一種基于礦燈的單工通信與識(shí)別系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于礦燈的單工通信與識(shí)別系統(tǒng)，本通信與識(shí)別系統(tǒng)通過對(duì)礦燈亮度的控制，利用己建立的井下有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集設(shè)備，完成由礦燈到視頻接收端的單工通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈使用人員的識(shí)別。通信識(shí)別過程簡(jiǎn)單有效，抗電磁干擾能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的魯棒性；使用本通信與識(shí)別系統(tǒng)不需在井下單獨(dú)增加無線通信基站和有線通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，具有成本低，系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)施等特點(diǎn)；可快速有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)井下工作人員的跟蹤監(jiān)控，便于安全生產(chǎn)管理人員管理。
【專利說明】一種基于礦燈的單工通信與識(shí)別系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于礦燈的單工通信與識(shí)別系統(tǒng)，該系統(tǒng)涉及圖像處理技術(shù)和通信等領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]煤礦井下工作人員管理是礦井安全生產(chǎn)的重要保障，煤礦井下人員身份識(shí)別的方法主要分為人體特征識(shí)別和設(shè)備特征識(shí)別兩種方法，人體特征識(shí)別是基于對(duì)人的固有的獨(dú)特特征進(jìn)行采集、對(duì)比分析、判斷，主要包括指紋、眼睛虹膜和人臉識(shí)別，具體實(shí)施方法是在礦井入口處安裝識(shí)別設(shè)備，下井工作人員在下井前和升井后進(jìn)行識(shí)別登記。只能判定出入礦井口的人員情況，不能對(duì)礦井內(nèi)的人員實(shí)時(shí)身份和位置進(jìn)行判定。
[0003]目前設(shè)備特征識(shí)別主要是通過無線通信方式實(shí)現(xiàn)，具體技術(shù)包括:射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、WIF1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GSM、CDMA等。目前實(shí)際使用以RFID為主，RFID利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到識(shí)別目的并交換數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)的射頻卡和讀寫器之間不用接觸就可實(shí)現(xiàn)對(duì)人員或物體在不同狀態(tài)下的自動(dòng)識(shí)別和位置監(jiān)測(cè)。典型的射頻識(shí)別系統(tǒng)主要包括射頻卡和讀寫器兩部分。使用RFID識(shí)別方式存在以下問題:
[0004]1.受RFID讀寫速度限制，不能處理多人同時(shí)快速通過讀卡系統(tǒng)的情況，易出現(xiàn)漏讀。
[0005]2.無法區(qū)分入井人員代刷卡、一人多卡等情況發(fā)生。
[0006]基于其它無線通信技術(shù)的人員定位識(shí)別系統(tǒng)解決了 RFID卡漏讀的問題，但仍存在以下缺點(diǎn):
[0007]1.通信終端設(shè)備體積較大、成本較高。
[0008]2.系統(tǒng)涉及無線和有線通信系統(tǒng)，在巷道內(nèi)每隔一段距離就需要安裝接入基站，建設(shè)周期長(zhǎng)。
[0009]3.輔助設(shè)備多，系統(tǒng)建設(shè)及維護(hù)成本高。
[0010]因此，煤礦安全生產(chǎn)管理需要一種簡(jiǎn)單可靠、易于實(shí)現(xiàn)、建設(shè)成本低并可在井下不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)人員識(shí)別的新系統(tǒng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實(shí)用新型的目的在于提供一種更適合井下巷道環(huán)境的、簡(jiǎn)單有效的人員識(shí)別系統(tǒng)，通過對(duì)礦燈亮度的控制，利用多數(shù)煤礦已建立的井下有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集系統(tǒng)，完成由礦燈到視頻接收端的單工通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈使用人員的識(shí)別。該系統(tǒng)組成包括礦燈和視頻監(jiān)控設(shè)備；礦燈電路組成包括處理器、鋰電池、充電管理、電源、LED驅(qū)動(dòng)和通信接口等；礦燈部件包括含光源的燈頭組件、礦燈電纜、電池及電池盒；視頻監(jiān)控設(shè)備包括視頻管理設(shè)備、有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集設(shè)備；視頻管理設(shè)備包括監(jiān)控終端和存儲(chǔ)服務(wù)器；有線通信網(wǎng)絡(luò)包括核心交換機(jī)、0LT光線路終端、0DN光分配器和0NU光節(jié)點(diǎn)；視頻采集設(shè)備包括攝像機(jī)和視頻編碼器；礦燈處理器通過控制LED驅(qū)動(dòng)電路單元發(fā)送不同亮度值、不同亮度變化的次數(shù)或不同亮度變化間隔時(shí)間的的光信號(hào)；視頻監(jiān)控設(shè)備采集包含礦燈光信號(hào)的視頻；有線通信網(wǎng)絡(luò)將光信號(hào)視頻發(fā)送至視頻管理設(shè)備；存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)光信號(hào)視頻，監(jiān)控終端用于光信號(hào)視頻的幀分析，解析不同碼元獲得信息，實(shí)現(xiàn)礦燈到光信號(hào)視頻接收端的單工通信，并對(duì)礦燈進(jìn)行識(shí)別。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1礦燈通信識(shí)別系統(tǒng)示意圖。
[0013]圖2視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻傳輸過程示意圖。
[0014]圖3通信識(shí)別用礦燈硬件示意圖。
[0015]圖4通信識(shí)別用礦燈LED控制硬件示意圖。
[0016]圖5礦燈通信編碼原理示意圖。
[0017]圖6礦燈通信識(shí)別方法步驟示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]所述系統(tǒng)組成包括:礦燈、視頻監(jiān)控設(shè)備和視頻識(shí)別子系統(tǒng)；由視頻監(jiān)控設(shè)備采集包含礦燈的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像，由監(jiān)控終端的視頻識(shí)別子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)通信和識(shí)別，如圖1所示實(shí)施例中，井下視頻監(jiān)控設(shè)備組成包括:視頻管理設(shè)備、有線通信網(wǎng)絡(luò)，視頻采集設(shè)備。
[0019]視頻管理設(shè)備包括:
[0020]1.監(jiān)控終端(2)，生產(chǎn)管理人員通過監(jiān)控終端(2)查看現(xiàn)場(chǎng)視頻，并可從存儲(chǔ)服務(wù)器調(diào)取歷史視頻回看。
[0021]2.存儲(chǔ)服務(wù)器，存儲(chǔ)服務(wù)器負(fù)責(zé)視頻流存儲(chǔ)，并可根據(jù)監(jiān)控終端需要提供所存儲(chǔ)的視頻。
[0022]有線通信網(wǎng)絡(luò)以光纖為主要傳輸介質(zhì)，設(shè)備包括:
[0023]1.核心交換機(jī)(3)，負(fù)責(zé)所有接入有線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的管理和數(shù)據(jù)交換。
[0024]2.0LT光線路終端(4)，0LT是Ρ0Ν接入系統(tǒng)的中心設(shè)備，通過以太網(wǎng)接口連接核心以太網(wǎng)，通過光纖連接無源分光器0DN，通過0DN與用戶終端側(cè)的0NU通信。0LT具有二層/三層交換和光纖端口冗余功能。
[0025]3.0DN光分配器(5)，0DN用于光纜接續(xù)或Ρ0Ν接入系統(tǒng)的光功率分配，負(fù)責(zé)連接0LT和0NU。主要功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)和集中上行數(shù)據(jù)。
[0026]4.0NU光節(jié)點(diǎn)(6)，0NU為光網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)提供用戶側(cè)的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)接入接口。
[0027]視頻采集設(shè)備包括:
[0028]1.攝像機(jī)(7)，負(fù)責(zé)視頻采集，輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)。
[0029]2.視頻編碼器(8)，負(fù)責(zé)將標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)數(shù)字化，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮，并將壓縮后的視頻數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，視頻編碼器通過網(wǎng)線與0NU光節(jié)點(diǎn)(6)連接。
[0030]視頻監(jiān)控設(shè)備的視頻傳輸過程如下:
[0031]1.(201)攝像機(jī)(7)采集視頻圖像，輸出標(biāo)準(zhǔn)模擬視頻信號(hào)。
[0032]2.(202)視頻編碼器(8)數(shù)字化視頻并壓縮，通過網(wǎng)線將壓縮后的視頻信號(hào)傳輸給光節(jié)點(diǎn)。
[0033]3.(203)視頻信號(hào)通過有線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾硐到y(tǒng)。
[0034]4.(204)管理系統(tǒng)內(nèi)的核心交換機(jī)(3)將視頻信號(hào)分發(fā)給存儲(chǔ)服務(wù)器，監(jiān)控終端和視頻識(shí)別服務(wù)器。
[0035]礦燈(9)主要由燈頭組件(含光源)、礦燈電纜、電池及電池盒組成，礦燈電纜及電池盒的防護(hù)等級(jí)需滿足本安標(biāo)準(zhǔn)要求。光源采用的LED光源為冷光源，自身發(fā)熱量小，其工作電壓為4V，工作電流為200?300mA，加上LED驅(qū)動(dòng)電路線路板采用具有良好散熱效果的鋁基板，其電壓、電流及工作溫度均完全能夠符合本質(zhì)安全型的要求。
[0036]礦燈電路硬件包括:
[0037](304)處理器，選擇TI公司的MSP430F147單片機(jī)，該型號(hào)為16位RISC結(jié)構(gòu)，具有32k Flash，lkRAM。MSP430可在1.8?3.6V低電壓下工作，系統(tǒng)采用3.3V工作電壓。MSP430F147內(nèi)置精度為12位200kps的A/D轉(zhuǎn)換器，使用其中一路用于鋰電池電壓檢測(cè)，當(dāng)鋰電池電壓低于3.5V，通過開關(guān)控制關(guān)閉LED并進(jìn)入低功耗模式，以保護(hù)電池。MSP430F147具有5種低功耗模式，使用LPM4模式時(shí)最低功耗可降至0.luA。
[0038](302)鋰電池，電池使用鋰離子蓄電池，鋰電池(組)應(yīng)具有防反接、過充、過放、過流、短路等功能，還有均衡充電、均衡放電功能。
[0039](301)充電管理，充電管理芯片選用TP4056，內(nèi)部采用PM0SFET架構(gòu)，具有防倒充電路，外部不需加隔離二極管。根據(jù)熱反饋可自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流，在大功率操作或高環(huán)境溫度條件下能自動(dòng)限制芯片溫度。固定充電電壓4.2V，恒流充電階段的電流可通過電阻設(shè)置。。充電電流降至設(shè)定值1/10時(shí)，充電管理芯片自動(dòng)停止充電。當(dāng)移除充電電源后，充電管理芯片自動(dòng)進(jìn)入低電流狀態(tài)，降電池漏電流至2uA以下。充電管理芯片在有電源時(shí)也可將供電電流降至55uA置于停機(jī)模式。
[0040](303)電源，電源芯片采用MAX1724EZK33，由電池電壓轉(zhuǎn)換得到3.3V穩(wěn)定的工作電壓，為MSP430F147供電。
[0041](305) LED驅(qū)動(dòng)如圖4所示，使用SIPex公司的低壓差LED驅(qū)動(dòng)芯片SP7614驅(qū)動(dòng)LED, SP7614是基于灌電流型的降壓LED驅(qū)動(dòng)器，在電池電壓大于或者等于保護(hù)電壓時(shí)，可保證流過LED的電流恒定，實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)，工作狀態(tài)下LED電流為流過電流設(shè)置電阻(401)電流的200倍。處理器通過PWM脈沖控制LED電流使LED閃爍實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)送。當(dāng)鋰電池電壓低于3.5V，通過對(duì)SP7614開關(guān)控制口關(guān)閉LED并進(jìn)入低功耗模式。為避免產(chǎn)生電弧或者火花，手動(dòng)控制開關(guān)接在地上。
[0042](306)通信接口，用于設(shè)置礦燈內(nèi)置編號(hào)，采用紅外接收方式，使用HX1838紅外信號(hào)接收頭，與MSP430F147連接，由MSP430F147接收和解碼。
[0043]礦燈發(fā)送光信號(hào)信息的示例如圖5所示:
[0044]以較為常用的PAL視頻格式為例，每秒視頻含有25巾貞,每巾貞的間隔時(shí)間為1/25秒，礦燈閃爍間隔時(shí)間為2幀時(shí)表示二進(jìn)制數(shù)0，閃爍間隔時(shí)間為4幀時(shí)表示二進(jìn)制數(shù)1，一次連續(xù)發(fā)送多位二進(jìn)制數(shù)，這里以一次發(fā)送16位二進(jìn)制數(shù)為例，即一次可發(fā)送2字節(jié)的數(shù)據(jù)。當(dāng)發(fā)送完畢則LED停止閃爍，在下一次通信之前始終保持亮燈狀態(tài)，兩次發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔應(yīng)超過1秒。接收端可根據(jù)連續(xù)亮燈的幀數(shù)判斷這一組16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)是否已經(jīng)發(fā)送完畢，同時(shí)可根據(jù)下一次閃爍判斷下一組數(shù)據(jù)開始時(shí)間。
[0045]如圖6所示示例，視頻識(shí)別服務(wù)器接收識(shí)別礦燈發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下:
[0046]1.(601)視頻識(shí)別服務(wù)器將視頻信息流還原為視頻圖像幀序列。
[0047]2.(602)對(duì)圖像幀通過濾波和特征匹配算法進(jìn)行處理，分割出礦燈圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈的跟蹤定位。
[0048]3.(603)每處理檢測(cè)一幀后幀計(jì)數(shù)器加1。
[0049]4.(604)確定礦燈位置區(qū)域后檢測(cè)每幀圖像中的礦燈亮度，用閾值對(duì)礦燈亮度進(jìn)行判斷，如亮度低于閾值則判定礦燈閃爍一次并執(zhí)行(605);否則執(zhí)行(609)。
[0050]5.(605)根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器的值判定是否為數(shù)據(jù)組發(fā)送的的第一個(gè)二進(jìn)制數(shù)的起始幀，如數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器為零則判定為起始幀，執(zhí)行(606);否則執(zhí)行(607)。
[0051]6.(606)幀計(jì)數(shù)器清零，返回執(zhí)行(601)。
[0052]7.(607)如幀計(jì)數(shù)器為2或3則判定接收二進(jìn)制數(shù)為0，如果計(jì)數(shù)值為4或5則判定接收二進(jìn)制數(shù)為1，執(zhí)行￠08)。
[0053]8.(608)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器加1,并執(zhí)行(606)。
[0054]9.(609)如幀計(jì)數(shù)器值大于10且數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器不為0，則判定已結(jié)束數(shù)據(jù)組發(fā)送執(zhí)行(610)，否則不做處理返回(601)。
[0055]10.(610)如接收的16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)達(dá)到16位，則判斷接收到一組完整的16位二進(jìn)制數(shù)據(jù)執(zhí)行￠11)，否則判定本組數(shù)據(jù)接收失敗執(zhí)行￠13)。
[0056]11.(611)解析已收到的數(shù)據(jù)，獲得信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)礦燈到識(shí)別系統(tǒng)上的單工通信。
[0057]12.(612)根據(jù)礦燈管理系統(tǒng)的礦燈使用記錄和通過以上方法獲得的礦燈編號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)礦燈使用人員的身份識(shí)別。
[0058]13.(613)數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器清零并執(zhí)行(606)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于礦燈的單工通信與識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)組成包括礦燈和視頻監(jiān)控設(shè)備；礦燈電路組成包括處理器、鋰電池、充電管理、電源、LED驅(qū)動(dòng)和通信接口等；礦燈部件包括含光源的燈頭組件、礦燈電纜、電池及電池盒；視頻監(jiān)控設(shè)備包括視頻管理設(shè)備、有線通信網(wǎng)絡(luò)和視頻采集設(shè)備；視頻管理設(shè)備包括監(jiān)控終端和存儲(chǔ)服務(wù)器；有線通信網(wǎng)絡(luò)包括核心交換機(jī)、OLT光線路終端、ODN光分配器和ONU光節(jié)點(diǎn)；視頻采集設(shè)備包括攝像機(jī)和視頻編碼器；礦燈處理器通過控制LED驅(qū)動(dòng)電路單元發(fā)送不同亮度值、不同亮度變化的次數(shù)或不同亮度變化間隔時(shí)間的的光信號(hào)；視頻監(jiān)控設(shè)備采集包含礦燈光信號(hào)的視頻；有線通信網(wǎng)絡(luò)將光信號(hào)視頻發(fā)送至視頻管理設(shè)備；存儲(chǔ)服務(wù)器存儲(chǔ)光信號(hào)視頻，監(jiān)控終端用于光信號(hào)視頻的幀分析，解析不同碼元獲得信息，實(shí)現(xiàn)礦燈到光信號(hào)視頻接收端的單工通信，并對(duì)礦燈進(jìn)行識(shí)別。
【文檔編號(hào)】H04N7/18GK204090014SQ201420134662
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】劉毅, 孫繼平 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)