本實用新型涉及礦業(yè)應(yīng)急救援通訊信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種頭盔通訊裝置。

背景技術(shù)：

礦井生產(chǎn)中時常發(fā)生瓦斯、水、火、煤塵、頂板等災(zāi)害事故，而且這些災(zāi)害常常是共生的，造成井下災(zāi)區(qū)條件與環(huán)境異常的險惡、復(fù)雜，如巷道中漂浮大量的煤塵和巖粉、高溫?zé)煔饽媪鳌⒂卸居泻怏w漫延、瓦斯氣體的噴出、井下巷道錯綜復(fù)雜等等，這些因素都會對礦井救援過程產(chǎn)生干擾?，F(xiàn)今，礦山救援通訊技術(shù)及裝備發(fā)展緩慢，救援裝備不能適應(yīng)復(fù)雜的救援環(huán)境，災(zāi)區(qū)一旦發(fā)生瓦斯爆炸、煤層自燃等事故，救護隊員穿著防護服和戴著頭盔全面武裝進入災(zāi)區(qū)，由于災(zāi)區(qū)環(huán)境復(fù)雜、噪音大、救援通訊設(shè)備傳輸距離短、抗干擾能力差等因素，影響救護隊員直接獲取外界災(zāi)情信息，救護隊員之間也無法及時交流以及救護隊員之間不能與井下救護基地和地面各級救援指揮中心進行準(zhǔn)確、實時的聯(lián)系,有效地反映災(zāi)區(qū)現(xiàn)場情況,在一定程度上影響了救災(zāi)搶險指揮決策，災(zāi)區(qū)災(zāi)情隨時可能發(fā)生突變會導(dǎo)致救護隊員的人員傷亡以及事故的進一步擴大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種頭盔通訊裝置，解決了救援災(zāi)區(qū)環(huán)境信息的采集、救護隊員相互交流以及與指揮基地之間的信息交流困難問題，避免救護隊員的傷亡以及為救援決策提供更多的現(xiàn)場信息等。

本實用新型實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是：一種頭盔通訊裝置，包括環(huán)境信息采集系統(tǒng)、實時信息共享系統(tǒng)和電源系統(tǒng)；所述電源系統(tǒng)為環(huán)境信息采集系統(tǒng)和實時信息共享系統(tǒng)提供電源；所述環(huán)境信息采集系統(tǒng)包括聲音信息采集模塊、溫度信息采集模塊、礦井氣體檢測模塊、風(fēng)速采集模塊、粉塵采集模塊；

所述實時信息共享系統(tǒng)包括語音通話模塊和遠程傳輸模塊；所述語音通話模塊包括語音通信發(fā)送端和語音通信接收端；所述語音通信發(fā)送端包括話筒、降噪模塊、音頻處理模塊、發(fā)射器、靜噪編碼器、轉(zhuǎn)換器、天線；所述語音通信接收端包括天線、載波降噪、編碼靜噪解碼器、接收器、音頻放大器、揚聲器；所述遠程傳輸模塊包括wifi無線模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊；

話筒將收集的音頻信息通過降噪模塊降噪后，輸入音頻處理模塊進行編碼調(diào)制傳輸給發(fā)射器，經(jīng)發(fā)射器中鎖相環(huán)和壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生發(fā)射的射頻載波信號，經(jīng)過緩沖放大，激勵放大、功放，產(chǎn)生額定的射頻功率，然后將發(fā)射器輸出的信息傳輸給轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器接收到信號后通過天線發(fā)射出去；

wifi無線模塊與控制模塊雙向連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊與控制模塊雙向連接，其他代發(fā)信號輸入(如：礦井氣體檢測數(shù)據(jù)、礦井溫度信息、井下風(fēng)速、粉塵濃度等)與數(shù)據(jù)傳輸模塊的輸入相連，其他接收信號的終端設(shè)備與數(shù)據(jù)傳輸模塊輸出端相連。wifi無線模塊通過無線mesh網(wǎng)絡(luò)與井下指揮中心相連進行雙向通訊；同時井下指揮中心通過有線接入與地面指揮中心進行雙向?qū)崟r通信；

環(huán)境信息采集系統(tǒng)收集的信息以及語音通話模塊的通信信息均通過遠程傳輸模塊發(fā)送至井下指揮中心，井下指揮中心將信息通過有線網(wǎng)絡(luò)傳遞至地面指揮中心；地面或者井下指揮中心的決策信息也通過有限網(wǎng)絡(luò)接收。

語音通話模塊采用編碼靜音方式，CPU產(chǎn)生CTCSS/DTCSS信號經(jīng)過放大調(diào)整，進入壓控振蕩器進行調(diào)制；接收鑒頻后得到的低頻信號，一部分經(jīng)過放大和亞音頻的帶通濾波器進行濾波整形，進入CPU，與預(yù)設(shè)值進行比較，將其結(jié)果控制音頻功放和揚聲器的輸出。

聲音信息采集模塊包括麥克風(fēng)、放大器、骨導(dǎo)受話器和音量調(diào)控器，將采集的環(huán)境聲音通過麥克風(fēng)收集傳送至放大器，經(jīng)過音量調(diào)控器調(diào)節(jié)后，通過骨導(dǎo)受話器傳遞給救護隊員，所述骨導(dǎo)受話器與救護人員的乳突骨緊密接觸。

電源系統(tǒng)包括電池組、備用電池組、防爆外殼和電源切換模塊，所述電池組、備用電池組分別均與環(huán)境信息采集系統(tǒng)、實時信息共享系統(tǒng)相連接；電池組和備用電池組通過電源切換模塊相連接。

溫度信息采集模塊包括紅外測溫模塊和熱敏電阻，熱敏電阻設(shè)置在頭盔內(nèi)部，紅外測溫模塊設(shè)置于頭盔外部的四面，可對近距離的溫度作出檢測。

礦井氣體檢測模塊包含氣體傳感器及報警裝置；主要檢測井下災(zāi)區(qū)的氣體是常見的煤層氣以及煤層火災(zāi)指標(biāo)氣體；可以對災(zāi)區(qū)環(huán)境的氣體數(shù)據(jù)進行采集，幫助救護隊員決策是否能夠進入災(zāi)區(qū)，避免救護隊員的人員傷亡。

所述風(fēng)速采集模塊可以對井下巷道的風(fēng)量信息采集，可以根據(jù)現(xiàn)場災(zāi)情及時調(diào)節(jié)風(fēng)量或者停止向災(zāi)區(qū)供風(fēng)，有利于控制災(zāi)情的進一步擴大。

所述粉塵采集模塊能夠分析環(huán)境中粉塵的濃度，提醒救護隊員采取防塵措施，避免吸入過多的粉塵對人體造成傷害或者發(fā)生粉塵爆炸事故。

語音通話模塊采用麥克風(fēng)陣列，可以多個方向接收運信號。

語音通信接收端通過降噪模塊由揚聲器將聲音輸出，經(jīng)過空氣傳入耳內(nèi)，遠程傳輸模塊的數(shù)據(jù)傳輸語音輸出端與揚聲器相連，音頻處理模塊輸入端與麥克風(fēng)相連，將聲音信息采集模塊采集的信息傳送至音頻處理模塊，將音頻處理模塊輸出端的信息與語音通話模塊輸入端的信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送至指揮中心。

本實用新型的優(yōu)點是：

1.礦井救援頭盔通訊裝置能夠多方面地獲取災(zāi)區(qū)的信息，災(zāi)區(qū)的環(huán)境狀況、災(zāi)害的發(fā)展?fàn)顩r、災(zāi)區(qū)的溫度及有毒有害氣體信息，為制定全面的救援計劃提供真實的數(shù)據(jù)。

2.礦山救援頭盔通訊裝置使礦井安全頭盔的功能更加豐富，解決了救護隊員之間的信息交流問題，為救護隊員提供了可靠的信息保障，避免救護隊員的傷亡。

3.該通訊裝置可以實時共享傳送災(zāi)區(qū)的信息資料到井下及地面指揮中心，為專家的及時決策提供現(xiàn)場資料。

附圖說明

圖1為本實用新型的工作原理示意圖。

圖2為本實用新型一個具體實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1-話筒，2-降噪模塊，3-音頻處理模塊，4-發(fā)射器，5-轉(zhuǎn)換器，6-靜噪編碼器，7-礦井氣體檢測模塊，8-溫度信息采集模塊，9-聲音信息采集模塊，10-數(shù)據(jù)傳輸模塊，11-控制模塊，12-wifi無線模塊，13-揚聲器，14-音頻放大器，15-接收器，16-載波降噪，17-編碼靜噪解碼器，18-井下指揮中心，19-地面指揮中心

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步詳細描述：

如圖1、圖2所示的一種頭盔通訊裝置，包括環(huán)境信息采集系統(tǒng)、實時信息共享系統(tǒng)和電源系統(tǒng)；所述電源系統(tǒng)為環(huán)境信息采集系統(tǒng)和實時信息共享系統(tǒng)提供電源；所述環(huán)境信息采集系統(tǒng)包括聲音信息采集模塊9、溫度信息采集模塊8、礦井氣體檢測模塊7、風(fēng)速采集模塊、粉塵采集模塊；

所述實時信息共享系統(tǒng)包括語音通話模塊和遠程傳輸模塊；所述語音通話模塊包括語音通信發(fā)送端和語音通信接收端；所述語音通信發(fā)送端包括話筒1、降噪模塊2、音頻處理模塊3、發(fā)射器4、靜噪編碼器6、轉(zhuǎn)換器5、天線；所述語音通信接收端包括天線、載波降噪、編碼靜噪解碼器17、接收器15、音頻放大器14、揚聲器13；所述遠程傳輸模塊包括wifi無線模塊12、控制模塊11、數(shù)據(jù)傳輸模塊10；

話筒1將收集的音頻信息通過降噪模塊2降噪后，輸入音頻處理模塊3進行編碼調(diào)制傳輸給發(fā)射器4，經(jīng)發(fā)射器4中鎖相環(huán)和壓控振蕩器(VCO)產(chǎn)生發(fā)射的射頻載波信號，經(jīng)過緩沖放大，激勵放大、功放，產(chǎn)生額定的射頻功率，然后將發(fā)射器4輸出的信息傳輸給轉(zhuǎn)換器5，轉(zhuǎn)換器5接收到信號后通過經(jīng)過天線低通濾波器，抑制諧波成分，然后通過天線發(fā)射出去。

wifi無線模塊12與控制模塊11雙向連接，數(shù)據(jù)傳輸模塊10與控制模塊11雙向連接，其他代發(fā)信號輸入與數(shù)據(jù)傳輸模塊10的輸入相連，其他接收信號的終端設(shè)備與數(shù)據(jù)傳輸模塊10輸出端相連。wifi無線模塊12通過無線mesh網(wǎng)絡(luò)與井下指揮中心18相連進行雙向通訊；同時井下指揮中心18通過有線接入與地面指揮中心19進行雙向?qū)崟r通信；

環(huán)境信息采集系統(tǒng)收集的信息以及語音通話模塊的通信信息都通過遠程傳輸模塊發(fā)送至井下指揮中心18，井下指揮中心18將信息通過有線網(wǎng)絡(luò)傳遞至地面指揮中心19；地面指揮中心19或者井下指揮中心18的決策信息也通過有限網(wǎng)絡(luò)接收。

語音通話模塊采用編碼靜音方式，CPU產(chǎn)生CTCSS/DTCSS信號經(jīng)過放大調(diào)整，進入壓控振蕩器進行調(diào)制；接收鑒頻后得到的低頻信號，一部分經(jīng)過放大和亞音頻的帶通濾波器進行濾波整形，進入CPU，與預(yù)設(shè)值進行比較，將其結(jié)果控制音頻功放和揚聲器13的輸出。即如果與預(yù)置值相同，則打開揚聲器13，若不同，則關(guān)閉揚聲器13。

聲音信息采集模塊9包括麥克風(fēng)、放大器、骨導(dǎo)受話器和音量調(diào)控器，將采集的環(huán)境聲音通過麥克風(fēng)收集傳送至放大器，經(jīng)過音量調(diào)控器調(diào)節(jié)后，通過骨導(dǎo)受話器傳遞給救護隊員，所述骨導(dǎo)受話器與救護人員的乳突骨緊密接觸，所述骨導(dǎo)受話器可以將井下各種環(huán)境聲音通過頭骨傳到內(nèi)耳，如災(zāi)區(qū)或發(fā)生瓦斯爆炸、通風(fēng)設(shè)備噪音大等情況，避免井下環(huán)境噪音閾值超過承受極限對人的聽力造成損傷，同時救護隊員可以同步發(fā)送環(huán)境聲音至指揮中心，指揮中心對聲音信息進行解析判斷災(zāi)區(qū)的狀況。語音通話模塊使用麥克風(fēng)陣列，可以多個方向接收運信號，增強語音的質(zhì)量，適應(yīng)于復(fù)雜環(huán)境中語音通信。

電源系統(tǒng)包括電池組、備用電池組、防爆外殼和電源切換模塊，所述電池組、備用電池組分別均與環(huán)境信息采集系統(tǒng)、實時信息共享系統(tǒng)相連接；電池組和備用電池組通過電源切換模塊相連接。電源系統(tǒng)有備用電源，一旦電源出現(xiàn)故障備用電源及時開啟，可短時間內(nèi)為救護隊員提供支撐，及時撤出災(zāi)區(qū)或者到避難硐室尋找新的供電設(shè)備。

溫度信息采集模塊8包括紅外測溫模塊和熱敏電阻，熱敏電阻設(shè)置在頭盔內(nèi)部，紅外測溫模塊設(shè)置于頭盔外部的四面，可對近距離的溫度作出檢測，及時判斷環(huán)境溫度避免救護人員進入高溫?zé)熈鲄^(qū)域。

礦井氣體檢測模塊7包含氣體傳感器及報警裝置；主要檢測井下災(zāi)區(qū)的氣體是常見的煤層氣以及煤層火災(zāi)指標(biāo)氣體；可以對災(zāi)區(qū)環(huán)境的氣體數(shù)據(jù)進行采集，超過預(yù)警值進行報警，幫助救護隊員決策是否能夠進入災(zāi)區(qū)，避免救護隊員的人員傷亡。礦井氣體檢測模塊7通過定制可對常見的煤礦氣體CO、CH₄、O₂等氣體濃度值進行檢測，超過預(yù)警值進行報警，引導(dǎo)救護隊員的及時撤退；

風(fēng)速采集模塊可以對井下巷道的風(fēng)量信息采集，可以根據(jù)現(xiàn)場災(zāi)情及時調(diào)節(jié)風(fēng)量或者停止向災(zāi)區(qū)供風(fēng)，有利于控制災(zāi)情的進一步擴大。

粉塵采集模塊能夠分析環(huán)境中粉塵的濃度，提醒救護隊員采取防塵措施，避免吸入過多的粉塵對人體造成傷害或者發(fā)生粉塵爆炸事故。

環(huán)境信息采集系統(tǒng)檢測的溫度、氣體數(shù)據(jù)值超過設(shè)定值通過聲光報警模塊警示，同時通過實時信息共享系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)到井下指揮中心18。

語音通信接收端通過降噪模塊2由揚聲器13將聲音輸出，經(jīng)過空氣傳入耳內(nèi)，遠程傳輸模塊中的數(shù)據(jù)傳輸模塊的語音輸出端與揚聲器13相連，音頻處理模塊3輸入端與麥克風(fēng)相連，將聲音信息采集模塊9采集的信息傳送至音頻處理模塊3，將音頻處理模塊3輸出端的信息與語音通話模塊輸入端的信息通過數(shù)據(jù)傳輸模塊10發(fā)送至指揮中心。

遠程傳輸模塊中控制模塊11具有抗干擾能力強，對同頻干擾及各種噪聲具有極強的抑制能力，能夠適應(yīng)災(zāi)區(qū)復(fù)雜的環(huán)境。

遠程傳輸模塊中wifi無線模塊12是采用LSD4WF-2MD05107SEMTECH公司最新的LoRa TM調(diào)制技術(shù)，該模塊完全符合802.11b/g/n國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，內(nèi)部集成了高性能SOC Wi-Fi芯片，該模塊能夠方便的將傳統(tǒng)串口設(shè)備或MCU控制設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)無線聯(lián)網(wǎng)控制。

遠程傳輸模塊中數(shù)據(jù)傳輸模塊10采用專有低壓差發(fā)送器輸出級，使用雙電荷泵在3.0V至5.5V電源供電時能夠?qū)崿F(xiàn)在120kbps數(shù)據(jù)速率，同時保持RS-232輸出電平，同時具有1μA關(guān)斷模式特性，可有效降低功耗，并延長便攜式系統(tǒng)中電池的壽命。