CN219592398U - 一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，包括主机、头灯和腕表，主机内设有MCU控制器、嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪，主机通过无线网络通讯模块与监测平台建立连接，在主机的前端面上设置有显示屏及信号功能键，主机的侧端面设置有通信接口，主机通过有线方式与头灯建立数据传输和供电连接，头灯的上端设置有摄像头模组，头灯的一侧设置有拾音器，另一侧设置有对讲按键，腕表与主机之间通过蓝牙连接，腕表内设置有用于人体体征数据采集的传感芯片。本实用新型功耗低、佩戴方便，智能化程度高，可靠性强，高度集成了环境感知和人体体征感知的采集设备，多方位保障井下作业人员的人身安全。

Description

一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备

技术领域

本实用新型涉及可穿戴智能装备技术领域，尤其涉及一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备。

背景技术

近年来已有一些可穿戴设备在矿业行业中被广泛应用，例如，一种带甲烷和一氧化碳等有毒有害气体监测传感器的智能安全帽，当井下煤矿工人周围的有害气体浓度超过一定的限值时，可以发出警报。但受限于煤矿井下头戴智能装备的重量及各种传感器电磁波对脑部的危害，这种基于安全帽的可穿戴装备不适用于井下长时间的作业环境；再如专利申请号为201420806035 .X，专利名称为一种电力现场作业可穿戴智能装备的专利，主要包括智能安全帽、智能传感系统、智能穿戴主机、穿戴装备智能供电系统、便携式电力现场作业组合终端和智能装备工作服。虽然该专利在一定程度上可解决电力现场作业中关键信息采集缺失、人机交互欠充分、欠便捷等技术手段问题，但缺少对作业个体“人”的体征异常感知，不符合煤矿开采环境下的电器本安要求，事故发生时，缺乏有效的交互方式实时引导人员获取救援物资并安全撤离。

我们设计出了一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备来解决以上问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，包括主机、头灯和腕表，所述主机内设有MCU控制器、嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪，所述嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪通过总线与所述MCU控制器建立连接，主机通过所述无线网络通讯模块与监测平台建立连接，在主机的前端面上设置有显示屏及信号功能键，主机的侧端面设置有通信接口，主机通过有线方式与所述头灯建立数据传输和供电连接，头灯的上端设置有摄像头模组，头灯的一侧设置有拾音器，另一侧设置有对讲按键，所述腕表与所述主机之间通过蓝牙连接，并利用所述无线网络通讯模块与监测平台建立数据传输连接，腕表内设置有用于人体体征数据采集的传感芯片。

进一步的，所述主机的上端面设置告警键和电源键，所述电源键与主机内的电源建立开关控制连接，在主机的后端面设置有便于携带的穿口部，与所述通信接口相对的主机另一侧设置有扬声器，所述扬声器与所述告警键之间建立控制连接，且告警键与主机内的MCU控制器相连接。

进一步的，所述信号功能键包括视频通话键、PTT对讲机键以及拍摄键，所述视频通话键、PTT对讲机键以及拍摄键均与所述主机内的MCU控制器相连接，并通过主机与所述头灯建立数据传输及控制连接。

进一步的，所述通信接口包括USB接口、TF接口以及SIM接口，所述USB接口、TF接口以及SIM接口沿所述主机的侧端面自上向下依次布置。

进一步的，所述腕表内设置的传感芯片包括心率传感芯片、脉搏传感芯片以及体温传感芯片，腕表的一侧设置有充电槽口，另一侧依次设置有开机键和设置键，腕表通过表带佩戴在人体手腕上。

进一步的，所述头灯上设置有照明灯，所述照明灯位于所述摄像头模组的下方，与所述拾音器同侧的头灯上设置有照明开关键，摄像头模组上设置有摄像指示灯，在头灯的下部设置充电接口。

进一步的，所述主机内还设置有低功耗时钟芯片以及定时器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型功耗低、佩戴方便，智能化程度高，可靠性强；通过将环境监测的气体检测仪设置在主机内，将对作业人员的体征状况监测的传感芯片设置在腕表上，高度集成了环境感知和人体体征感知的传感器，并且上述采集设备远离作业人员的头部，降低电磁干扰对头部的影响；本实用新型对于采集监测数据出现异常状况时，若是作业人员身体状况出现异常，一方面通过扬声器向周围发出警告声，另一方面通过主机向监测平台发出呼救信号，监测平台下达报警指令，显示出现异常状况的作业人员的定位信息，协同周边作业人员就近实施救援，若是作业人员周边环境监测异常，则通知矿井内作业人员迅速撤离作业现场，多方位保障井下作业人员的人身安全。

附图说明

图1为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的总装示意图；

图2为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的主机俯视图；

图3为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的主机第一侧视图；

图4为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的主机第二侧视图；

图5为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的头灯的侧视图；

图6为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的头灯的正视图；

图7为本实用新型提出的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备的腕表的俯视图。

图中各标号：10、主机；11、显示屏；12、视频通话键；13、PTT对讲机键；14、拍摄键；15、通信接口；16、告警键；17、电源键；18、扬声器；19、穿口部；20、头灯；21、照明灯；22、摄像头模组；23、对讲按键；24、拾音器；25、照明开关键；26、摄像指示灯；27、充电接口；30、腕表；31、设置键；32、开机键；33、充电槽口；34、表带。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1-图4所示，一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，该穿戴式智能装备包括主机10、头灯20和腕表30，主机10通过设置在其后端面的穿口部19，佩戴在作业人员的腰部，便于携带和使用，头灯20佩戴在作业人员的头部，腕表30佩戴在作业人员的手腕部，主机10通过有线方式与头灯20建立数据传输和供电连接，腕表30与主机10之间通过蓝牙连接，并利用无线网络通讯模块与监测平台建立数据传输连接。

主机10内设有MCU控制器、嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块、气体检测仪、电源、低功耗时钟芯片、定时器，上述各设备间通过总线（APB总线和/或AHB总线）与MCU控制器相连接。

本实施例中的MCU控制器采用STM32F427VGT6低功耗MCU控制器，它基于ArmCortex-M4 32位RISC内核，工作频率达180MHz。Cortex-M4内核具有浮点单元（FPU）单精度，支持所有Arm单精度数据处理指令和数据类型，还实现了一整套DSP指令和一个增强应用程序安全性的内存保护单元（MPU），整体功耗较低，能够长时间待机使用；主机10通过无线网络通讯模块与监测平台建立连接，监测平台为后台监控指挥中心，无线网络通讯模块采用4G（5G）网络LTE FDD频段：B1.B3.B5.B8或LTE TDD频段B38.B39.B40.B41，以及Wi-Fi（2.4GHz+5GHz双频）。

本实施例中的嵌入式存储器为闪存高达2M字节，SRAM高达256 KB，此外还配置有高达4KB的备份SRAM。

主机10配置低功耗RTC（时钟芯片）和定时器，本实施例中的定时器包括两个用于开关控制的PWM定时器。

在主机10的前端面上设置有显示屏11及信号功能键，用于信息展示的显示屏11为触控式显示屏，且为防爆触摸屏；主机10的侧端面设置有通信接口15，通信接口15包括USB接口、TF接口以及SIM接口，USB接口、TF接口以及SIM接口沿主机10的侧端面自上向下依次布置，USB接口、TF接口便于连接外设，进行数据传输转移，通过SIM接口内插SIM卡，提供移动网络通信服务。

主机10的上端面设置告警键16和电源键17，电源键17与主机10内的电源建立开关控制连接，与通信接口15相对的主机10另一侧设置有扬声器18，扬声器18与告警键16之间建立控制连接，且告警键16与主机10内的MCU控制器相连接，当在矿井下发生危险时，作业人员通过按告警键16，一方面通过扬声器18向周围发出警告声，另一方面通过主机10向监测平台发出呼救信号。

信号功能键包括视频通话键12、PTT对讲机键13以及拍摄键14，视频通话键12、PTT对讲机键13以及拍摄键14均与主机10内的MCU控制器相连接，并通过主机10与头灯20建立数据传输及控制连接，视频通话键12控制开启头灯20上的摄像头模组22及拾音器24，进行视频语音实时联系，支持双向音视频通话，也可一键呼叫监测平台，监测平台也可执行权限，自主调用该功能，通过摄像头模组22及拾音器24获取作业人员周围的环境信息，PTT对讲机键13保持固定群组和临时群组通话联系，方便作业人员之间的信息沟通；拍摄键14支持照片拍摄后自动上传监测平台，支持视频录制后自动上传监测平台。

本实施例的定位模块为基于超宽带的无线载波通信技术的UWB定位装置、具备30cm级精度定位；气体检测仪主要用于探测矿井内的瓦斯浓度以及氧气含量。

如图5和图6所示，本实施例的头灯20是集照明和视频拍摄于一体的设备，头灯20上设置有照明灯21（LED照明灯），照明灯21的上端设置有摄像头模组22，摄像头模组22的主摄像头支持远距离视频传输，传输距离不小于1.5米，星光级sensor，靶面尺寸大于1/2.8，支持1080P，视场角大于等于120度，小畸变镜头，光圈F2.0；头灯20的一侧设置有拾音器24，接入标准的降噪麦克风进行语音交互；另一侧设置有对讲按键23，通过对讲按键23开启语音对讲功能，与周边作业人员进行语音沟通，或与监测平台进行语音交流；照明灯21位于摄像头模组22的下方，与拾音器24同侧的头灯20上设置有照明开关键25，摄像头模组22上设置有摄像指示灯26，用于显示摄像头模组22的工作状态，在头灯20的下部设置充电接口27，用于给头灯20或主机10进行充电。

如图7所示，腕表30内设置有用于人体体征数据采集的传感芯片，由于无线网络通讯模块可提供WiFi热点网络服务，腕表30也可采用该连接方式，利用主机10内设的无线网络通讯模块提供的热点网络，与外界建立信号连接，向外界（本实施例中指监测平台）直接传输所采集的数据信息，腕表30内部采用安卓系统进行简易的数据处理的提示功能；传感芯片包括心率传感芯片、脉搏传感芯片以及体温传感芯片，用于实时采集作业人员的心率、脉搏及体温信息，腕表30的一侧设置有充电槽口33，另一侧依次设置有开机键32和设置键31，腕表30通过表带34佩戴在人体手腕上，在采集作业人员体征数据的同时，并不影响工作。

本实用新型将主机10、头灯20和腕表30分别佩戴在作业人员的腰部、头部及手腕部，主机10与头灯20之间通过有线方式进行连接，主机10和腕表30之间通过无线方式进行连接，并通过设置在头灯20上的摄像头模组22和拾音器24进行视频语音通话，以及采集作业人员周边环境信息，通过腕表30采集作业人员的体征数据，实时监测作业人员的健康状况，以及利用主机10上的气体检测仪探测矿井内的瓦斯浓度以及氧气含量确保矿井内的作业环境处于安全，在上述采集监测数据出现异常状况时，若是作业人员身体状况出现异常，则通过扬声器18向周围发出警告声，另一方面通过主机10向监测平台发出呼救信号，监测平台下达报警指令，显示出现异常状况的作业人员的定位信息，协同周边作业人员就近实施救援，若是作业人员周边环境监测异常，则通知矿井内作业人员迅速撤离作业现场，多方位保障井下作业人员的人身安全。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，包括主机（10）、头灯（20）和腕表（30），所述主机（10）内设有MCU控制器、嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪，所述嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪通过总线与所述MCU控制器建立连接，主机（10）通过所述无线网络通讯模块与监测平台建立连接，在主机（10）的前端面上设置有显示屏（11）及信号功能键，主机（10）的侧端面设置有通信接口（15），主机（10）通过有线方式与所述头灯（20）建立数据传输和供电连接，头灯（20）的上端设置有摄像头模组（22），头灯（20）的一侧设置有拾音器（24），另一侧设置有对讲按键（23），所述腕表（30）与所述主机（10）之间通过蓝牙连接，并利用所述无线网络通讯模块与监测平台建立数据传输连接，腕表（30）内设置有用于人体体征数据采集的传感芯片。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述主机（10）的上端面设置告警键（16）和电源键（17），所述电源键（17）与主机（10）内的电源建立开关控制连接，在主机（10）的后端面设置有便于携带的穿口部（19），与所述通信接口（15）相对的主机（10）另一侧设置有扬声器（18），所述扬声器（18）与所述告警键（16）之间建立控制连接，且告警键（16）与主机（10）内的MCU控制器相连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述信号功能键包括视频通话键（12）、PTT对讲机键（13）以及拍摄键（14），所述视频通话键（12）、PTT对讲机键（13）以及拍摄键（14）均与所述主机（10）内的MCU控制器相连接，并通过主机（10）与所述头灯（20）建立数据传输及控制连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述通信接口（15）包括USB接口、TF接口以及SIM接口，所述USB接口、TF接口以及SIM接口沿所述主机（10）的侧端面自上向下依次布置。

5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述腕表（30）内设置的传感芯片包括心率传感芯片、脉搏传感芯片以及体温传感芯片，腕表（30）的一侧设置有充电槽口（33），另一侧依次设置有开机键（32）和设置键（31），腕表（30）通过表带（34）佩戴在人体手腕上。

6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述头灯（20）上设置有照明灯（21），所述照明灯（21）位于所述摄像头模组（22）的下方，与所述拾音器（24）同侧的头灯（20）上设置有照明开关键（25），摄像头模组（22）上设置有摄像指示灯（26），在头灯（20）的下部设置充电接口（27）。

7.根据权利要求1所述的一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，其特征在于，所述主机（10）内还设置有低功耗时钟芯片以及定时器。