專利名稱：一種礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及煤礦井下安全攝像監(jiān)控系統(tǒng)，特別涉及ー種礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)，通過頭盔上的礦燈內(nèi)裝攝像頭采集視頻信號(hào)，經(jīng)基站的傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至地面，實(shí)現(xiàn)煤礦井下設(shè)備的監(jiān)控。
背景技術(shù)：
我國(guó)大規(guī)模安裝煤礦安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)是在上世紀(jì)八九十年代，產(chǎn)品是我國(guó)自主研發(fā)的第一或第二代煤礦監(jiān)控設(shè)備。雖然已經(jīng)有部分國(guó)有大中型煤礦對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行了升級(jí)改造，安裝了新一代數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)，但是，大多數(shù)煤礦還在使用老式的設(shè)備和機(jī)器，因而，會(huì)出現(xiàn)安全生產(chǎn)的隱患，如果不定期、按時(shí)進(jìn)行設(shè)備的檢查和維護(hù)就容易造成安全事故。經(jīng)信息化改造的監(jiān)控系統(tǒng)和新一代數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)并不能很好地適應(yīng)井下環(huán)境。我國(guó)不少煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的信息化、自動(dòng)化改造，并沒有考慮到井下實(shí)際情況，雖然達(dá)到了 大量數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)傳輸、處理和顯示等功能，但是，其設(shè)備本身也對(duì)井下環(huán)境有著嚴(yán)格要求。例如，煤礦工作面是煤礦生產(chǎn)的核心所在，也是環(huán)境最惡劣、人員和設(shè)備移動(dòng)最頻繁、事故多發(fā)的場(chǎng)合。然而，煤礦信息化改造采用了有線的エ業(yè)以太網(wǎng)作為核心，即工作面監(jiān)測(cè)監(jiān)控信號(hào)的傳輸采用有線方式，但由于工作面是ー個(gè)不斷移動(dòng)的工作環(huán)境，有線傳輸?shù)姆绞胶茈y適應(yīng)這種不斷移動(dòng)和變化的工作現(xiàn)場(chǎng)，各種因素造成傳輸電纜損壞和扯斷的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。此外，煤礦工作面采空區(qū)的監(jiān)測(cè)更不可能通過有線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行。物聯(lián)網(wǎng)體系中的新型傳感器、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、RFID等技術(shù)以及統(tǒng)ー的標(biāo)準(zhǔn)將能很好地解決現(xiàn)有煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)中所存在的問題，但如何將這些技術(shù)應(yīng)用于煤礦監(jiān)測(cè)監(jiān)控和井下救災(zāi)，還需要深入的探討和研究。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)具有放置靈活、擴(kuò)展簡(jiǎn)便、移動(dòng)性強(qiáng)和自組織等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)無疑是井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控不可或缺的。因此，基于WSN的井下的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，將比目前采用的有線方式具有更多的優(yōu)勢(shì)。但是，工作面布置有液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等大型金屬設(shè)備以及煤、巖等介質(zhì)，因此煤礦工作面隧道是ー種非均勻異質(zhì)邊界的有限空間。此外，隨著工作面的推進(jìn)，信息傳輸?shù)目臻g形狀也在不斷發(fā)生變化。現(xiàn)有的地上無線傳感器的研究成果并不能簡(jiǎn)單地應(yīng)用于采煤工作面，因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在井下應(yīng)用還有許多關(guān)鍵技術(shù)和問題需要解決，如克服井下多徑干擾的傳輸方式、組網(wǎng)形式、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通信協(xié)議等。國(guó)外專家已提出在煤礦井下大巷中利用WSN實(shí)現(xiàn)煤礦工人的跟蹤定位及井下環(huán)境監(jiān)測(cè)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者。傳感器、感知對(duì)象和觀察者構(gòu)成了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三個(gè)要素。在國(guó)內(nèi)，科研院所已將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于煤礦井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控和井下救災(zāi)；確定為優(yōu)先研究的課題，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)每個(gè)礦エ進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，期望實(shí)現(xiàn)與各種災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)。但在實(shí)際應(yīng)用中的各種技術(shù)方案則各具優(yōu)缺點(diǎn)，均存在不足之處。
發(fā)明內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種移動(dòng)式礦用頭盔式礦燈攝像系統(tǒng)的技術(shù)方案，基于無線通信和紅外攝像技術(shù)配合移動(dòng)式礦用頭盔式礦燈、通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)對(duì)每個(gè)礦エ進(jìn)行實(shí)時(shí)定位，具有安全、靈活、簡(jiǎn)便、移動(dòng)性強(qiáng)和自組織成系統(tǒng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)井下監(jiān)測(cè)監(jiān)控。本實(shí)用新型是通過這樣的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面監(jiān)控設(shè)備、若干接收基站和若干礦用頭盔式攝像裝置，其特征在干通過無線發(fā)射裝置無線連接到接收基站，接收基站通過光纜連接地面監(jiān)控設(shè)備；所述礦用頭盔式攝像裝置包括燈頭組件和腰部挎帶組件； 所述燈頭組件包括燈殼，燈殼外形為半球狀，其內(nèi)部為型腔結(jié)構(gòu)，型腔結(jié)構(gòu)與燈殼內(nèi)安裝的元、部件的形狀相配合，燈殼內(nèi)型腔的前部用于固定圓盤狀LED電路板，LED電路板的中心開孔，中心開孔內(nèi)徑與紅外攝像機(jī)的鏡頭外徑相配合，紅外攝像機(jī)的鏡頭端固定在LED電路板的中心開孔內(nèi)，紅外攝像機(jī)的機(jī)身部分由燈殼內(nèi)部相應(yīng)的型腔支撐；在LED電路板的中心開孔的外徑至LED電路板外徑之間的板面位置上，間隔排列紅外LED環(huán)形陣列和白光LED環(huán)形陣列；燈殼的背面固定連接燈頭組件電路盒，燈殼背面與燈頭組件電路盒結(jié)合處設(shè)有穿線孔；傳輸線接線盒固定在燈頭組件電路盒后面，傳輸線接線盒內(nèi)固定插拔式接線插座，傳輸線接線盒背面對(duì)應(yīng)插拔式接線插座的位置加工有插孔透ロ ；燈頭組件電路盒上安裝有LED控制按鈕、攝像功能控制按鈕、無線傳輸控制按鈕；燈頭組件電路盒下面設(shè)有連接頭盔的插板；燈頭組件電路安裝在燈頭組件電路盒內(nèi)；燈頭組件電路主要包括由MCU芯片PIC18F4580、LED電路、紅外攝像機(jī)、CMOS處理芯片0V5017、Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、照度傳感器和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050 ；MCU芯片PIC18F4580分別與LED電路、CMOS處理芯片0V5017、Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；照度傳感器與Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236連接，紅外攝像機(jī)與CMOS處理芯片0V5017連接，LED電路主要由紅外LED和白光LED組成；紅外攝像機(jī)的視頻電纜連接CMOS處理芯片0V5017 ;由MCU芯片PIC18F4580實(shí)現(xiàn)幀同步控制；腰部挎帶組件電路安裝在腰部挎帶組件電路盒內(nèi)，主要包括DSP芯片TMS320LF2812、無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408、32G存儲(chǔ)芯片Sandisk-05105-032G、CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050、SMA天線接ロ、充電控制電路和電池組；DSP芯片TMS320LF2812分別與無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；燈頭組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050與腰部挎帶組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050之間通過插拔式接線端子和線纜連接；燈頭組件電路的CMOS處理芯片0V5017與腰部挎帶組件電路的信號(hào)處理芯片AK8408之間通過插拔式接線端子和線纜連接；腰部挎帶組件電路的電池組通過線纜向燈頭組件電路提供電源。本實(shí)用新型的有益效果是1、采用LED燈提供光源，并且使用同幀率同步控制技術(shù)和紅外燈自控技術(shù)控制LED和攝像幀率同步，能夠大大減少電池耗電量；2、采用可移動(dòng)攝像技木，大大提高了井下監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，并最大程度上減少監(jiān)控盲點(diǎn)率，提高井下突發(fā)狀況調(diào)度應(yīng)急處理速度，并且提高危險(xiǎn)狀況預(yù)判斷時(shí)間；3、提供實(shí)時(shí)壓縮存儲(chǔ)的方式，當(dāng)井下出現(xiàn)事故或傳輸故障后實(shí)時(shí)存儲(chǔ)成為專業(yè)黑匣子，提高環(huán)境適用性；4、使用無縫接入技木，在無線基站節(jié)點(diǎn)交換處，能夠自動(dòng)識(shí)別，實(shí)時(shí)無縫切換傳輸。5、終端設(shè)備體積小巧，采用本質(zhì)安全型電路設(shè)計(jì)，安全性高。特有同幀率同步控制技術(shù)和紅外燈自控技術(shù)控制延長(zhǎng)電池使用時(shí)間，充滿電在15幀/s下所有耗能設(shè)備和功能全部打開并開到最大，也即將攝像、照明、無線傳輸、存儲(chǔ)功能 全部打開，照明最大照射能夠使用48小時(shí)以上。當(dāng)巷道布置足夠數(shù)量的接收基站吋，可以實(shí)現(xiàn)全礦井監(jiān)控。

圖I、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；圖2、電路結(jié)構(gòu)框圖；圖3、充電控制模塊電路圖；圖4、礦用頭盔式攝像燈頭軸測(cè)圖A ;圖5、礦用頭盔式攝像燈頭軸測(cè)圖B ;圖6、礦用頭盔式攝像燈頭主視圖；圖7、礦用頭盔式攝像燈頭側(cè)視圖；圖8、礦用頭盔式攝像燈頭俯視圖。圖中1.燈殼，2.燈頭組件電路盒，3.傳輸線接線盒，4. LED控制按鈕，5.攝像功能控制按鈕，6.無線傳輸控制按鈕，7.紅外攝像機(jī)，8. LED電路板，9.紅外LED環(huán)形陣列，91.白光LED環(huán)形陣列，10.插板，11.線纜。
具體實(shí)施方式
礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)包括地面監(jiān)控設(shè)備、若干接收基站和若干礦用頭盔式攝像裝置，礦用頭盔式攝像裝置以移動(dòng)式礦用頭盔式礦燈為安裝媒介，將紅外攝像機(jī)、視頻信號(hào)采集電路與礦用頭盔式礦燈結(jié)合為一體，通過紅外攝像機(jī)采集視頻信號(hào)，將視頻信號(hào)壓縮存儲(chǔ)，再經(jīng)過無線發(fā)射裝置傳輸?shù)浇邮栈?，由接收基站再傳送到地面監(jiān)控設(shè)備；所述礦用頭盔式攝像裝置包括燈頭組件和腰部挎帶組件；所述燈頭組件包括燈殼1，燈殼I外形為半球狀，其內(nèi)部為型腔結(jié)構(gòu)，型腔結(jié)構(gòu)與燈殼I內(nèi)安裝的元、部件的形狀相配合，燈殼I內(nèi)型腔的前部用于固定圓盤狀LED電路板8，LED電路板8的中心開孔，中心開孔內(nèi)徑與紅外攝像機(jī)7的鏡頭外徑相配合，紅外攝像機(jī)7的鏡頭端固定在LED電路板8的中心開孔內(nèi)，紅外攝像機(jī)7的機(jī)身部分由燈殼I內(nèi)部相應(yīng)的型腔支撐；在LED電路板8的中心開孔的外徑至LED電路板8外徑之間的板面位置上，間隔排列紅外LED環(huán)形陣列9和白光LED環(huán)形陣列91 ；燈殼I的背面固定連接燈頭組件電路盒2，燈殼I背面與燈頭組件電路盒2結(jié)合處設(shè)有穿線孔；傳輸線接線盒3固定在燈頭組件電路盒2后面，傳輸線接線盒3內(nèi)固定插拔式接線插座，傳輸線接線盒背面對(duì)應(yīng)插拔式接線插座的位置加工有插孔透ロ ；燈頭組件電路盒2上安裝有LED控制按鈕4、攝像功能控制按鈕5、無線傳輸控制按鈕6 ;燈頭組件電路盒2下面設(shè)有連接頭盔的插板10 ;燈頭組件電路安裝在燈頭組件電路盒2內(nèi)；燈頭組件電路主要包括MCU芯片PIC18F4580、LED電路、紅外攝像機(jī)7、CMOS處理芯片0V5017、Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、照度傳感器和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050 ；MCU芯片PIC18F4580分別與LED電路、CMOS處理芯片0V5017、Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；照度傳感器與Α/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236連接，紅外攝像機(jī)7與CMOS處理芯片0V5017連接，LED電路主要由紅外LED和白光LED組成；紅外攝像機(jī)7的視頻電纜連接CMOS處理芯片0V5017，視頻信號(hào)通過CMOS處理芯片0V5017的模擬信號(hào)輸出端ロ向后端傳輸；腰部挎帶組件電路安裝在腰部挎帶組件電路盒內(nèi)，主要包括DSP芯片 TMS320LF2812、無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408、32G存儲(chǔ)芯片Sandisk-05105-032G、CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050、SMA天線接ロ、充電控制電路和電池組；DSP芯片TMS320LF2812分別與無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；燈頭組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050與腰部挎帶組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050之間通過插拔式接線端子和線纜11連接；當(dāng)在井上充電吋，充電控制器自動(dòng)工作，控制充電及保護(hù)。攝像頭部分采用CMOS型處理器件經(jīng)過調(diào)制傳輸，并由微控制器控制攝像幀與紅外燈同歩，最終傳輸給壓縮處理部分；LED部分選用高流明白光LED帶有無極調(diào)光控制；壓縮存儲(chǔ)壓縮存儲(chǔ)部分采用編碼壓縮芯片和存儲(chǔ)芯片組成，帶有轉(zhuǎn)發(fā)功能，以
H.264格式壓縮存儲(chǔ)，并帶有USB從設(shè)備接ロ ；無線發(fā)射裝置無線發(fā)射部分采用2. 4G頻段，無線節(jié)點(diǎn)模式進(jìn)行通信，同時(shí)帶有藍(lán)牙接ロ可以選用；接收基站接收部分采用2. 4G頻段，無線熱點(diǎn)模式，并帶有藍(lán)牙接ロ選用，同時(shí)加入光纖接口和以太網(wǎng)接ロ可以采用多種接ロ模式進(jìn)行組網(wǎng)；地面監(jiān)控設(shè)備主控制PC部分接收卡為以太網(wǎng)或光纖，經(jīng)過視頻監(jiān)控軟件處理顯示在顯示屏或其他顯示設(shè)備上。根據(jù)上述說明，結(jié)合本領(lǐng)域技術(shù)可實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的方案。
權(quán)利要求1.一種礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面監(jiān)控設(shè)備、若干接收基站和若干礦用頭盔式攝像裝置，其特征在干通過無線發(fā)射裝置無線連接到接收基站，接收基站通過光纜連接地面監(jiān)控設(shè)備；所述礦用頭盔式攝像裝置包括燈頭組件和腰部挎帶組件；所述燈頭組件包括燈殼，燈殼外形為半球狀，其內(nèi)部為型腔結(jié)構(gòu)，型腔結(jié)構(gòu)與燈殼內(nèi)安裝的元、部件的形狀相配合，燈殼內(nèi)型腔的前部用于固定圓盤狀LED電路板，LED電路板的中心開 し，中心開孔內(nèi)徑與紅外攝像機(jī)的鏡頭外徑相配合，紅外攝像機(jī)的鏡頭端固定在LED電路板的中心開孔內(nèi)，紅外攝像機(jī)的機(jī)身部分由燈殼內(nèi)部相應(yīng)的型腔支撐；在LED電路板的中心開孔的外徑至LED電路板外徑之間的板面位置上，間隔排列紅外LED環(huán)形陣列和白光LED環(huán)形陣列；燈殼的背面固定連接燈頭組件電路盒，燈殼背面與燈頭組件電路盒結(jié)合處設(shè)有穿線孔；傳輸線接線盒固定在燈頭組件電路盒后面，傳輸線接線盒內(nèi)固定插拔式接線插座，傳輸線接線盒背面對(duì)應(yīng)插拔式接線插座的位置加工有插孔透ロ ；燈頭組件電路盒上安裝有LED控制按鈕、攝像功能控制按鈕、無線傳輸控制按鈕；燈頭組件電路盒下面設(shè)有連接頭盔的插板；燈頭組件電路安裝在燈頭組件電路盒內(nèi)；燈頭組件電路主要包括MCU芯片PIC18F4580、LED電路、紅外攝像機(jī)、CMOS處理芯片0V5017、A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、照度傳感器和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050 ；MCU芯片PIC18F4580分別與LED電路、CMOS處理芯片0V5017、A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236、和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；照度傳感器與A/D轉(zhuǎn)換器芯片AD9236連接，紅外攝像機(jī)與CMOS處理芯片0V5017連接，LED電路主要由紅外LED和白光LED組成；紅外攝像機(jī)的視頻電纜連接CMOS處理芯片0V5017 ； 腰部挎帶組件電路安裝在腰部挎帶組件電路盒內(nèi)，主要包括DSP芯片320LF2812、無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408、32G存儲(chǔ)芯片Sandisk-05105_032G、CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050、SMA天線接ロ、充電控制電路和電池組；DSP芯片TMS320LF2812分別與無線控制芯片CC2530、功率放大器CC2590、信號(hào)處理芯片AK8408和CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050連接；燈頭組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050與腰部挎帶組件電路的CAN驅(qū)動(dòng)芯片NXP1050之間通過插拔式接線端子和線纜連接；燈頭組件電路的CMOS處理芯片0V5017與腰部挎帶組件電路的信號(hào)處理芯片AK8408之間通過插拔式接線端子和線纜連接；腰部挎帶組件電路的電池組通過線纜向燈頭組件電路提供電源。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種礦用本安型頭盔式礦燈攝像監(jiān)控系統(tǒng)，包括地面監(jiān)控設(shè)備、接收基站和礦用頭盔式攝像裝置，礦用頭盔式攝像裝置將紅外攝像機(jī)、視頻信號(hào)采集電路與礦用頭盔式礦燈結(jié)合為一體，礦用頭盔式攝像裝置通過無線發(fā)射裝置無線連接到接收基站，接收基站通過光纜連接地面監(jiān)控設(shè)備；裝置采用LED為光源，使用同幀率同步控制和紅外燈自控技術(shù)控制LED和攝像幀率同步，耗電量?。徊捎每梢苿?dòng)攝像技術(shù)，提高了井下監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，減少監(jiān)控盲點(diǎn)率，提高井下突發(fā)狀況調(diào)度應(yīng)急處理速度，提高危險(xiǎn)狀況預(yù)判斷時(shí)間；裝置采用本質(zhì)安全型電路設(shè)計(jì)，安全性高，可以實(shí)現(xiàn)全礦井監(jiān)控。
文檔編號(hào)H04N7/18GK202634602SQ20122024614
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月29日
發(fā)明者張遠(yuǎn), 趙健勝, 孫建輝 申請(qǐng)人:天津華寧電子有限公司