WO2019041568A1 - 一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯 - Google Patents

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Definitions

  • the head-type industrial and mining lamp is a lighting lamp that is inserted on a safety helmet or a combat helmet, and is mainly used in an environment such as a mine, a tunnel, a disaster relief site, and a nighttime military operation. In these operating environments, staff often encounter:
  • a copper nut column as a card fixing member extends through the casing into the industrial and mining lamp housing, and two PCB main boards are disposed in the rear space of the lamp cup assembly, adjacent to the copper nut column shell.
  • One end of the body is a first PCB board, and the other is a second PCB board.
  • the speaker assembly After the speaker assembly is installed in the corresponding component slot in the housing, it is sealed with a release paper and a waterproof silicone.

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Abstract

一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯，具有灯杯组件（2），灯杯组件（2）中间有抛物面线型结构的聚能反射灯杯（3），其底部设有红外LED光源（4）和摄像头（5），可实现黑暗中较远距离的清晰摄像。矿灯壳体内部两块PCB板主板（30、31）上元器件产生的热量，通过PCB板的覆铜面、两块PCB板之间的铜柱（24）、铜螺母柱（23）和插卡（19）形成传热通道，元器件在正常温度下工作。

Description

一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯 技术领域
本发明涉及多功能工矿灯的结构及制造技术，具体涉及一种具备红外摄像功能的物联网工矿灯及其结构和设置方法，所述工矿灯能夜视摄像以及音频视频通讯等。
背景技术
头戴式工矿灯是插挂在安全帽上或战斗头盔上的照明用灯，主要用于矿井下、隧道里、抢险救灾现场、夜间军事行动等环境。在这些作业环境中，工作人员常会遇到：
a、在黑暗环境中难以获得清晰的视频信息，使自身的作业行动迟缓或受阻，同时也使指挥部门的指挥失聪。而现有用于黑暗环境中的红外摄像装置，其补光是通过数个甚至十数个红外LED光源以光漫射形式进行，红外光的投射距离只有5～10米，使远距离的成像因红外光照射不到而无法获取，如各种场所装备的监控摄像头。而专业级别的夜视仪，其红外补光通过复杂的凸凹透镜系统聚焦投射，能将红外光照射到200米左右距离，可摄取较远处的清晰影像，但其凸凹透镜系统带来红外光的较大光损，并使设备的体积大、重量重，佩戴时会伸出使用者脸部200毫米以上，佩戴不方便、不舒适，并且价格昂贵。现有技术中还没有能满足矿井下、隧道里、抢险救灾现场等作业环境中，获取50米左右范围内清晰影像、小型化需求的夜视仪。
b、工作人员需要与队友及时进行沟通以便协同工作，同时也需要与地面上国家监管部门、直属领导、军事指挥部门等保持实时的联系与沟通，但因自然灾害或事故，例如地震、飓风海啸、火灾、爆炸、塌方和战争等，互联网和通 讯公网会发生中断，致使工作人员之间或上下级之间无法利用已有的通讯工具进行联系。
c、由于矿井工作或救灾现场的环境纷乱复杂和恶劣，各项作业须争分夺秒，因而要求相应的工作装备少而精，操作方便、快捷。
目前，已有将红外摄像功能、无线收发功能集成一体的工矿灯，例如中国专利申请CN102665072A中就公开了具有上述两项功能的工矿灯，但，这些工矿灯仍然存在前述红外光照射不远，远距离摄像清晰度低，体积大，携带和操作不便等问题。
发明内容
本发明要解决的一个技术问题是提供一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯，使之体积小，在尽量小的电能消耗下摄取50米左右距离的清晰影像，同时，密封于工矿灯壳体内的元器件能有效散热。
本发明要解决的另一个技术问题是，上述复合了多功能的工矿灯的密封防护效果不降低。
本发明要解决的另一个技术问题是，通讯网络或互联网损毁时的通讯联系，以及无线网络通讯传输成本的控制。
本发明要解决的另一个技术问题是，提高复合了多功能的工矿灯的操作便捷性，以实现在作业环境下解放双手，或能快捷便利地进行音频视频联络及摄录像等操作。
上述技术问题通过下述技术方案实现：
一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯，包括壳体、金属插卡、灯杯组件、照明光源、红外光源和摄像头，其特征在于：灯杯组件包括聚能反射灯杯和照明灯杯，聚能反射灯杯具有抛物面线型结构，其底部设置红外光源和摄像头；照明灯杯的底部设置照明光源；
壳体后部贯穿设置一个金属材料制成的插卡固定件，所述金属插卡固定至插卡固定件伸出壳体外表面的一端上，安装有元器件的PCB主板固定至插卡固定件伸出壳体内表面的一端上。
在本发明中，所述插卡固定件是用于将插卡固定于壳体后部外表面上的结构。
在本发明中，所述金属插卡是用于将工矿灯固定到头盔或安全帽上的结构。
优选，为降低工矿灯内电路设计的复杂性，减少远距离部件间的线路连接，在灯杯组件后部紧固连接一块PCB板，将所述红外光源和摄像头及其相关电路和元器件设置到该PCB板上。为方便描述，本发明将该PCB板定义为聚能反射灯杯PCB板，以区别于PCB主板。在本发明的一个实施方式中，所述聚能反射灯杯PCB板通过灯杯螺钉与聚能反射灯杯固定连接。
优选，聚能反射灯杯设置在灯杯组件的中间，聚能反射灯杯的旁边是照明灯杯；进一步优选，照明灯杯在聚能反射灯杯的两侧各有一个，且两个照明灯杯的高度在一条水平线上。
优选，所述灯杯组件整体注塑成型，以进一步减小灯杯组件的体积，从而有利于减小工矿灯的整体大小，另外还有利于灯杯组件制作工艺的简化。
优选，所述聚能反射灯杯的光轴向工矿灯的前下方倾斜，与壳体前端面之间呈小于90°的夹角。
优选，照明灯杯由多个平面的反光面合围成前宽后窄的喇叭状。进一步优选，照明灯杯的反光面为4～10个平面，例如4个平面，6个平面或8个平面。
优选，PCB主板双面覆铜，有利于提高热传导的效率，以进一步加快PCB主板上元器件产生的热量的传递。
优选，PCB主板上元器件布设时，将产热或产热量大的元器件设置在PCB主板上靠近插卡固定件的位置上，以进一步缩短热量传递的距离，缩短元器件产生的热量传递给插卡固定件的时间，提高散热效率。
为了小型化工矿灯，可以采用多块小面积PCB主板替代一块大面积PCB主板的方式。在本发明的一个实施方式中，采用两块PCB主板，以下称为第一PCB主板和第二PCB主板，两块PCB主板彼此间隔一段距离平行固定至插卡固定件伸出壳体内表面的一端上。
金属插卡和插卡固定件之间的固定连接，以及PCB主板与插卡固定件之间的固定连接，可采用本领域已知的各种方式，包括但不限于螺纹连接，卡接等。在本发明的一个实施方式中，插卡固定件的具体形式是铜螺母柱，金属插卡和 PCB主板分别通过铜螺钉固定至所述铜螺母柱上。
所述工矿灯壳体可以是一个整体，也可以是由底盖和前罩组合而成的。当壳体由底盖和前罩组合而成时，插卡固定件贯穿设置于底盖上。
本发明通过PCB主板→插卡固定件→金属插卡形成了导热通道，将PCB主板上元器件工作时产生的热量通过金属材料制成的插卡固定件有效地传导至壳体外，并通过金属插卡予以散出，保障了工矿灯内元器件的正常运行。
本发明一个实施方式的工矿灯中，作为插卡固定件的铜螺母柱贯穿壳体伸入工矿灯壳体内，壳体内在灯杯组件后部空间中设置两块PCB主板，紧邻铜螺母柱壳体内一端的为第一PCB板，另一块为第二PCB板，两块PCB主板均为双面覆铜，两者对应于铜螺母柱的位置处均有螺钉孔，在所述螺钉孔的位置处用铜柱将两者间隔，所述铜柱呈管状，PCB螺钉依次穿过第二PCB板、铜柱和第一PCB板，与紧邻第一PCB板的铜螺母柱紧固连接，将两块PCB板主板平行且分离的固定连接到铜螺母柱壳体内的一端上；壳体外，插卡螺钉穿过金属插卡旋入铜螺母柱壳体外的一端，使金属插卡与铜螺母柱壳体外的一端紧固连接。优选，铜柱的内直径与PCB螺钉的外直径相匹配。
在该实施例中，PCB主板的覆铜面→铜柱→铜螺母柱→插卡形成了导热通道，通过插卡螺钉和PCB螺钉的紧固连接，将PCB主板上元器件工作时产生的热量通过铜柱和铜螺母柱有效地传导至壳体外，并通过金属插卡予以散出，保障了工矿灯内元器件的正常运行。
红外光源和照明光源可采用本领域常用的各种光源，优选为LED光源，其发光性能好，产热低，更适于小型工矿灯。
本发明中，聚能反射灯杯的反射面为抛物面线型结构，能将红外光源发出的红外光通过曲面聚焦后投向远处，红外光的光损较小，能到达50米左右的距离，使摄像头能在黑暗中摄取50米外较清晰的图像。并且，所述结构的聚能反射灯杯也能将红外光源工作时产生的热量以及聚能反射灯杯PCB板上元器件所产生的热量反射散发出去，解决了聚能反射灯杯PCB板上元器件的散热问题。
为了解决工矿灯密封壳体内元器件散热问题，本发明巧妙利用工矿灯已有的插卡结构，创造性的设计了包括金属插卡，插卡固定结构和PCB板在内的散热通道，将工矿灯壳体内的热量传递到壳体外。
通过上述布置方式，本发明工矿灯的厚度极大缩小，可达到厚度小于40mm的程度。
为复合多种功能，本发明的工矿灯还可以进一步包含以下结构：
壳体靠近顶端的后部设有一对充电电极，所述充电电极的两侧对称设有一对竖直向上、顶部贯通的充电导槽。通过与充电电极和充电导槽结构配套的连接器，可以连接充电器实现对工矿灯充电，或连接移动电源以扩展电源容量。
在壳体后部外表面的插卡旁边，可以设置显示屏，显示屏上设置有显示屏透明镜片。显示屏可以用于显示工矿灯的功能菜单，以及已有的地图导航、指南针、收音机、日历、时钟、短信等图标。优选，显示屏为彩色的。
可以进一步在插卡的另一边设置操作系统键盘，用于工矿灯的各种功能设置或操作已设置好的软件功能。
在壳体前部下端设置扬声器组件以及扬声器孔。当壳体由底盖和前罩组合而成时，所述扬声器组件以及扬声器孔优选设置在前罩下部。
在壳体后部设置麦克风孔和对讲按钮。当壳体由底盖和前罩组合而成时，所述麦克风孔优选设置在底盖后部上，对讲按钮设置在底盖下部。
所设置的麦克风、扬声器、对讲按钮、显示屏和前述摄像头等结构一同，使本发明工矿灯具备了对讲机和摄像机功能，并可手执使用。
进一步，在壳体前部设置耳机插座，该插座能传输音频和视频信号。当在耳机插座上配用具有麦克风、耳机和显示屏的护目眼镜时，就能实现音频或视频信号的传输。本发明的工矿灯厚度小，将其佩戴于安全帽或头盔上后，可通过所述耳机插座连接所述护目眼镜，就可解放工作人员的双手用以作业或战斗，而又不影响其与指挥部门或群组队员间的通讯，以及视频的摄录与传输。当壳体由底盖和前罩组合而成时，所述耳机插座优选设置在前罩的下部。所述护目镜可以商业购买，另行配置。
本发明工矿灯的SOC系统相应可包含对上述硬件功能的控制模块，例如包括照明摄像头模块，通信智能逻辑模块，双工收发器，外接眼镜显示屏模块，键盘与显示屏模块，存储器模块等。
在本发明中，照明摄像头模块用于控制照明光源、红外光源和摄像头的开启、关闭，摄像头的数码变焦等；外接眼镜显示屏模块用于驱动和管理通过耳 机插座配套接入的护目眼镜；键盘与显示屏模块用于驱动和管理操作系统键盘和设置于插卡旁边的显示屏。
为了提高本发明工矿灯的密封性能，本发明采用了以下技术手段：
如果工矿灯的壳体前端在灯杯组件前设置了灯杯透明镜片，那么灯杯透明镜片与壳体之间、显示屏透明镜片与壳体之间，都通过二次注塑成型熔接为一体。所述结构能保证显示屏透明镜片和灯杯透明镜片与壳体连接处有更好的防水、抗水压性能。当壳体由底盖和前罩组合而成时，则灯杯透明镜片与前罩之间、显示屏透明镜片与底盖之间，都通过二次注塑成型熔接为一体。
其他部件和结构的密封手段则可采用本领域常规的各种密封手段，例如如下所述：
如果壳体由前罩与底盖装配形成，则前罩和底盖两者间配合的凸凹槽内镶嵌O型硅胶圈，通过位于底盖四角的壳体螺钉将前罩和底盖之间紧固连接而实现密封。
耳机插座、扬声器孔、麦克风孔均选用防水性型号，并用防水硅胶进行密封处理。
扬声器组件装入壳体内相应的元件槽后，用隔离纸和防水硅胶密封。
如果工矿灯上进一步设置各种按钮，所述按钮可以是本领域已知的各种防水按钮。
通过上述各项措施，外界的尘埃、气体和水分无法进入工矿灯的壳体内，能实现IP67的防护等级，使其能在恶劣的环境中正常工作。
在本发明的一个具体实施方式中，所述具有红外摄像功能的物联网工矿灯，包括由前罩和底盖密封拼合成的壳体，以及壳体内设的灯杯组件、电池和PCB板，底盖后侧固定设有金属插卡，其特征在于：
所述灯杯组件的中间是具有抛物面线型结构的聚能反射灯杯，聚能反射灯杯的底部设有红外LED光源和摄像头；聚能反射灯杯的两侧各设有一照明灯杯，照明灯杯的底部设有照明LED光源；优选，所述灯杯组件整体注塑成型；
壳体内的PCB板主板有两块，均为双面覆铜，第一PCB主板与第二PCB主板平行且分离设置，通过PCB螺钉依次穿过第二PCB板、铜柱和第一PCB板，与紧邻第一PCB板外侧的铜螺母柱紧固连接；铜螺母柱穿出底盖；插卡螺钉从铜螺母 柱外端穿过金属插卡旋入铜螺母柱，使金属插卡与铜螺母柱紧固连接；铜柱和铜螺母柱直接接触PCB板覆铜层，密封于壳体内的第一PCB主板和第二PCB主板上的元器件产生的热量通过双面覆铜、PCB螺钉、铜柱和铜螺母柱导向壳体外部的螺钉和金属插卡进行散热；所述铜柱呈管状，优选，铜柱的内直径与PCB螺钉的外直径相匹配；
紧邻聚能反射灯杯的前端面外侧设有灯杯透明镜片，底盖背面设有显示屏，显示屏上设置显示屏透明镜片，灯杯透明镜片与前罩、显示屏透明镜片与底盖之间分别通过二次注塑成型熔接为一体。
在该实施例中，优选，铜螺母柱通过注塑镶嵌在底盖上。
优选，插卡螺钉和PCB螺钉的长度恰当，在紧固连接到铜螺母柱后，两者能相接。
优选，在插卡螺钉和PCB螺钉彼此相对的端面上涂覆导热硅酯，以使插卡螺钉和PCB螺钉紧固连接到铜螺母柱后形成的空隙中充满导热硅酯，以增强导热效果和防水防渗透作用。
为解决通讯网络或互联网损毁时的通讯联系，以及无线网络通讯传输成本的控制的问题，本发明对通信智能逻辑模块进行了改进。
本发明的通信智能逻辑模块配置有4G通信模块和可自组网的LoRa通信模块，能根据有效传输和经济传输的原则选择信道，在保证通信信号的前提下降低通信费用。所述通信智能逻辑模块通过双工收发器与外界进行数据传输，包括与外界实时对讲或与外界实时进行数据和视频的传输等。
为了解决对工矿灯各功能进行快捷便利操作的技术问题，本发明对工矿灯的结构和SOC系统进行了配套改进。
本发明工矿灯壳体上设置有照明按钮、摄像按钮和对讲按钮，本发明的SOC系统中包含物理控制键模块，通过该模块对上述按钮的快捷功能进行软件定义。
在本发明的一个实施方式中，对讲按钮、摄像按钮和照明按钮的快捷功能通过物理控制键模块进行如下设置：
照明按钮被赋予控制照明和红外补光的功能：短按依次实现：弱光照明→强光照明→关闭，如此循环。长按依次为红外灯开启→关闭，如此循环。
摄像按钮被赋予了控制摄像、录像和视频通话的功能：短按依次实现：摄 像头视频开机→开始摄像→摄像并与指挥部门视频通话→关机，如此循环；长按则进入接受外界视频信号的模式并开机，如接受无人机或其他蓝牙摄像头传来的视频信号：短按开始录像→短按录像并与指挥部门共享外界视频和通话→短按回到此模式的开机状，如此循环；再长按则退出该模式并关机。
优选对讲按钮是个双位开关，称为对讲按钮组，分左键和右键，被赋予了控制对讲和数码变焦的功能：
左键：短按可与指挥部门对讲通话，再按关闭通话，如此循环。在摄像模式下，按左键为数码变焦放大摄像。
右键：短按可与群组队员对讲通话，再按关闭通话，如此循环。在摄像模式下，按右键为数码变焦缩小摄像。
对讲按钮组为关闭状态时，对讲功能呈接受指挥部门或群组队员送来的语音状态。
在本发明中短按指有效作用时间小于2秒，长按指有效作用时间大于等于2秒。
在本发明中，用本发明工矿灯中的摄像头获取影像，称之为“摄像”；通过通信方式接受外界视频信息，称之为“录像”。
此外，本发明的SOC系统还可进一步含有锂电池和充电管理单元模块，本发明工矿灯的电池优选为可充电锂电池。可充电锂电池在该管理单元模块的监控下，通过与充电电极、充电导槽相匹配的插入式结构的连接器，连接充电器对电池充电，或连接扩展电源容量的移动电源，使工矿灯能长续航地工作，解决目前类似设备因供电不足而工作时间短的问题。所述连接器可以商购，另行配置。
本发明带来的技术效果是：
a、具有抛物面线型结构的聚能反射灯杯将红外光聚焦后投向远处，其对红外光的光损较少，配合摄像头，可实现在黑暗中摄取50米左右距离外的清晰影像的效果，弥补现有监控摄像头和夜视仪对中等距离影像摄取的空白，克服了设备体积大的缺点。
b、聚能反射灯杯可实时将灯杯底部的元器件产生的热量发射出去，而插卡、 插卡固定件和PCB板的导热通道设计，使工矿灯内其他元器件工作时产生的热量被及时地传导至壳体之外，保障了工矿灯内元器件的正常运行。
c、通过结构设计，使壳体与灯杯透明镜片之间，以及壳体与显示屏透明镜片之间，经过二次注塑工艺熔为一体；辅之工矿灯各个部件间的密封硅胶和密封硅胶圈等密封手段，使工矿灯实现了IP67的防护等级，保障了工矿灯在恶劣环境里能正常工作。
d、通信智能逻辑模块包括4G通信模块和LoRa通信模块，它们都具备无线通讯、WiFi连接互联网、蓝牙设备连接等功能。4G通信模块中的NB-loT和LoRa芯片具备低功耗LPWAN广域网的属性，在通讯公网或互联网网络损毁中断时，都具备微蜂窝自组网桥接连网功能，能保障作业现场近10平方公里范围内携带本发明工矿灯的群组队友间的通讯联络。这两个模块是相互独立的通讯信道且各有特点：4G通信模块通过其eSIM芯片自动选择利用2G(GPRS)、3G、4G技术直接接入通讯公网，进行语音、数据和视频的传输，其传输距离没有限制，缺点是须向通讯公司付费；LoRa通信模块是用国际无线频道组织规定的免费频道进行通讯，远距离视频传输是通过WiFi的连接实现，其近距离传输穿透性和保密性好，适合矿井下、隧道里和地理环境恶劣场所使用。通信智能逻辑模块根据有效传输和经济传输的原则选择信道，在保证通信信号的前提下降低通信费用，通过双工收发器和天线与外界实时对讲通信，或与外界实时进行数据和视频的传输。
e、利用现有技术手段的优化组合实现了工矿灯的多功能用途：工矿灯上设置麦克风、扬声器、显示屏等，使其可与常用的对讲机与摄像机一样作手执状使用。设置能传输音频和视频信号的耳机插座，配用带麦克风、耳机、显示屏的护目眼镜，就可以利用工矿灯佩戴在安全帽或者头盔上且厚度小的特性，实现工作人员解放双手用以作业或战斗，又不影响其与指挥部门或群组队员间的通讯以及视频的摄录与传输工作的效果。
f、工矿灯的SOC系统中，用软件定义了三个物理按钮——照明按钮、摄像按钮和对讲按钮——的快捷功能，使作业人员能在复杂和恶劣环境里不依赖显示屏菜单直接进行工矿灯相关功能的快捷操作。
g、通过与充电电极与导槽配套的连接器能对工矿灯充电，还能连接移动电 源，使工矿灯能长续航地工作。
h、工矿灯背面的插卡两边设置有显示屏和键盘，其可进行工矿灯的功能设置，也可直接使用地图导航、指南针、收音机、日历时钟、短信等工具性软件功能，使工矿灯成为户外作业人员随身携带的重要工具。
附图说明
图1本发明结构示意图正面轴侧视图
图2本发明结构示意图后面轴侧视图
图3是图1中A-A向剖视图
图4是本发明SOC系统电路结构框图
图5是本发明的工矿灯使用状态示意图
图6是显示屏菜单示意图
图中：1-前罩，2-灯杯组件，3-聚能反射灯杯，4-红外LED光源，5-摄像头，6-照明灯杯，7-照明LED光源，8-天线，9-照明按钮，10-对讲按钮组，11-耳机插座，12-底盖，13-摄像按钮，14-充电电极，15-操作系统键盘，16-显示屏，17-麦克风孔，18-挂绳孔，19-插卡，20-插卡螺钉，21-壳体螺钉，22-充电导槽，23-铜螺母柱，24-铜柱，25-PCB螺钉，26-灯杯螺钉，27-电池，28-灯杯透明镜片，29-显示屏透明镜片，30-第一PCB板，31-第二PCB板，32-聚能反射灯杯PCB板，33-开关元件，34-硅胶护套，35-按键护环，36-防水硅胶，37-开关组件，38-灯厚度，39-扬声器孔，40-扬声器组件，41-O型硅胶圈，42-SOC系统，43-照明摄像头模块，44-通信智能逻辑模块，45-双工收发器，46-物理控制键模块，47-外接眼镜显示屏模块，48-锂电池和充电管理单元模块，49-键盘与显示屏模块，50-存储器模块
具体实施方式
下面以较佳实施例的组合为例，对本发明方案做进一步的说明，本方案中的不同特征可以交叉组合使用。
所述的物联网工矿灯，由前罩1、灯杯透明镜片28、照明灯杯6、照明LED 光源7、底盖12、电池27、PCB板、照明按钮9、插卡19等构成工矿灯基本的照明功能，使其如普通头戴式工矿灯一样可插挂在安全帽上或头盔上，供作业人员照明使用。在此基础上对其进行结构的创新、对加载物联网通讯技术后SOC系统的软硬件的控制方法创新、对成熟技术进行新的优化组合创新，下面结合附图1～3和本发明方案实施例作详细说明：
如图1～3中所示实施例，本发明工矿灯还包括聚能反射灯杯3，聚能反射灯杯3和照明灯杯6一同构成灯杯组件2。
如图1中所示的工矿灯实施例，所述灯杯组件2包括聚能反射灯杯3和两个照明灯杯6。聚能反射灯杯3设置在灯杯组件2的中间，具有抛物面线型结构，底部设置有红外LED光源4和摄像头5。照明灯杯6在聚能反射灯杯3的左右两侧，呈水平设置，其底部设置有照明LED光源7。为减小灯杯组件2的体积以及优化制作工艺，优选，所述灯杯组件2整体注塑成型。
聚能反射灯杯3底部的元器件(包括红外LED光源4和摄像头5等)及其电路设置在聚能反射灯杯底部的聚能反射灯杯PCB板32上，PCB板32通过灯杯螺钉26与聚能反射灯杯3固定连接。
聚能反射灯杯3的反射面为抛物面线型结构，能将大功率红外LED光源4发出的红外光通过曲面聚焦后投向远处，红外光的光损较小，使摄像头5能在黑暗中摄取50米外较清晰的图像。并且，聚能反射灯杯3也能将红外LED光源4工作时产生的热量以及PCB板32上元器件所产生的热量反射散发出去，解决了红外光源以及PCB板32上元器件的散热问题。
为了使工矿灯佩戴到安全帽上后，红外光源的光线方向与使用者视线成夹角，以提高摄像的红外光照射区与使用者视线落点的同步性，优选使所述聚能反射灯杯的光轴向工矿灯的前下方倾斜，如图3所示，使聚能反射灯杯的光轴与灯杯透明镜片28之间呈小于90°的夹角。聚能反射灯杯的所述设置方式，可以使聚能反射灯杯下部空间腾出，将电池放置于该空间内，还有利于进一步降低灯的厚度，使其厚度能达到小于40mm的程度。
为了提高照明光源7的照明均一性，使其照射到物体表面的光无阴影、无光斑，优选照明灯杯6由多个平面的反光面合围成前宽后窄的喇叭状。每个照明灯杯的反光面优选为4～10个平面。如图1中所示，在该实施例中，每个照明灯杯的 反光面为6个平面。
工矿灯一般需要达到IP67的防护等级，内部的电子元器件需要密封在塑料壳体内。为保证其各项功能长时间的正常工作，内部电子元器件发热的散热问题成为进一步需要解决的问题，尤其在集成了摄像、音视频通信等多种功能后，电子元器件数量增加的情况下。
如图3中所示的工矿灯实施例，底盖12上贯穿设置有作为插卡固定件的铜螺母柱23，插卡螺钉20穿过金属插卡19旋入铜螺母柱23位于底盖外表面的一端，将插卡19固定在底盖的外表面上。在前罩1和底盖12构成的壳体内，在灯杯组件2后部、由灯杯组件2向底盖12的方向，平行于底盖12依次设置第二PCB板31和第一PCB板30。第二PCB板31和第一PCB板30上均设置有元器件，两者均为双面覆铜板。PCB板31和30对应于铜螺母柱23的位置处有螺钉孔，PCB板31和30之间在所述螺钉孔的位置处用铜柱24隔离，PCB螺钉25依次穿过第二PCB板31的螺钉孔、铜柱24、第一PCB板30的螺钉孔，与铜螺母柱23壳体内的一端紧固连接。所述铜柱为管状，优选铜柱的内直径与PCB螺钉的外直径相匹配。
PCB板31和30的覆铜面→铜柱24→铜螺母柱23→插卡19形成了导热通道，通过插卡螺钉20和PCB螺钉25的紧固连接，将PCB板31和30上元器件工作时产生的热量有效地传导至壳体外，保障了工矿灯内元器件的正常运行。
为提高散热效率，优选，将产生热量的元器件或产热量大的元器件设置在PCB板31和/或30接近螺钉孔的位置上。
优选，铜螺母柱23通过注塑镶嵌在底盖12上。
优选，插卡螺钉20和PCB螺钉25的长度恰当，在紧固连接到铜螺母柱23后，两者能相接。
优选，在插卡螺钉20和PCB螺钉25彼此相对的端面上涂覆导热硅酯，以使插卡螺钉20和PCB螺钉25紧固连接到铜螺母柱23后形成的空隙中充满导热硅脂，以增强导热效果和防水防渗透作用。
本发明的工矿灯集成了较多功能，对工矿灯整体的密封性能提出了挑战。如图2所示，可以在工矿灯底盖12外表面的插卡19旁边，设置显示屏16，显示屏16上设置有显示屏透明镜片29。为保证工矿灯的密封性能，如图3所示，所述前罩1和灯杯透明镜片28之间，所述底盖12与其上的显示屏透明镜片29之间，都是 通过二次注塑成型熔接为一体的。所述结构能保证显示屏透明镜片和灯杯透明镜片与底盖和前罩的连接处有更好的防水、抗水压性能。
通过采用适当的SOC系统设计，可以将多种功能集成到本发明的工矿灯中，使之具有物联网通信功能等多种功能。
图4给出了本发明工矿灯SOC系统42连接逻辑的一种实施方式。所述SOC系统42包括照明摄像头模块43，通信智能逻辑模块44，双工收发器45，物理控制键模块46，外接眼镜显示屏模块47，锂电池和充电管理单元模块48，键盘与显示屏模块49，存储器模块50。
其中，通信智能逻辑模块44配置有4G通信模块和LoRa通信模块，它们都具备无线通讯、WiFi连接互联网、蓝牙设备连接等功能。4G通信模块中的NB-loT和LoRa芯片具备低功耗LPWAN广域网的属性，在通讯公网或互联网网络损毁中断时，都具备微蜂窝自组网桥接连网功能，能保障作业现场近10平方公里范围内携带本发明工矿灯的群组队友间的通讯联络。这两个模块是相互独立的通讯信道且各有特点：4G通信模块通过其eSIM芯片自动选择利用GPRS、3G、4G技术直接接入通讯公网，进行语音、数据和视频的传输，其传输距离没有限制，缺点是须向通讯公司付费；LoRa通信模块是用国际无线频道组织规定的免费频道进行通讯，远距离视频传输是通过WiFi的连接实现，其近距离传输穿透性和保密性好，适合矿井下、隧道里和地理环境恶劣场所使用。通信智能逻辑模块44根据有效传输和经济传输的原则选择信道，在保证通信信号的前提下降低通信费用，通过双工收发器45和天线8与外界实时对讲通信，或与外界实时进行数据和视频的传输。
如图2所示，在底盖12外表面的插卡19两边，分别设置显示屏16和操作系统键盘15，键盘15用于工矿灯的各种功能设置或操作已设置好的软件功能，显示屏16用于显示工矿灯的功能菜单，以及已有的地图导航、指南针、收音机、日历、时钟、短信图标等工具性软件的界面。图6为显示屏菜单的示意图。优选，显示屏16为彩色的。
如图1-3所示，在前罩1下端设置有扬声器组件40以及扬声器孔39。在底盖12上设置有麦克风孔17。
上述的麦克风、扬声器、摄像头和显示屏等一同，使本发明工矿灯可像常 用的对讲机和摄像机一样，手执使用。
如图1所示，在前罩1右下角设置有耳机插座11，其能传输音频和视频信号，由SOC系统中的外接眼镜显示屏模块47来驱动和控制该插座上连接的设备。在耳机插座11上配用具有麦克风、耳机和显示屏的护目眼镜，就能实现音频或视频信号的传输。如图5所示，利用工矿灯可佩戴在安全帽或头盔上，且灯厚度小于40毫米的特性，使用时将工矿灯佩戴于安全帽或头盔上，通过耳机插座11连接所述护目眼镜，就可解放工作人员的双手用以作业或战斗，而又不影响其与指挥部门或群组队员间的通讯，以及视频的摄录与传输。
与通常的工矿灯一样，本发明工矿灯上还设置了一些物理按钮。如图1和图2所示，在前盖下方设置有照明按钮9，在底盖上方设置有摄像按钮13，在底盖下方设置有对讲按钮组10，其为双位开关。
物理控制键模块46用软件定义了对讲按钮组10、摄像按钮13和照明按钮9的快捷功能，保证紧急状态下使用的方便快捷。
照明按钮9被赋予了控制照明和红外补光的功能：短按依次实现：弱光照明→强光照明→关闭，如此循环。长按依次为红外灯开启→关闭，如此循环。
摄像按钮13被赋予了控制摄像、录像和视频通话的功能：短按依次实现：摄像头视频开机→开始摄像→摄像并与指挥部门视频通话→关机，如此循环；长按则进入接受外界视频信号的模式并开机，如接受无人机或其他蓝牙摄像头传来的视频信号：短按开始录像→短按录像并与指挥部门共享外界视频和通话→短按回到此模式的开机状，如此循环；再长按则退出该模式并关机。
对讲按钮组10分左键和右键，被赋予控制对讲和数码变焦的功能：
左键：短按可与指挥部门对讲通话，再按关闭通话，如此循环。在摄像模式下，按左键为数码变焦放大摄像。
右键：短按可与群组队员对讲通话，再按关闭通话，如此循环。在摄像模式下，按右键为数码变焦缩小摄像。
对讲按钮组10为关闭状时，对讲功能呈接受指挥部门或群组队员们送来的语音状态。
物理控制键模块46使对讲按钮组10、摄像按钮13和照明按钮9成为快捷热键，作业人员在恶劣环境里可方便、快捷、有效地通过操作上述物理按键，使 用本发明工矿灯的通话、视频摄录与传输的功能。
在本实施例中短按指有效作用时间小于2秒，长按指有效作用时间大于等于2秒。
在进一步优选实施方式中，如图2所示，底盖12靠近顶端的后部设有一对充电电极14，所述充电电极的两侧对称设有一对竖直向上、顶部贯通的充电导槽22。通过与充电电极14和充电导槽22结构配套的连接器，连接充电器实现对工矿灯充电，或连接移动电源以扩展电源容量。优选，电池27为可充电锂电池。
可充电锂电池27在锂电池和充电管理单元模块48监控下，通过与充电电极14、充电导槽22相匹配的插入式结构的连接器，连接充电器对电池充电，或连接扩展电源容量的移动电源，使工矿灯能长续航地工作，解决目前类似设备因供电不足而工作时间短的问题。
在进一步优选实施方式中，对于本发明工矿灯中各部件的密封，可以采用本领域常用的技术手段，例如，扬声器组件40装入前罩1内的元件槽后，用隔离纸和防水硅胶36密封。前罩1与底盖12装配，两者间配合的凸凹槽内镶嵌O型硅胶圈41，在位于底盖四角的壳体螺钉21的紧固连接下而密封。耳机插座11、扬声器孔39、麦克风孔17均选用防水性型号，并用防水硅胶36进行密封处理。对讲按钮组10、摄像按钮13和照明按钮9可以采用本领域常用的各种形式的防水按键结构。通过上述各项措施，外界的尘埃、气体和水分无法进入工矿灯的壳体内，能实现IP67的防护等级，使其能在恶劣的环境中正常工作。

Claims (10)

  1. 一种具有红外摄像功能的物联网工矿灯，包括壳体、金属插卡、灯杯组件、照明光源、红外光源和摄像头，其特征在于：灯杯组件包括聚能反射灯杯和照明灯杯，聚能反射灯杯具有抛物面线型结构，其底部设置红外光源和摄像头；照明灯杯的底部设置照明光源；
    壳体后部贯穿设置一个金属材料制成的插卡固定件，所述金属插卡固定至插卡固定件伸出壳体外表面的一端上，安装有元器件的PCB主板固定至插卡固定件伸出壳体内表面的一端上。
  2. 根据权利要求1所述的工矿灯，所述插卡固定件是铜螺母柱，金属插卡和PCB主板分别通过铜螺钉固定至插卡固定件上；
    优选，所述PCB主板两面覆铜；
    优选，所述PCB主板为两块，所述两块PCB主板平行固定至插卡固定件上；
    优选，在灯杯组件后部紧固连接一块PCB板，其上设置所述红外光源和摄像头及其相关电路和元器件。
  3. 根据权利要求1-2任一项所述的工矿灯，所述聚能反射灯杯设置在灯杯组件的中间，聚能反射灯杯的旁边是照明灯杯；
    优选，所述灯杯组件整体注塑成型；
    优选，所述聚能反射灯杯的光轴向工矿灯的前下方倾斜，与壳体前端面之间呈小于90°的夹角；
    优选，照明灯杯由多个平面的反光面合围成前宽后窄的喇叭状；进一步优选，照明灯杯的反光面为4～10个平面。
  4. 根据权利要求1-3任一项所述的工矿灯，在壳体前端面设有灯杯透明镜片，壳体后部外表面设置显示屏，显示屏上设置有显示屏透明镜片，灯杯透明镜片与壳体之间、显示屏透明镜片与壳体之间，都通过二次注塑成型熔接为一体。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的工矿灯，包括主要由前罩(1)和底盖(12)密封拼合成的壳体，壳体内设置的灯杯组件(2)、电池(27)和PCB主板，底盖后侧固定设有金属插卡(19)，其特征在于：
    所述灯杯组件(2)的中间是具有抛物面线型结构的聚能反射灯杯(3)，聚能反射灯杯的底部设有红外LED光源(4)和摄像头(5)；聚能反射灯杯的两侧各设有一照明灯杯(6)，照明灯杯的底部设有照明LED光源(7)；
    壳体内的PCB主板有两块，均为双面覆铜，第一PCB板(30)与第二PCB板(31)平行且分离设置，PCB螺钉(25)依次穿过第二PCB板(31)、铜柱(24)和第一PCB板(30)，与紧邻第一PCB板(30)外侧的铜螺母柱(23)紧固连接；铜螺母柱(23)穿出底盖(12)；插卡螺钉(20)从铜螺母柱(23)壳体外的一端穿过金属插卡(19)旋入铜螺母柱(23)，使金属插卡(19)与铜螺母柱(23)紧固连接；
    紧邻聚能反射灯杯(3)的前端面外侧设有灯杯透明镜片(28)，底盖背面设有显示屏(16)，显示屏(16)上设有显示屏透明镜片(29)，灯杯透明镜片(28)与前罩(1)之间、显示屏透明镜片(29)与底盖(12)之间分别通过二次注塑成型熔接为一体。
  6. 根据权利要求1-5任一项所述的工矿灯，其特征在于：工矿灯设有通信智能逻辑模块(44)，通信智能逻辑模块配置有4G通信模块和可自组网的LoRa通信模块，通过双工收发器(45)与外界进行数据传输。
  7. 根据权利要求1-6任一项所述的工矿灯，其特征在于：壳体上设置能传输音频和视频信号的耳机插座(11)，能配套接入有麦克风、耳机、显示屏功能的护目眼镜。
  8. 根据权利要求1-7任一项所述的工矿灯，其特征在于：工矿灯壳体靠近顶端的后部设有一对充电电极(14)，所述充电电极的两侧对称设有一对竖向设置、顶部贯通的充电导槽(22)。
  9. 根据权利要求1-8任一项所述的工矿灯，其特征在于：金属插卡(19)两边分别设置有显示屏(16)和操作系统键盘(15)。
  10. 根据权利要求1-9任一项所述的工矿灯，其特征在于：壳体上设置对讲按钮组(10)、摄像按钮(13)和照明按钮(9)，通过物理控制键模块设置所述按钮的功能，
    a、所述对讲按钮组(10)由并排的左键和右键组成，设置为：
    左键：短按为实现与指挥部门对讲通话，再按为关断通话，如此循环；在摄 像模式下，按下其实现数码变焦放大；
    右键：短按为实现与群组队员对讲通话，再按为关断通话，如此循环；在摄像模式下，按下其实现数码变焦缩小；
    对讲按钮组为关闭状态时，对讲功能呈接受指挥部门或群组队员送来的语音状态；
    b、所述摄像按钮(13)短按依次循环实现下述指令：摄像头视频开机→开始摄像→摄像并与指挥部门视频通话→关机，如此循环；
    所述摄像按钮(13)长按后进入接受外界视频信号的模式并开机，再短按依次循环实现下述指令：开始录像→录像并与指挥部门共享外界视频和通话→回到此模式的开机状，如此循环；再长按则退出该模式并关机；
    c、所述照明按钮(9)短按依次循环实现下述指令：弱光照明→强光照明→关闭；长按实现下述指令：红外灯工作→红外灯关闭；
    其中短按指少于2秒的有效按下动作，长按指大于等于2秒的有效按下动作。
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