CN202857947U - 基于可见光无线通信模块的矿井帽 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于可见光无线通信模块的矿井帽，属于无线通信的技术领域。所述矿井帽包括帽体、LED头灯、光电探测器、可见光无线通信模块、耳机、麦克风。可见光无线通信模块焊接成电路板后置于帽体夹层，麦克风、耳机分别为可见光无线通信模块的信号输入装置、输出装置。本实用新型采用不受限的可见光频谱资源，将LED器件发出的光能转换为电能，实现了照明和通信一体的可见光无线通信系统；利用本实用新型所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽高效节能、小型轻便、安全性高、成本低廉，可实现短期内大规模推广。

Description

基于可见光无线通信模块的矿井帽

技术领域

本实用新型涉及基于可见光无线通信模块的矿井帽，属于无线通信的技术领域。

背景技术

LED照明器件具有高效、节能、环保、使用寿命长、易维护等显著优点，随着近年来制造工艺的提升和成本的降低，已逐渐进入普通照明领域，而LED器件独有的高速响应特性使其成为发展可见光无线通信技术的关键器件。通过调制LED器件的输出电流可以获得肉眼无法察觉的光强变化，由光电探测器探测、接收、转换为电信号并还原出原始信号，在照明的同时，实现信息的高速远距离传输。

开发和研究新能源是国家经济高速发展的有力支撑，而地下开采方式是目前我国获得多种能源资源与矿产资源的重要途径。近年来，随着我国对矿产资源需求的迅速上升，矿井作业的高效性和安全性成为国家关注的重点。由于矿井内施工面积大、光线不足、施工环境嘈杂等特殊环境，矿工人员之间交流不畅往往成为指令传达不及时、安全管理措施落实不到位的主要因素，困扰着整个煤矿行业。此外，针对一些光线不足、施工环境嘈杂的场景，目前还没有将可见光无线通信系统应用到LED照明器件上的应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了基于可见光无线通信模块的矿井帽。

本实用新型为实现上述实用新型目的采用如下技术方案：

基于可见光无线通信模块的矿井帽，包括帽体、LED头灯、光电探测器、可见光无线通信模块、耳机、麦克风，其中：所述光电探测器设置在帽体上，所述可见光无线通信模块置于帽体夹层内，所述耳机与帽体固定连接；所述麦克风通过接入线与含有可见光无线通信模块的电路板连接。

所述基于可见光无线通信模块的矿井帽中，可见光无线通信模块包括发射模块、接收模块，其中：

所述发射模块包括放大器、偏置电路，所述放大器的输入端接麦克风后，输出端与偏置电路的输入端连接，所述偏置电路的输出端接LED头灯；

所述接收模块为功率放大器，所述功率放大器的输入端接光电探测器的输出端，输出端接耳机。

所述基于可见光无线通信模块的矿井帽中，LED头灯为白光LED器件。

所述基于可见光无线通信模块的矿井帽中，接收模块还包括滤光镜、聚光镜；其中：

所述滤光镜用于将发射模块中LED器件发出的光进行滤波处理；     

所述聚光镜用于将经过滤波处理的光聚焦到光电探测器的感光部分。

本实用新型采用上述技术方案，具有以下技术效果：

（1）本实用新型采用不受限的可见光频谱资源，将LED器件发出的光能转换为电能，实现了照明和通信一体的可见光无线通信系统；

（2）利用本实用新型所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽高效节能、小型轻便、安全性高、成本低廉，可实现短期内大规模推广。

附图说明

图1是基于可见光无线通信模块的矿井帽的模块示意图。

图2是基于可见光无线通信模块的矿井帽发射模块的电路图。

图3是基于可见光无线通信模块的矿井帽接收模块的电路图。

图中标号说明：U1为ISD1820芯片，U2、U3均为NE5532芯片，U4为 LM386芯片，R1至R16为第一至第十六电阻，C1至C16为第一至第十六电容，D1、D2为第一、第二二极管，L1为电感。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示的基于可见光无线通信模块的矿井帽：包括帽体、LED头灯、光电探测器、可见光无线通信模块、耳机、麦克风。光电探测器设置在帽体上，可见光无线通信模块置于帽体夹层内，耳机与帽体固定连接；麦克风通过接入线与含有可见光无线通信模块的电路板连接。可见光无线通信模块包括发射模块、接收模块，发射模块、接收模块可集成到一块电路板上，再放置在矿井帽的夹层中，实现双工通信。发射模块包括放大器、偏置电路。放大器的输入端接麦克风后，输出端与偏置电路的输入端连接；偏置电路的输出端接LED头灯。接收模块为功率放大器，功率放大器的输入端接光电探测器的输出端，输出端接耳机。

发射模块的电路图如图2所示：麦克风Mic及语音芯片U1构成信号采集模块，运算放大器芯片U2及其外围电路构成信号放大电路及偏置电路，第二二极管D2为白光LED器件。U1的FT引脚、VCC引脚与直流电源相连，直流电源通过第一电容C1接地；VSS引脚接地；MIC引脚及MICREF引脚分别通过第四电容C4及第二电容C2与麦克风Mic两端相连；AGC引脚连接第三电容C3后接地；第四电容C4与麦克风Mic间连接第三电阻R3后接地；第一电阻R1接直流电源，经过第二电阻R2后与第二电容C2、麦克风Mic相连，第一电阻R1、第二电阻R2接电容第五电容C5到地；SP+引脚经过第四电阻R4及第七电容C7后与U2的2号引脚相连；U2的1号引脚经过第五电阻R5与第七电容C7负端相连，第八电容C8并联在第五电阻R5两端；第七电阻R7与第六电阻R6、直流电源相连，第六电阻R6接地；第六电容C6跨接在第六电阻R6两端，第六电阻R6、第七电阻R7连接点与U2的3号引脚相连；U2的1号引脚经过第八电阻R8、第九电容C9后与电感L1耦合，送至D2两端。放大器将信号采集装置Mic获取的外界信息反馈放大后，传输至偏置电路；偏置电路将放大器输出的信号耦合处理后得到电信号，再将电信号传输至LED器件；LED器件将偏置电路输出的电信号转换为光信号后；通过自由空间，以光传播的方式，将光信号传输至接收模块。

如图3所示的接收模块：第一二极管D1为光敏二极管，运算放大器芯片U3及其外围电路构成放大器，功率放大器芯片U4及其外围电路构成功率放大器，耳机构成信号输出装置，第十五电阻R15为可变电阻。第一二极管D1的阳极接VCC直流电压源，阴极、第九电阻R9的一端分别与第十电容C10的一极连接；第十电容C10的另一极、第十电阻R10的一端分别与第十一电阻R11的一端连接；第九电阻R9的另一端、第十电阻R10的另一端接地；第十一电阻R11的另一端串联第十一电容C11后接U1的2号引脚；由第十三电容C13、第十四电阻R14组成的并联支路：一端接第十一电容C11的负极，另一端接U3的1号引脚；第十四电容C14的正极接U3的1号引脚，负极与第十五电阻R15的一端连接；第十五电阻R15的另一端接地；U3的8号引脚接VCC直流电压源；第十三电阻R13的一端接VCC直流电压源，另一端串联第十二电阻R12后接地；第十二电容C12的正极接U3的3号引脚，负极接地；第十五电阻R15的调节端接U4的3号引脚；U4的2号引脚接地，6号引脚接VCC直流电压源，5号引脚经过由第十五电容C15、第十六电阻R16组成的串联支路后接地；耳机电源进线经过第十六电容C16与U4的5号引脚连接。

本实施例通过在手持照明灯具和矿工安全帽上使用LED照明器件，并添加相应的可见光通信系统电路，可以实现语音信号的采集和传输，完善施工人员之间的交流通信途径，有利于管理施工指令的高效传输，有效避免了因指令传达不畅通等原因造成的安全问题，进一步推进了煤矿行业的信息化进程。

作为本实用新型的一种优化结构：所述LED器件选用能够实现照明功能、高速响应的白光LED器件；在接收模块中光电探测器前采用滤光、聚光等光学元件，可以提升链路的传输速度，增加器件的传输效率和能力。

作为本实用新型的一种优化结构：麦克风可以采用语音和视频等采集设备替换，耳机可以采用音频广播和图像显示设备替换。

综上所述，本实用新型所述基于可见光无线通信模块的矿井帽适合运用在矿井这样环境嘈杂的场景，通过可见光光场的空间覆盖实现信息的携带，提升了LED器件的输出功率，降低环境噪声的影响，增加系统的工作距离。经试验，本实用新型可以实现通信距离超过100米的空气和水下环境下的音频通信。此外，利用LED器件实现工作人员、传感网络节点之间的照明通信一体化。利用本实用新型所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽高效节能、小型轻便、安全性高、成本低廉，可实现短期内大规模推广。所述实施例均为仅为本实用新型的两个具体实施例，凡是符合本专利实用新型宗旨的实施例均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于可见光无线通信模块的矿井帽，包括帽体、LED头灯，其特征在于所述矿井帽还包括光电探测器、可见光无线通信模块、耳机、麦克风，其中：所述光电探测器设置在帽体上，所述可见光无线通信模块置于帽体夹层内，所述耳机与帽体固定连接；所述麦克风通过接入线与含有可见光无线通信模块的电路板连接。

2.根据权利要求1所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽，其特征在于所述可见光无线通信模块包括发射模块、接收模块，其中：

所述发射模块包括放大器、偏置电路，所述放大器的输入端接麦克风后，输出端与偏置电路的输入端连接，所述偏置电路的输出端接LED头灯；

所述接收模块为功率放大器，所述功率放大器的输入端接光电探测器的输出端，输出端接耳机。

3.根据权利要求1所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽，其特征在于所述LED头灯为白光LED器件。

4.根据权利要求2所述的基于可见光无线通信模块的矿井帽，其特征在于所述接收模块还包括滤光镜、聚光镜；其中：

所述滤光镜用于将发射模块中LED器件发出的光进行滤波处理；             

所述聚光镜用于将经过滤波处理的光聚焦到光电探测器的感光部分。

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