CN110324942A - 智能矿灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能矿灯，包括蓄电池、照明模块、多功能模块和节能模块，所述蓄电池的输出端与所述节能模块的输入端连接，所述节能模块的输出端分别与所述照明模块的电源端、多功能模块的电源端连接；所述节能模块包括软开关、恒流单元和低压减载单元，所述软开关的输入端与所述蓄电池连接，所述软开关的输出端分别与所述恒流单元的输入端、低压减载单元输入端连接，所述恒流单元的输出端与所述照明模块的输入端连接，所述低压减载单元的输出端设置于多功能模块电源端与电源之间，用于控制多功能模块电源的通断。本发明提供一种集照明、精确定位、拍照、摄像、语音对讲、视频对讲等多功能为一体的高效节能智能矿灯。

Description

智能矿灯

技术领域

本发明涉及矿井用灯具领域，尤其涉及一种智能矿灯。

背景技术

矿灯是矿用灯具或工矿灯具的简称，主要用于矿山、石油、化工、铁路、运输、仓储等存在的易燃易爆可燃气体的环境中，并为其提供安全照明。传统的矿灯只具备单一的照明功能，但随着物联网、大数据、云平台、人工智能等技术的发展，以及智慧矿山的逐步推广普及，使矿灯从单一照明扩展为具备定位、对讲、拍照、摄像、WIFI、SOS紧急救援等功能是当下技术发展和重视生命安全的必然选择，但随着矿灯功能的增多其对电能的消耗也随之增大，即，同样容量的蓄电池，在功能增多后其续航时间必然缩短。

因此，亟需一种高效节能的智能矿灯。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种集照明、精确定位、拍照、摄像、语音对讲、视频对讲等多功能为一体的高效节能智能矿灯。

本发明提供一种智能矿灯，其特征在于：包括蓄电池、照明模块、多功能模块和节能模块，所述蓄电池的输出端与所述节能模块的输入端连接，所述节能模块的输出端分别与所述照明模块的电源端、多功能模块的电源端连接；

所述节能模块包括软开关、恒流单元和低压减载单元，所述软开关的输入端与所述蓄电池连接，所述软开关的输出端分别与所述恒流单元的输入端、低压减载单元输入端连接，所述恒流单元的输出端与所述照明模块的输入端连接，所述低压减载单元的输出端设置于多功能模块电源端与电源之间，用于控制多功能模块电源的通断。

进一步，所述照明模块包括主光源、辅光源和光源切换电路，所述主光源、辅光源和光源切换电路的电源端与所述恒流单元的输出端连接，所述光源切换电路的控制输入端与所述主光源的输出端连接，所述光源切换电路的控制输出端与所述辅光源的控制输入端连接。

进一步，所述软开关包括第一软开关和第二软开关，所述第一软开关的输入端与第二软开关的输入端分别与所述蓄电池连接，所述第一软开关的输出端与所述恒流单元的输入端连接，所述第二软开关的输出端与所述多功能模块的电源端连接，

所述第一软开关包括手动开关S1、MOS管Q1、电容C1和电阻R1，所述手动开关S1的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1并联与电容C1两端，MOS管Q1的栅极与电容C1和手动开关S1的公共连接点连接，MOS管Q1的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q1的源极为所述第一软开关的输出端，其中MOS管Q1为N道沟增强型MOS管；

所述第二软开关包括手动开关S2、MOS管Q6、电容C2和电阻R5，所述手动开关S2的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R5并联与电容C2两端，MOS管Q6的栅极与电容C2和手动开关S2的公共连接点连接，MOS管Q6的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q6的源极为所述第二软开关的输出端，其中MOS管Q6为N道沟增强型MOS管。

进一步，所述恒流单元包括电阻R2、稳压二极管DW1和MOS管Q2，电阻R2的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R2的另一端与稳压二极管DW1的阴极连接，稳压二极管DW1的阳极接地，MOS管Q2的源极与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q2的栅极与电阻R2和稳压二极管DW1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极为所述恒流单元的输出端，其中，MOS管Q2为P道沟增强型MOS管。

进一步，所述低压减载单元包括电阻R6、比较器U1、减载指示灯LED3和MOS管Q7，所述电阻R6的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R6的另一端接地，比较器U1的反相端与电阻R6和MOS管Q1的源极的公共连接点连接，比较器U1的同相端与基准电压连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q7的源极与MOS管Q6的源极连接，MOS管Q7的漏极与所述多功能模块的电源端连接，减载指示灯LED3的正极与比较器U1的输出端连接，减载指示灯LED3的负极接地，其中MOS管Q7为P道沟增强型MOS管。

进一步，所述主光源为节能型LED1，所述辅光源为节能型LED2，所述光源切换电路包括电阻R3、电阻R4、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，

所述电阻R3的一端与主光源LED1的负极连接，电阻R3的输出端接地，MOS管Q3的漏极、MOS管Q4的漏极分别与电阻R3和LED1的公共连接点连接，MOS管Q3的源极经电阻R4与所述恒流单元的输出端连接，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极连接，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q5的漏极与速搜恒流单元的输出端连接，MOS管Q5的栅极与MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接，MOS管Q5的源极与辅光源LED2的正极连接，辅光源LED2的负极接地，其中，MOS管Q3为P道沟增强型MOS管，MOS管Q4和MOS管Q5为N道沟增强型MOS管。

进一步，所述智能矿灯还包括UWB定位模块，所述UWB定位模块的定位标签设置于智能矿灯内侧壁，用于定位矿灯使用者的实时位置。

本发明的有益效果：本发明提供基于UWB精确定位的多功能智能矿灯，在实现精确定位、拍照、摄像、语音对讲、视频对讲等多功能的同时，通过软开关电路的设置降低开关损耗和开关噪音，提升矿灯蓄电池的续航时间；通过恒流单元的设置可有效缓解恒压供电导致的主光源和辅光源将电能转换为热能的问题，从而实现节能；同时，在主光源故障时辅光源自动开启，主光源正常照明时辅光源自动关闭，提升矿灯的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1本发明的电路结构框图。

图2本发明的电路原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：

本发明提供的一种智能矿灯，其特征在于：包括蓄电池、照明模块、多功能模块和节能模块，所述蓄电池的输出端与所述节能模块的输入端连接，所述节能模块的输出端分别与所述照明模块的电源端、多功能模块的电源端连接；

所述节能模块包括软开关、恒流单元和低压减载单元，所述软开关的输入端与所述蓄电池连接，所述软开关的输出端分别与所述恒流单元的输入端、低压减载单元输入端连接，所述恒流单元的输出端与所述照明模块的输入端连接，所述低压减载单元的输出端设置于多功能模块电源端与电源之间，用于控制多功能模块电源的通断。

所述多功能模块包括摄像头、麦克风、扩音器、主控模块和通信模块，所述摄像头的输入端与所述主控模块的输入端连接，所述麦克风的输入端与所述主控模块的输入端连接，所述扩音器与所述主控模块的输出端连接，所述主控模块与通信模块通信连接，从而实现拍照、摄像、语音对讲等功能个，其中主控电路选用STC公司生产的STCl5W408AS单片机作为主控电路，其具有超低功耗，所述电路连接和芯片控制，本领域技术人员可根据STCl5W408AS的说明书来完成，在此不再赘述；其中通信模块采用现有的无线通信，如WIFI、4G、5G通信，本领域技术人员可根据实际工况进行选择，在此不再赘述。

锂电池具有能量密度大、平均输出电压高、自放电小、循环性能优越等优点，在本发明中，所述蓄电池选用现有的锂电池，本领域技术人员可根据实际工况选择合适的锂电池，在此不再赘述。

通过上述技术方案，可在实现精确定位、拍照、摄像、语音对讲、视频对讲等多功能的同时，通过软开关电路的设置降低开关损耗和开关噪音，提升矿灯蓄电池的续航时间；通过恒流单元的设置可有效缓解恒压供电导致的主光源和辅光源将电能转换为热能的问题，从而实现节能。

在本实施例中，所述照明模块包括主光源、辅光源和光源切换电路，所述主光源、辅光源和光源切换电路的电源端与所述恒流单元的输出端连接，所述光源切换电路的控制输入端与所述主光源的输出端连接，所述光源切换电路的控制输出端与所述辅光源的控制输入端连接。

通过上述技术方案，实现在主光源故障时辅光源自动开启，主光源正常照明时辅光源自动关闭，从而提升矿灯的稳定性。

在本实施例中，所述软开关包括第一软开关和第二软开关，所述第一软开关的输入端与第二软开关的输入端分别与所述蓄电池连接，所述第一软开关的输出端与所述恒流单元的输入端连接，所述第二软开关的输出端与所述多功能模块的电源端连接，

所述第一软开关包括手动开关S1、MOS管Q1、电容C1和电阻R1，所述手动开关S1的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1并联与电容C1两端，MOS管Q1的栅极与电容C1和手动开关S1的公共连接点连接，MOS管Q1的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q1的源极为所述第一软开关的输出端，其中MOS管Q1为N道沟增强型MOS管；

所述第二软开关包括手动开关S2、MOS管Q6、电容C2和电阻R5，所述手动开关S2的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R5并联与电容C2两端，MOS管Q6的栅极与电容C2和手动开关S2的公共连接点连接，MOS管Q6的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q6的源极为所述第二软开关的输出端，其中MOS管Q6为N道沟增强型MOS管。

其工作原理如下：

在手动开关从断开到闭合状态,电容C1和电容C2开始充电，当电容C1、C2的电压高于N道沟增强型MOS管Q1和Q6的导通电压后，MOS管Q1和Q6导通，实现电路的软启动，从而避免硬开关过程中电压和电流均不为零出现重叠导致的开关损耗，实现节能。

在本实施例中，所述恒流单元包括电阻R2、稳压二极管DW1和MOS管Q2，电阻R2的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R2的另一端与稳压二极管DW1的阴极连接，稳压二极管DW1的阳极接地，MOS管Q2的源极与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q2的栅极与电阻R2和稳压二极管DW1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极为所述恒流单元的输出端，其中，MOS管Q2为P道沟增强型MOS管。

其工作原理如下：

根据MOS管的特性，MOS管为栅极电压控制漏极电流，当MOS管的栅极电压固定时，MOS管漏极电流也随栅极电压的固定而恒定，从而实现恒流；在本电路中，通过稳压二极管DW2将MOS管Q2的栅极电压钳位，从而实现MOS管Q2的栅极电压的固定，从而实现MOS管Q2的漏极电流的恒定，从而实现恒流；

LED等具有节能、寿命长等优点，众所周知，LED灯是二极管阵列，二极管的阻值受温度影响大，即，当温度上升，二极管的阻值降低；在恒压供电中，LED等随着持续发光，LED灯所在的环境温度升高，根据二极管特性，当温度升高后，LED灯的阻值减小；根据欧姆定律，电压恒定、阻值减小，必然导致电流增大，但电流增大必然加快LED灯温度的升高，进一步导致LED灯阻值减小，从而形成恶性循环，最坏可将LED灯烧毁，因此，恒压供电不仅增大LED的电能损耗，还会缩短LED灯的使用寿命；

本发明的智能矿灯的主光源和辅光源均选用的是LED灯，为此，本发明提供一种恒流电路，有效减少LED灯采用恒压供电的恶性电能转热能损耗，从而提高蓄电池的使用效率，实现节能，尽可能提升蓄电池的续航时间。

在本实施例中，所述低压减载单元包括电阻R6、比较器U1、减载指示灯LED3和MOS管Q7，所述电阻R6的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R6的另一端接地，比较器U1的反相端与电阻R6和MOS管Q1的源极的公共连接点连接，比较器U1的同相端与基准电压连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q7的源极与MOS管Q6的源极连接，MOS管Q7的漏极与所述多功能模块的电源端连接，减载指示灯LED3的正极与比较器U1的输出端连接，减载指示灯LED3的负极接地，其中，MOS管Q7为P道沟增强型MOS管。

工作原理如下：

MOS管Q7为P道沟增强型MOS管，其导通条件为源极电压大于栅极电压；电阻R6为电压采集电阻，当电阻R6两端的电压高于比较器同相端基准电压，比较器U1输出低电平，MOS管Q7导通，多功能模块电源端与电源连接；当电阻R6两端的电压低于比较器同相端基准电压，比较器U1输出高电平，MOS管Q7截止，多功能模块电源端与电源断开；当比较器U1输出高电平时，减载指示灯LED3亮起，提示矿灯使用者，电池电压已低于预设的电压。

当蓄电池放电过程中，当蓄电池电压低于预设电压时，断开多功能模块与电源端的连接，实现蓄电池负载的减少，从而保证矿灯的照明续航时间，或矿灯使用者及时充电，尽可能延长矿灯的照明时长。

在本实施例中，所述主光源为节能型LED1，所述辅光源为节能型LED2，所述光源切换电路包括电阻R3、电阻R4、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，

所述电阻R3的一端与主光源LED1的负极连接，电阻R3的输出端接地，MOS管Q3的漏极、MOS管Q4的漏极分别与电阻R3和LED1的公共连接点连接，MOS管Q3的源极经电阻R4与所述恒流单元的输出端连接，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极连接，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q5的漏极与速搜恒流单元的输出端连接，MOS管Q5的栅极与MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接，MOS管Q5的源极与辅光源LED2的正极连接，辅光源LED2的负极接地，其中，MOS管Q3为P道沟增强型MOS管，MOS管Q4和MOS管Q5为N道沟增强型MOS管。

其工作原理如下：

当主光源LED1正常工作时，电阻R3两端电压为恒流电源乘以电阻R3，电阻R3两端电压输入MOS管Q3和MOS管Q4的栅极，MOS管Q3截止，MOS管Q4导通，MOS管Q4的漏极输出低电平，MOS管Q5截止，辅光源关断；

当主光源LED1出现故障，电阻R3也处于开路状态，电阻R3两端的电压为0，电阻R3两端电压输入MOS管Q3和MOS管Q4的栅极，MOS管Q4截止，MOS管Q3导通，MOS管Q3的漏极输出高电平，MOS管Q5导通，辅光源导通；

通过上述技术方案，在主光源故障时辅光源自动开启，主光源正常照明时辅光源自动关闭，提升矿灯的稳定性。

在本实施例中，所述智能矿灯还包括UWB定位模块，所述UWB定位模块的定位标签设置于智能矿灯内侧壁，用于定位矿灯使用者的实时位置。所UWB定位模块采用现有的UWB定位系统，所述UWB定位系统包括定位标签、定位基站和定位软件，其中，定位标签设置在矿灯的内侧壁，所述定位基站设置在需要定位的工作环境中，在本发明中，在煤矿井下，需要预先设置多个定位基站。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种智能矿灯，其特征在于：包括蓄电池、照明模块、多功能模块和节能模块，所述蓄电池的输出端与所述节能模块的输入端连接，所述节能模块的输出端分别与所述照明模块的电源端、多功能模块的电源端连接；

所述节能模块包括软开关、恒流单元和低压减载单元，所述软开关的输入端与所述蓄电池连接，所述软开关的输出端分别与所述恒流单元的输入端、低压减载单元输入端连接，所述恒流单元的输出端与所述照明模块的输入端连接，所述低压减载单元的输出端设置于多功能模块电源端与电源之间，用于控制多功能模块电源的通断。

2.根据权利要求1所述智能矿灯，其特征在于：所述照明模块包括主光源、辅光源和光源切换电路，所述主光源、辅光源和光源切换电路的电源端与所述恒流单元的输出端连接，所述光源切换电路的控制输入端与所述主光源的输出端连接，所述光源切换电路的控制输出端与所述辅光源的控制输入端连接。

3.根据权利要求1所述智能矿灯，其特征在于：所述软开关包括第一软开关和第二软开关，所述第一软开关的输入端与第二软开关的输入端分别与所述蓄电池连接，所述第一软开关的输出端与所述恒流单元的输入端连接，所述第二软开关的输出端与所述多功能模块的电源端连接，

所述第一软开关包括手动开关S1、MOS管Q1、电容C1和电阻R1，所述手动开关S1的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S1的另一端与电容C1的一端连接，电容C1的另一端接地，电阻R1并联与电容C1两端，MOS管Q1的栅极与电容C1和手动开关S1的公共连接点连接，MOS管Q1的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q1的源极为所述第一软开关的输出端，其中MOS管Q1为N道沟增强型MOS管；

所述第二软开关包括手动开关S2、MOS管Q6、电容C2和电阻R5，所述手动开关S2的一端与所述蓄电池的输出端连接，所述手动开关S2的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，电阻R5并联与电容C2两端，MOS管Q6的栅极与电容C2和手动开关S2的公共连接点连接，MOS管Q6的漏极与蓄电池的输出端连接，MOS管Q6的源极为所述第二软开关的输出端，其中MOS管Q6为N道沟增强型MOS管。

4.根据权利要求1或3任一所述智能矿灯，其特征在于：所述恒流单元包括电阻R2、稳压二极管DW1和MOS管Q2，电阻R2的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R2的另一端与稳压二极管DW1的阴极连接，稳压二极管DW1的阳极接地，MOS管Q2的源极与MOS管Q1的源极连接，MOS管Q2的栅极与电阻R2和稳压二极管DW1的公共连接点连接，MOS管Q2的漏极为所述恒流单元的输出端，其中，MOS管Q2为P道沟增强型MOS管。

5.根据权利要求1或3任一所述智能矿灯，其特征在于：所述低压减载单元包括电阻R6、比较器U1、减载指示灯LED3和MOS管Q7，所述电阻R6的一端与MOS管Q1的源极连接，电阻R6的另一端接地，比较器U1的反相端与电阻R6和MOS管Q1的源极的公共连接点连接，比较器U1的同相端与基准电压连接，比较器U1的输出端与MOS管Q7的栅极连接，MOS管Q7的源极与MOS管Q6的源极连接，MOS管Q7的漏极与所述多功能模块的电源端连接，减载指示灯LED3的正极与比较器U1的输出端连接，减载指示灯LED3的负极接地，其中MOS管Q7为P道沟增强型MOS管。

6.根据权利要求2所述智能矿灯，其特征在于：所述主光源为节能型LED1，所述辅光源为节能型LED2，所述光源切换电路包括电阻R3、电阻R4、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，

所述电阻R3的一端与主光源LED1的负极连接，电阻R3的输出端接地，MOS管Q3的漏极、MOS管Q4的漏极分别与电阻R3和LED1的公共连接点连接，MOS管Q3的源极经电阻R4与所述恒流单元的输出端连接，MOS管Q3的漏极与MOS管Q4的漏极连接，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q5的漏极与速搜恒流单元的输出端连接，MOS管Q5的栅极与MOS管Q3的漏极和MOS管Q4的漏极的公共连接点连接，MOS管Q5的源极与辅光源LED2的正极连接，辅光源LED2的负极接地，其中，MOS管Q3为P道沟增强型MOS管，MOS管Q4和MOS管Q5为N道沟增强型MOS管。

7.根据权利要求2所述智能矿灯，其特征在于：所述智能矿灯还包括UWB定位模块，所述UWB定位模块的定位标签设置于智能矿灯内侧壁，用于定位矿灯使用者的实时位置。