援灾区环境信息的采集、救护队员相互交流以及与指挥基地之间的信息交流困难问题，避免救护队员的伤亡以及为救援决策提供更多的现场信息等。

本发明实现上述目的的技术方案是：一种矿山救护人员头盔通讯装置，包括环境信息采集系统、实时信息共享系统和电源系统；所述电源系统为环境信息采集系统和实时信息共享系统提供电源；所述环境信息采集系统包括声音信息采集模块、温度信息采集模块、矿井气体检测模块、风速采集模块、粉尘采集模块；

所述实时信息共享系统包括语音通话模块和远程传输模块；所述语音通话模块包括语音通信发送端和语音通信接收端；所述语音通信发送端包括话筒、降噪模块、音频处理模块、发射器、静噪编码器、转换器、天线；所述语音通信接收端包括天线、载波降噪、编码静噪解码器、接收器、音频放大器、扬声器；所述远程传输模块包括wifi无线模块、控制模块、数据传输模块；

话筒将收集的音频信息通过降噪模块降噪后，输入音频处理模块进行编码调制传输给发射器，经发射器中锁相环和压控振荡器(VCO)产生发射的射频载波信号，经过缓冲放大，激励放大、功放，产生额定的射频功率，然后将发射器输出的信息传输给转换器，转换器接收到信号后通过天线发射出去；

wifi无线模块与控制模块双向连接，数据传输模块与控制模块双向连接，其他代发信号输入(如：矿井气体检测数据、矿井温度信息、井下风速、粉尘浓度等)与数据传输模块的输入相连，其他接收信号的终端设备与数据传输模块输出端相连。wifi无线模块通过无线mesh网络与井下指挥中心相连进行双向通讯；同时井下指挥中心通过有线接入与地面指挥中心进行双向实时通信；

环境信息采集系统收集的信息以及语音通话模块的通信信息均通过远程传输模块发送至井下指挥中心，井下指挥中心将信息通过有线网络传递至地面指挥中心；地面或者井下指挥中心的决策信息也通过有限网络接收。

语音通话模块采用编码静音方式，CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制；接收鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器的输出。

声音信息采集模块包括麦克风、放大器、骨导受话器和音量调控器，将采集的环境声音通过麦克风收集传送至放大器，经过音量调控器调节后，通过骨导受话器传递给救护队员，所述骨导受话器与救护人员的乳突骨紧密接触。

电源系统包括电池组、备用电池组、防爆外壳和电源切换模块，所述电池组、备用电池组分别均与环境信息采集系统、实时信息共享系统相连接；电池组和备用电池组通过电源切换模块相连接。

温度信息采集模块包括红外测温模块和热敏电阻，热敏电阻设置在头盔内部，红外测温模块设置于头盔外部的四面，可对近距离的温度作出检测。

矿井气体检测模块包含气体传感器及报警装置；主要检测井下灾区的气体是常见的煤层气以及煤层火灾指标气体；可以对灾区环境的气体数据进行采集，帮助救护队员决策是否能够进入灾区，避免救护队员的人员伤亡。

所述风速采集模块可以对井下巷道的风量信息采集，可以根据现场灾情及时调节风量或者停止向灾区供风，有利于控制灾情的进一步扩大。

所述粉尘采集模块能够分析环境中粉尘的浓度，提醒救护队员采取防尘措施，避免吸入过多的粉尘对人体造成伤害或者发生粉尘爆炸事故。

语音通话模块采用麦克风阵列，可以多个方向接收运信号。

语音通信接收端通过降噪模块由扬声器将声音输出，经过空气传入耳内，远程传输模块的数据传输语音输出端与扬声器相连，音频处理模块输入端与麦克风相连，将声音信息采集模块采集的信息传送至音频处理模块，将音频处理模块输出端的信息与语音通话模块输入端的信息通过数据传输模块发送至指挥中心。

本发明的优点是：

1.矿井救援头盔通讯装置能够多方面地获取灾区的信息，灾区的环境状况、灾害的发展状况、灾区的温度及有毒有害气体信息，为制定全面的救援计划提供真实的数据。

2.矿山救援头盔通讯装置使矿井安全头盔的功能更加丰富，解决了救护队员之间的信息交流问题，为救护队员提供了可靠的信息保障，避免救护队员的伤亡。

3.该通讯装置可以实时共享传送灾区的信息资料到井下及地面指挥中心，为专家的及时决策提供现场资料。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图。

图2为本发明一个具体实施例的系统结构示意图。

图中标记：1-话筒，2-降噪模块，3-音频处理模块，4-发射器，5-转换器，6-静噪编码器，7-矿井气体检测模块，8-温度信息采集模块，9-声音信息采集模块，10-数据传输模块，11-控制模块，12-wifi无线模块，13-扬声器，14-音频放大器，15-接收器，16-载波降噪，17-编码静噪解码器，18-井下指挥中心，19-地面指挥中心

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细描述：

如图1、图2所示的一种矿山救护人员头盔通讯装置，包括环境信息采集系统、实时信息共享系统和电源系统；所述电源系统为环境信息采集系统和实时信息共享系统提供电源；所述环境信息采集系统包括声音信息采集模块9、温度信息采集模块8、矿井气体检测模块7、风速采集模块、粉尘采集模块；

所述实时信息共享系统包括语音通话模块和远程传输模块；所述语音通话模块包括语音通信发送端和语音通信接收端；所述语音通信发送端包括话筒1、降噪模块2、音频处理模块3、发射器4、静噪编码器6、转换器5、天线；所述语音通信接收端包括天线、载波降噪、编码静噪解码器17、接收器15、音频放大器14、扬声器13；所述远程传输模块包括wifi无线模块12、控制模块11、数据传输模块10；

话筒1将收集的音频信息通过降噪模块2降噪后，输入音频处理模块3进行编码调制传输给发射器4，经发射器4中锁相环和压控振荡器(VCO)产生发射的射频载波信号，经过缓冲放大，激励放大、功放，产生额定的射频功率，然后将发射器4输出的信息传输给转换器5，转换器5接收到信号后通过经过天线低通滤波器，抑制谐波成分，然后通过天线发射出去。

wifi无线模块12与控制模块11双向连接，数据传输模块10与控制模块11双向连接，其他代发信号输入与数据传输模块10的输入相连，其他接收信号的终端设备与数据传输模块10输出端相连。wifi无线模块12通过无线mesh网络与井下指挥中心18相连进行双向通讯；同时井下指挥中心18通过有线接入与地面指挥中心19进行双向实时通信；

环境信息采集系统收集的信息以及语音通话模块的通信信息都通过远程传输模块发送至井下指挥中心18，井下指挥中心18将信息通过有线网络传递至地面指挥中心19；地面指挥中心19或者井下指挥中心18的决策信息也通过有限网络接收。

语音通话模块采用编码静音方式，CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制；接收鉴频后得到的低频信号，一部分经过放大和亚音频的带通滤波器进行滤波整形，进入CPU，与预设值进行比较，将其结果控制音频功放和扬声器13的输出。即如果与预置值相同，则打开扬声器13，若不同，则关闭扬声器13。

声音信息采集模块9包括麦克风、放大器、骨导受话器和音量调控器，将采集的环境声音通过麦克风收集传送至放大器，经过音量调控器调节后，通过骨导受话器传递给救护队员，所述骨导受话器与救护人员的乳突骨紧密接触，所述骨导受话器可以将井下各种环境声音通过头骨传到内耳，如灾区或发生瓦斯爆炸、通风设备噪音大等情况，避免井下环境噪音阈值超过承受极限对人的听力造成损伤，同时救护队员可以同步发送环境声音至指挥中心，指挥中心对声音信息进行解析判断灾区的状况。语音通话模块使用麦克风阵列，可以多个方向接收运信号，增强语音的质量，适应于复杂环境中语音通信。

电源系统包括电池组、备用电池组、防爆外壳和电源切换模块，所述电池组、备用电池组分别均与环境信息采集系统、实时信息共享系统相连接；电池组和备用电池组通过电源切换模块相连接。电源系统有备用电源，一旦电源出现故障备用电源及时开启，可短时间内为救护队员提供支撑，及时撤出灾区或者到避难硐室寻找新的供电设备。

温度信息采集模块8包括红外测温模块和热敏电阻，热敏电阻设置在头盔内部，红外测温模块设置于头盔外部的四面，可对近距离的温度作出检测，及时判断环境温度避免救护人员进入高温烟流区域。

矿井气体检测模块7包含气体传感器及报警装置；主要检测井下灾区的气体是常见的煤层气以及煤层火灾指标气体；可以对灾区环境的气体数据进行采集，超过预警值进行报警，帮助救护队员决策是否能够进入灾区，避免救护队员的人员伤亡。矿井气体检测模块7通过定制可对常见的煤矿气体CO、CH₄、O₂等气体浓度值进行检测，超过预警值进行报警，引导救护队员的及时撤退；

风速采集模块可以对井下巷道的风量信息采集，可以根据现场灾情及时调节风量或者停止向灾区供风，有利于控制灾情的进一步扩大。

粉尘采集模块能够分析环境中粉尘的浓度，提醒救护队员采取防尘措施，避免吸入过多的粉尘对人体造成伤害或者发生粉尘爆炸事故。

环境信息采集系统检测的温度、气体数据值超过设定值通过声光报警模块警示，同时通过实时信息共享系统发送数据到井下指挥中心18。

语音通信接收端通过降噪模块2由扬声器13将声音输出，经过空气传入耳内，远程传输模块中的数据传输模块的语音输出端与扬声器13相连，音频处理模块3输入端与麦克风相连，将声音信息采集模块9采集的信息传送至音频处理模块3，将音频处理模块3输出端的信息与语音通话模块输入端的信息通过数据传输模块10发送至指挥中心。

远程传输模块中控制模块11具有抗干扰能力强，对同频干扰及各种噪声具有极强的抑制能力，能够适应灾区复杂的环境。

远程传输模块中wifi无线模块12是采用LSD4WF-2MD05107SEMTECH公司最新的LoRa TM调制技术，该模块完全符合802.11b/g/n国际标准规范，内部集成了高性能SOC Wi-Fi芯片，该模块能够方便的将传统串口设备或MCU控制设备接入网络，从而实现无线联网控制。

远程传输模块中数据传输模块10采用专有低压差发送器输出级，使用双电荷泵在3.0V至5.5V电源供电时能够实现在120kbps数据速率，同时保持RS-232输出电平，同时具有1μA关断模式特性，可有效降低功耗，并延长便携式系统中电池的寿命。

Claims (6)

1.一种矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：包括环境信息采集系统、实时信息共享系统和电源系统；所述电源系统为环境信息采集系统和实时信息共享系统提供电源；

所述环境信息采集系统包括声音信息采集模块、温度信息采集模块、矿井气体检测模块、风速采集模块、粉尘采集模块；

所述实时信息共享系统包括语音通话模块和远程传输模块；所述语音通话模块包括语音通信发送端和语音通信接收端；所述语音通信发送端包括话筒、降噪模块、音频处理模块、发射器、静噪编码器、转换器、天线；所述语音通信接收端包括天线、载波降噪、编码静噪解码器、接收器、音频放大器、扬声器；所述远程传输模块包括wifi无线模块、控制模块、数据传输模块；

话筒将收集的音频信息通过降噪模块降噪后，输入音频处理模块进行编码调制传输给发射器，经发射器中锁相环和压控振荡器产生发射的射频载波信号，然后将发射器输出的信息传输给转换器，转换器接收到信号后通过天线发射出去；

所述wifi无线模块与控制模块双向连接，数据传输模块与控制模块双向连接，wifi无线模块通过无线mesh网络与井下指挥中心连接进行双向通讯；环境信息采集系统收集的信息以及语音通话模块的通信信息均通过远程传输模块发送至井下指挥中心。

2.根据权利要求1所述的矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：所述语音通话模块采用编码静音方式，CPU产生CTCSS/DTCSS信号经过放大调整，进入压控振荡器进行调制。

3.根据权利要求1或2所述的矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：所述声音信息采集模块包括麦克风、放大器、骨导受话器和音量调控器，采集的环境声音通过麦克风收集传送至放大器，经过音量调控器调节后，通过骨导受话器传递。

4.根据权利要求3所述的矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：电源系统包括电池组、备用电池组、防爆外壳和电源切换模块，所述电池组、备用电池组分别均与环境信息采集系统、实时信息共享系统相连接；电池组和备用电池组通过电源切换模块相连接。

5.根据权利要求4所述的矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：温度信息采集模块包括红外测温模块和热敏电阻，热敏电阻设置在头盔内部，红外测温模块设置于头盔外部的四面。

6.根据权利要求5所述的矿山救护人员头盔通讯装置，其特征在于：语音通话模块采用麦克风阵列。