專利名稱：礦工便攜式安全儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于信息與自動化領域，具體涉及一種礦工便攜式安全儀。
背景技術：
礦井、隧道屬于高危險作業(yè)環(huán)境，因itb(寸這些環(huán)境進行遠程數據監(jiān)控，有利于井上或隧道外 的指揮中心更好地掌握井下或隧道內的環(huán)境安全狀況，配合井下或隧道內的現場人員采取措施，消 除安全隱患。當已發(fā)生安全事故時，井上或隧道外如能掌握井下或隧道內的情況，有利于其采取救 援措施。傳統(tǒng)的地下數據采集系統(tǒng)， 一般采用有線組網方式，可以有效地避免信號干擾問題，但 由于地下環(huán)境復雜，該方式具有施工難度大、傳輸距離有限、布線困難、系統(tǒng)成本高、難維護、 無法隨時檢查報警器的工作瞎況、當發(fā)生安全事故時無法提供準確的搜救信息等缺點。而如果采 用無線電波，特別是中頻和高頻段的電波的方式又會受到復雜的電磁環(huán)境影響，尤其是受限的非 自由空間，這就使得無線電波在傳輸過程中衰減非常大，在井深的地方或隧道深處，難以與井上 或隧道夕卜進行有效的聯絡。此外，傳統(tǒng)的有線和無線方式只是對常規(guī)的溫度、濕度、瓦斯等環(huán)境 因子進行采集，并沒有考慮到圖象傳輸和語音通信功能，因而不能在危機時刻提供礦井工人的現 場信息，且在無線傳輸方式中也未能解刺專輸信號減弱等問題

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服傳統(tǒng)地下數據采集系統(tǒng)有線組網方式施工難度大、系統(tǒng)成本高、難維 護、無法隨時檢査報警器的工作情況、無&^共準確的搜救信息的缺陷，或是采用無線電波方式 時，中頻和高頻段的電波受到復雜的電磁環(huán)境影響，無線電波在傳輸過程中衰減非常大的缺陷， 提供一種由每一個礦工隨身攜帶的安全儀，該安全儀與布置于井下的測定溫度、濕度、瓦斯等的
傳 結合,使井上或Piit外指揮中心可以隨時了解井下或隧置內工人周圍環(huán)境信息，并實現與現 場語音和視頻通信的一種裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現的本礦工便攜式安全儀，包括一單片機1，用于對所采集到的信息進行處理；
""存儲電路2，與所述單片機l連接，用于實現大量數據的存儲；
1據采集電路3，與所述單片機l及皿、濕度、瓦斯等傳 連接，該數據采集電路3可 以提供至少兩個數字信號輸入端、至少兩個模擬電流信號輸入端和兩個模擬電壓信號輸入端，用 于采集信息；
一語音編碼電路4，與所述單片機l連接，用于實現語音編碼和解碼；
一無線射頻模決5，該?！姥?采用工作于超高頻段的無線射頻芯片，與所述語音編碼電路4連 接，用于傳輸現場語音信息；
—電池6，該電池6為無線信號中繼器Jif共穩(wěn)定的電源； 一無線信號中繼器7，與所述電池6連接，用于增加信號傳輸距離； 一耳麥8，與所述語音編碼電路4連接，用于采集和接收語音信號； 一無線視頻傳輸模塊9，與所述單片機l連接，用于傳輸現場圖像信息； —電源?！姥?0，該電源模塊10為裝置各部分電路提供穩(wěn)定的電源； —報警電路ll，與所述單片機l連接，用于裝置的報警；
一串口電路12，與所述單片機l連接，該串口電路12可以提供一個RS232端口，用于與PC ,訊；
"^:電路13，與所述單片機l連接，用于采皿參數的設置和功能的操作； 一顯示模塊14，與所述單片機l連接，用于數據、報警和操作界面顯示； 一具有一個控制面板、標準的信號輸入端口的一個外殼，控制面板用于安裝信號指示燈、鍵
盤、顯示器；標準的信號輸入端口包括數字信號輸入端口、模擬信號(電壓和電流)輸入端口、 RS232
端口和電源插口；裝置電路板放在外殼中，端口在外殼一側引出。
本礦工便攜式安全儀的工作原理是首先艦鄉(xiāng)電路13輸入一些控制信息，比如采集周期、
環(huán)境范圍等，這些信息存儲在存儲電路2中，數據采集電路3采集到數據后，將其與相應的環(huán)境
范圍進行比較，當某一環(huán)境因子越界時，顯示模塊14會閃爍，并顯示當前的越界信息；礦工與管理人員進行語音通訊，打開通話鍵，M耳麥8、無線射頻模塊5和語音編碼電路4來實現，其中 耳麥8用于語音信息的收發(fā)，無線射頻模塊5用于完成語音信息的傳輸，語音編碼電路4用來實 現語音的編碼和解碼；在視頻傳輸功能中，礦工首先通過菜單鍵選擇視頻傳輸功能，具體由無線 視頻傳輸模塊5來實現。此外，為了保證信息的穩(wěn)定傳輸，該裝置采用了中繼傳f俞方式，由無線 信號中繼器7來實現。
本發(fā)明的有益效果是由于不采用有線組網方式，而采用礦工便攜儀器的方式，可以有效地避 免信號干擾問題，及因地下環(huán)境復雜導致的施工難度大、傳輸距離有限、布線困難、系統(tǒng)成本高、 難維護、無法隨時檢查報警器的工作情況、當發(fā)生安全事故時無法提供準確的搜救信息等缺點， 由于本系統(tǒng)不僅可以實現工作現場常規(guī)的溫度、濕度、瓦斯等環(huán)境因子的釆集，還可以采集圖像 信息，實現圖像、語音通信功能，即實現了現場語音禾曬象信息的傳送，可以使井上和隧道外的指 揮中心隨時掌握井下和隧道內的情況、隧道內工人周圍環(huán)境信息，有利于指揮中心根據情況，配 合井下或隧道內現場采取措施，及時消除安全隱患，由于本安全儀具剤氐成本、低功耗、高性能、 體積小、易攜帶等優(yōu)點，適合工人隨身攜帶，在發(fā)生事故時，井上和隧道外的指揮中心可以掌握每 一個工人的情況，及時采取有效的救援措施。由于系統(tǒng)還引入了無線信號中繼器及采用了超高頻 波傳輸，克月艮了信號傳輸中電磁干擾的影響和傳輸距離柳艮制，保證了數據傳輸的準確性。


圖1為本發(fā)明所提供一個實施例的電路框圖2為本發(fā)明所掛共一個語音和視頻通信電路的電路框圖3為本發(fā)明所提供一個模擬信號采集的電路圖； 圖4為本發(fā)明所提供一個數字信號采集的電路圖； 圖5為本發(fā)明所提供一個報警電路的電路圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，但實施例不，本發(fā)明的限制。 實施例1當使用本礦工便攜式安全儀雙方的通信距離較遠或不能直線通信時，需在中途加設無線信號 中繼器7，并用電池6供電，以保證雙方信號的有效傳輸。選用的模塊為；
單片機l，采用美國德州儀器(TI)公司的MSP430F149單片機，它在休眠的條件下工作的電流 只有0. 8 y A，即使在2. 2V、 lMHz條件下工作的電流只有280 n A ，可以很好的滿足本裝置低功耗 的要求；16位RSIC結構，指令的執(zhí)行時間只需要150ns，還有高效的查表處理方法，有較高的處 理速度，在8MHz晶體下運算能力達到lMIPS;片上有2個16位的定時器，為裝置采集定時功能的 實現提供了方便；該單片機有2個串口，可以滿足系統(tǒng)數字信號采集和與PC機通信的要求；片上 有12位的A/D轉換器，并且提供了片內參考電壓，可滿足本技術方案進行信息采集的需求；^f共 P1.0-P6.0共6個翻端口，為系統(tǒng)存儲電路、顯示電路和無線射頻模i央功能的連接^t共了足夠的 I/O資源。單片機1對所采集到的信息進行處理，并通過其連接的語音編碼電路和無線視頻傳輸模 士雑輸信息；
存儲電路2，采用USB接口，夕卜接U盤來實現大量數據的存儲。
數據采集電路3，該電路通過一個電阻將電流信號轉換成電壓信號，為了提高采集的進度，需 要采用高精度的電阻(1%)，電路中采用二極管作為ESD保護電路，采用電容進行i^波處理，允許 電流輸入范圍為4-20mA;采用MSP430F149單片機自帶的快速型12位逐次逼近式A/D轉換器，它 無需外接元器件就可以獨立完成A/D轉換功能；溫度、濕度、瓦斯傳 既可利用通常置于井下 的傳 ，也可由礦工自帶,溫濕傳自采用采用北京昆侖海岸公司提供的JWSL-3，瓦斯?jié)舛葴y量 則采用KGJ25型煤礦用高低濃度甲烷傳感器；另掛共至少2個I/O 口來完成數字信號的采集。數 據采集電路的電路圖如圖5所示。
語音編碼電路4，采用美國國家半導體公司推出的斜率連續(xù)可變增量(CVSD)全雙工音頻調制 芯片CMX639，它完縫成了語音編碼和解碼功能，實現了單芯片語音處理的能力，夕卜圍設備簡單， 而且用戶可以通過其管腳方便地對其編解碼算法進行設置，并且具有強大的可選擇編碼算法， CMX639對語音信號的每次取樣，只用l個比特表示，輸出的是串行比特流，可以直接送入射頻芯
TRF69oo進行^ir，它具有低功耗、低價位、小體積和開;^隹衝氐等多種優(yōu)點。由于話筒的語音信號幅度通常不大，因此為了減小噪聲對信號質量的影響，需加入放大器對信號進行放大，系統(tǒng)中 采用ANT310芯片；同樣地，在耳機接收時ffliiiJf波器MAX7400濾除語音信號中的高頻噪聲。
無線射頻模塊5，采用TI公司最新推出的短距離無線射頻芯片TRF6900，采用FSK調制，可 以工作在850-950腿zISM超高頻段，非常適合在礦井、隧道等復雜的電磁環(huán)境下進行無線通信， 其主要性能如下1)有效數據傳輸距離100米；2)工作電壓2. 2 V-3. 6 V; 3)待機電流5 A， 工作電流50mA; 4)數據傳輸最高速率50Kbps。 TRF6900可以基農誇足無線耳麥對傳輸距離和數據 速率的要求，而且工作電壓和功耗較低，可以利用電Mffl行供電。
電池6，采用蓄電池供電，可連續(xù)供電48小時。
無線信號中繼器7，采用京安天下公司推出的無線信號中繼器增加信號傳輸距離，無線布控， 無線轉發(fā)，使主機與終端設備保持通訊，信號轉戯巨離1000-5000米。 耳麥8，用于采集和接收語音信號。
無線視頻傳輸模i央9，采用北京藍波視i辯斗技有限公司推出的OEM模i央組，其主要性能如下 多頻M:接變頻技術150 900MHz、 1. 0G 1. 7GHz、 2. 3G 2. 7GHz;多帶寬COFDM調制技術8MHz、 4MHz、 2MHz (可選)；多模式視頻壓縮MPGE4兼容MPEG2 (撥碼選擇)；高接收門限電平靈 -103dBm (10-6 BER @4MHz信道寬度)具有AES加密功能避免非法接收；手動鍵控14dB輸出功 率可調方便實地改變功率，減少輻射；手動鍵控8頻,擇方便實地改變頻點，避開干擾；高 質量視頻質量無馬賽克，保存最后一幀好圖；支持高速移動傳輸；支持非M1 巨(NLOS)傳輸。 該模l央組ffi3i微處理器的另一個串口 (URXD、 UTXD引腳)和微處理器相連。
電源模塊IO，該電源包括電池供電和外部電源供電兩種接口，由于齡系鄉(xiāng)棘用3.3V供電， 為了保證電源的穩(wěn)壓功能和紋波小等性能，系纟皿用TI公司的TPS76033芯片實現。
報警電路ll，當現場 出現異常時，顯示模i央閃爍，為礦井工人^f財艮警功能。
串口電路12，可以掛共一個RS232端口，可用于與PC機通訊，也可作為一個數字信號采集端 口，用于數字信號的采集。
鍵盤電路13，采用3*3方式連接，占有系統(tǒng)2個中斷，9個按鍵分別為菜單鍵(MENU)、確定(ENTER)、發(fā)送(SEND)、中斷(INTERRUPT)、方向鍵(上、下)、通話鍵(TALK)、停止鍵(ST0P)、 復位鍵(RESET)。
顯示?！姥?4，釆用MGLS-240128?！姥雭韺崿F系統(tǒng)操作界面和數據的顯示。 實施例2
當通信雙方距離為100米以內時，無需采用中繼方式實現數據傳輸，即不必使用電池6和無 線信號中繼器7，這樣可以節(jié)省系統(tǒng)成本，附氐系統(tǒng)功耗。本實施例其它部分同實施例l。
權利要求
1. 礦工便攜式安全儀，其特征在于本安全儀包括—單片機(1)，用于對所采集到的信息進行處理；—存儲電路(2)，與所述單片機(1)連接，用于實現大量數據的存儲；—數據采集電路(3)，與所述單片機(1)連接，該數據采集電路(3)可以提供至少兩個數字信號輸入端、至少兩個模擬電流信號輸入端和兩個模擬電壓信號輸入端，用于采集信息；—語音編碼電路(4)，與所述單片機(1)連接，用于實現語音編碼和解碼；—無線射頻模塊(5)，該模塊(5)采用工作于超高頻段的無線射頻芯片，與所述語音編碼電路(4)連接，用于傳輸現場語音信息；—電池(6)，該電池(6)為無線信號中繼器提供穩(wěn)定的電源；—無線信號中繼器(7)，與所述電池(6)連接，用于增加信號傳輸距離；—耳麥(8)，與所述語音編碼電路(4)連接，用于采集和接收語音信號；—無線視頻傳輸模塊(9)，與所述單片機(1)連接，用于傳輸現場圖像信息；—電源模塊(10)，該電源模塊(10)為裝置各部分電路提供穩(wěn)定的電源；—報警電路(11)，與所述單片機(1)連接，用于裝置的報警；—串口電路(12)，與所述單片機(1)連接，該串口電路(12)可以提供一個RS232端口，用于與PC機通訊；—鍵盤電路(13)，與所述單片機(1)連接，用于采集器參數的設置和功能的操作；—顯示模塊(14)，與所述單片機(1)連接，用于數據、報警和操作界面顯示；—一個控制面板、標準的信號輸入端口的一個外殼，控制面板用于安裝信號指示燈、鍵盤、顯示器；標準的信號輸入端口包括數字信號輸入端口、模擬信號(電壓和電流)輸入端口、RS232端口和電源插口；裝置電路板放在外殼中，端口在外殼一側引出。
2.根據權利要求1所述的礦工便攜式安全儀，其特征在于用本系統(tǒng)提供的RS232端口 (12)，Mii接RS232/USB轉換器配置成USB端口實現數據的有線傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦工便攜式安全儀，屬于信息與自動化領域。該儀器包括微處理器、存儲電路、數據采集電路、語音編碼電路、無線射頻模塊、電池、無線信號中繼器、耳麥、無線視頻傳輸模塊、電源模塊、報警電路、串口電路、鍵盤電路以及顯示模塊。本發(fā)明是一種可以及時了解礦工周圍環(huán)境信息，并實現對現場語音和視頻通信的一種裝置，系統(tǒng)采用無線射頻模塊通過中繼方式實現數據傳輸，為在礦井、隧道等受限環(huán)境下實現人員監(jiān)視、預警、搜救提供了一個良好的方案。具有低成本、低功耗、高性能、易攜帶等特點，可作為一種通用的礦工便攜式安全儀。
文檔編號E21F17/18GK101429874SQ20081005856
公開日2009年5月13日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權日2008年6月20日
發(fā)明者張云偉, 霜 李, 蔣海波, 郭志偉 申請人:昆明理工大學