低功耗智能矿灯及其控制方法与流程

1.本发明涉及矿灯技术领域，尤其涉及一种低功耗智能矿灯及其控制方法。


背景技术：

2.矿灯是矿用灯具或工矿灯具的简称，具体来说，是一种用于在矿井环境中的一种特制照明灯具。煤矿工人下井时，每一名工人都要携带矿灯下井，有些工人还需要携带手机等设备下井需要携带的设备较多。随着煤矿智能化要求的不断提高，矿灯的轻量化要求也逐渐提高，需要减少工人下井时携带的设备种类和数量。
3.通常，矿灯灯头是矿灯的照明部分，可固定于安全帽上，用于移动照明。目前，现有的智能矿灯可以将语音、摄像等功能集成在矿灯的灯头上，工作人员可以实时反馈矿井下的环境。但是，现有的智能矿灯还存在以下缺点：
4.1、智能化矿灯由于功能较多，增加了功耗较，电池使用时间缩短，无法满足井下作业的时间需求。
5.2、语音通话时，噪声及回声较大，影响井下与井下之间的通话质量，及井下与地面的通话质量。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中的智能矿灯功耗较大且语音通话质量较差的技术问题。本发明提供一种低功耗智能矿灯及控制方法，通过mcu核心控制模块对本安电池的电量进行监控，再根据电量合理协调不同功能模块的工作状态，使得智能矿灯能够长时间使用，提高井下作业的效率及安全性。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低功耗智能矿灯，包括：本安电池，以及mcu核心控制模块，所述mcu核心控制模块用于监测所述本安电池的电量，并协调各个模块的工作状态；语音通话模块，所述语音通话模块与所述mcu核心控制模块连接，用于语音通话；视频采集模块，所述视频采集模块与所述mcu核心控制模块连接，用于视频采集；位置采集模块，所述位置采集模块与所述mcu核心控制模块连接，用于采集工作人员的位置信息；照明模块，所述照明模块与所述mcu核心控制模块连接，用于提供照明。
8.本发明的低功耗智能矿灯，同时具备语音通话、视频采集、位置采集及照明功能，不仅能够减少工作人员下井时需要携带的设备种类和数量，还能够根据本安电池的电量，对不同功能模块的工作状态进行合理协调，降低矿灯的功耗，延长矿灯的使用时间。
9.进一步地，为了提高通话质量，所述语音通话模块包括sip语音单元、降噪单元、麦克风及喇叭，所述sip语音单元与所述mcu核心控制模块连接，所述降噪单元与所述sip语音单元连接，所述麦克风与所述降噪模块连接，所述喇叭与所述sip语音单元连接。
10.进一步地，所述降噪单元包括处理器和音频采集芯片，所述处理器与所述音频采集芯片连接，所述处理器与所述sip语音单元连接，所述音频采集芯片与所述麦克风连接。
11.进一步地，为了适用于不同的定位系统，所述位置采集模块包括uwb定位单元和
rfid定位单元，所述uwb定位单元与所述所述mcu核心控制模块连接，所述rfid定位单元与所述所述mcu核心控制模块连接。
12.进一步地，所述照明模块包括主光源和副光源，所述主光源与所述所述mcu核心控制模块连接，所述副光源与所述所述mcu核心控制模块连接。
13.进一步地，还包括电源控制模块，所述电源控制模块与所述本安电池连接，所述电源控制模块与所述mcu核心控制模块连接，所述本安电池通过所述电源控制模块对各个模块进行供电。
14.进一步地，还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块与所述mcu核心控制模块连接，所述蓝牙模块与所述mcu核心控制模块连接，所述蓝牙模块与所述uwb定位单元连接，所述蓝牙模块与所述rfid定位单元连接。
15.进一步地，所述视频采集模块包括摄像头及图像处理器，所述摄像头与所述图像处理器连接，所述图像处理器与所述mcu核心控制模块连接。摄像头具备图像识别功能，能够是识别出火情、水情等紧急情况，及时传输给地面控制系统，及时进行救援。
16.一种低功耗智能矿灯的控制方法，采用如上所述的低功耗智能矿灯，所述控制方法包括以下步骤：s1：mcu核心控制模块实时监测本安电池的剩余电量，及时协调各个模块的工作状态；当本安电池电量充足时，所有模块保持正常工作；s2：当本安电池的电量低于第一阈值e1时，mcu核心控制模块控制语音通话模块关闭，并将视频采集模块的无线传输功能关闭，视频采集模块仅进行视频采集和本地存储，使得视频采集模块、位置采集模块及照明模块能够继续工作；s3：当本安电池的电量继续下降且低于第二阈值e2时，mcu核心控制模块再关闭视频采集模块，并且将照明模块从主光源切换为副光源工作，使得副光源和位置采集模块能够继续工作；s4：当本安电池的电量继续下降且低于第三阈值e3时，mcu核心控制模块再关闭副光源，并控制位置采集模块进入慢发工作模式，将位置采集模块的射频端功率降低至原来的40％，射频发送周期间隔增大为原来的8倍，并且，如果智能矿灯在5分钟内的位置没有移动，位置采集模块进入深度休眠状态，当矿灯重新移动后，再恢复至慢发工作模式，使得位置采集模块能够长效工作。当发生危急情况时，能够为救援争取更长的时间。
17.进一步地，所述方法还包括：t1：通过音频采集芯片采集麦克风拾入的音频信号并发送给处理器，处理器判断该音频信号是否为固定频率的信号，如果是，则处理器将该音频信号幅值降至原来的50％后发送给sip语音单元输出；如果音频采集芯片再次采集到同一固定频率的音频信号，处理器将该频率的音频信号识别为环境噪音，处理器将该音频信号幅值降至原来的90％后发送给sip语音单元输出；t2：重复步骤t1，直至将智能矿灯当前所处环境中的所有环境噪音完全抑制，实现对环境噪音的降噪；t3：通过音频采集芯片采集麦克风拾入的音频信号并发送给处理器，如果处理器发现该音频信号与前一次喇叭输出的音频信号完全一致时，处理器将该音频信号识别为回声，处理器将该音频信号进行过滤，实现对回声的降噪。
18.由于井下受限空间内，麦克风在采集人声的过程中不可避免的会采集到环境噪音，全双工通话过程中，喇叭的输出声音也会被麦克风采集，如果不做降噪处理，对方会听到自己的回声和环境噪音，通话质量严重下降。利用降噪模块实时处理语音信号，能够降低声音处理过程中的时间延时性，提高通话质量。
19.本发明的有益效果如下：
20.本发明的低功耗智能矿灯同时具备语音通话、视频采集、位置采集及照明功能，不仅能够减少工作人员下井时需要携带的设备种类和数量，还能够根据本安电池的电量，对不同功能模块的工作状态进行合理协调，降低矿灯的功耗，延长矿灯的使用时间。sip语音单元和降噪单元的融合使用，能够对井下语音通话的声音进行降噪处理，减少环境设备的噪声干扰，并且能够消除回声，提高通话质量，提高工作效率。uwb定位单元和rfid定位单元两种定位单元能够实现两种不同的定位方式，可以适用于不同的定位系统，可以将工作人员的位置信息通过射频的方式发送给地面控制系统，方便地面人员能够实时监控井下工作人员的位置。本发明结构简单，组合方式多样化，可满足差异化需求。
附图说明
21.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
22.图1是本发明的低功耗智能矿灯的一种结构示意图。
23.图2是本发明的低功耗智能矿灯的另一种结构示意图。
24.图3是本发明的低功耗智能矿灯控制方法的流程图。
25.图4是本发明的低功耗智能矿灯控制方法的降噪处理流程图。
26.图中：1、本安电池，2、电源控制模块，3、蓝牙模块，10、mcu核心控制模块，20、语音通话模块，30、视频采集模块，40、位置采集模块，50、照明模块，21、sip语音单元，22、降噪单元，23、麦克风，24、喇叭，31、摄像头，32、图像处理器，41、uwb定位单元，42、rfid定位单元，51、主光源，52、副光源，221、处理器，222、音频采集芯片。
具体实施方式
27.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.实施例一
30.如图1
‑
2所示，一种低功耗智能矿灯，包括：本安电池1，以及mcu核心控制模块10，mcu核心控制模块10用于监测本安电池1的电量，并协调各个模块的工作状态。语音通话模块20，语音通话模块20与mcu核心控制模块10连接，用于语音通话。视频采集模块30，视频采集模块30与mcu核心控制模块10连接，用于视频采集。位置采集模块40，位置采集模块40与mcu核心控制模块10连接，用于采集工作人员的位置信息。照明模块50，照明模块50与mcu核心控制模块10连接，用于提供照明。本实施例的低功耗智能矿灯，将语音通话功能、视频采集功能及位置采集功能集成在一个矿灯上，使得矿灯具备多样化的功能，能够减少工作人员下井时携带的设备，减轻工作人员的负担。
31.在本实施例中，语音通话模块20包括sip语音单元21、降噪单元22、麦克风23及喇叭24，sip语音单元21与mcu核心控制模块10连接，降噪单元22与sip语音单元21连接，麦克风23与降噪模块22连接，喇叭24与sip语音单元21连接。降噪单元22包括处理器221和音频采集芯片222，处理器221与音频采集芯片222连接，处理器221与sip语音单元21连接，音频采集芯片222与麦克风23连接。sip语音单元21和降噪单元22的融合使用，能够对井下语音通话的声音进行降噪处理，减少环境设备的噪声干扰，并且能够消除回声，提高通话质量，提高工作效率。同时，sip语音单元21还能够在井下实现漫游无缝切换，从一个信号覆盖范围切换至另一个信号覆盖范围，在2秒即可实现，方便快捷，减少信号中断的时间。
32.在本实施例中，位置采集模块40包括uwb定位单元41和rfid定位单元42，uwb定位单元41与mcu核心控制模块10连接，rfid定位单元42与mcu核心控制模块10连接。uwb定位单元41和rfid定位单元42两种定位单元能够实现两种不同的定位方式，可以适用于不同的定位系统，可以将工作人员的位置信息通过射频的方式发送给地面控制系统，方便地面人员能够实时监控井下工作人员的位置。
33.在本实施例中，照明模块50包括主光源51和副光源52，主光源51与mcu核心控制模块10连接，副光源52与mcu核心控制模块10连接。主光源51和副光源52能够切换使用。
34.在本实施例中，还包括电源控制模块2，电源控制模块2与本安电池1连接，电源控制模块2与mcu核心控制模块10连接，本安电池1通过电源控制模块2对各个模块进行供电。本安电源1通过电源控制模块2分别对mcu核心控制模块10、语音通话模块20、视频采集模块30、位置采集模块40和照明模块50进行供电。
35.在本实施例中，还包括蓝牙模块3，蓝牙模块3与mcu核心控制模块10连接，蓝牙模块3与mcu核心控制模块10连接，蓝牙模块3与uwb定位单元41连接，蓝牙模块3与rfid定位单元42连接。蓝牙模块3可以实现穿透功能，采用5.0蓝牙技术连接工作人员佩戴的生命体征监测手环，可以实时监测工作人员的生命体征，及时发现问题。同时，蓝牙模块3可以与井下移动终端进行蓝牙连接，将采集到的信息通过uwb定位单元41和rfid定位单元42的射频技术发送给地面控制系统。
36.在本实施例中，视频采集模块30包括摄像头31及图像处理器32，摄像头31与图像处理器32连接，图像处理器32与mcu核心控制模块10连接。摄像头31一般位于矿灯的灯头上，摄像头31的视角可以与工作人员的感官视角同步，摄像头31能够拍摄照明模块50照亮的区域，并将画面传输给图像处理器32，图像处理器32再将画面发送给地面控制系统。本实施例的视频采集模块30支持一键拍照功能，方便快捷。摄像头31具体图像识别功能，当拍摄的视频中识别到火焰、水情等紧急情况时，能够自动拍照，同时发出闪烁及振动提示，并将紧急情况发送给地面控制系统，及时采取措施，避免更大的安全事故发生。摄像头31还具备关机后时钟保持和大容量存储功能，录制的视频画面上有日期、时间及id水印，保证脱网时录像文件不会丢失，网络恢复后可以继续发送给地面控制系统。
37.实施例二
38.如图3
‑
4所示，一种低功耗智能矿灯的控制方法，采用如上的低功耗智能矿灯，控制方法包括以下步骤：
39.s1：mcu核心控制模块10实时监测本安电池1的剩余电量，及时协调各个模块的工作状态；当本安电池1电量充足时，所有模块保持正常工作。
40.s2：当本安电池1的电量低于第一阈值e1(e1为本安电池满电量的40％)时，mcu核心控制模块10控制语音通话模块20关闭，并将视频采集模块20的无线传输功能关闭，视频采集模块20仅进行视频采集和本地存储，使得视频采集模块30、位置采集模块40及照明模块50能够继续工作。
41.s3：当本安电池1的电量继续下降且低于第二阈值e2(e2为本安电池满电量的20％)时，mcu核心控制模块10再关闭视频采集模块30，并且将照明模块50从主光源51切换为副光源52工作，使得副光源52和位置采集模块40能够继续工作。
42.s4：当本安电池1的电量继续下降且低于第三阈值e3(e3为本安电池满电量的10％)时，mcu核心控制模块10再关闭副光源52，并控制位置采集模块40进入慢发工作模式，将位置采集模块40的射频端功率降低至原来的40％，射频发送周期间隔增大为原来的8倍，并且，如果智能矿灯在5分钟内的位置没有移动，位置采集模块40进入深度休眠状态，当矿灯重新移动后，再恢复至慢发工作模式，使得位置采集模块40能够长效工作。
43.需要说明的是，由于煤矿井下的环境非常复杂，甚至非常恶劣，井下工作人员在进行作业时需要非常小心。本实施例的低功耗智能矿灯虽然具有非常多的功能，但是mcu核心控制模块10能够根据本安电池的电量，对矿灯的功能进行调整，以延长矿灯在矿井下的使用时间。当本安电池1的电量充足时，所有模块均可以正常使用。当本安电池1的电量低于第一阈值e1时，优先保证位置采集功能、视频采集功能及照明功能的使用，如果有紧急情况的发生，地面控制系统能够根据位置信息和视频信息及时判断出工作人员所在位置及所处的情况，及时进行救援。当本安电池1的电量继续下降且低于第二阈值e2时，优先保证照明功能和位置采集功能，副光源的照度能够满足工作人员尽快升井回到地面。当本安电池1的电量继续下降且低于第三阈值e3时，优先保证位置采集功能能够长效工作，便于出现紧急情况时的搜救工作。本实施例的低功耗智能矿灯能够在井下使用16小时，已然大于行业要求的井下使用11小时。
44.在本实施例中，本方法还包括：
45.t1：通过音频采集芯片222采集麦克风23拾入的音频信号并发送给处理器221，处理器221判断该音频信号是否为固定频率的信号，如果是，则处理器221将该音频信号幅值降至原来的50％后发送给sip语音单元21输出；如果音频采集芯片222再次采集到同一固定频率的音频信号，处理器221将该频率的音频信号识别为环境噪音，处理器221将该音频信号幅值降至原来的90％后发送给sip语音单元21输出；
46.t2：重复步骤t1，直至将智能矿灯当前所处环境中的所有环境噪音完全抑制，实现对环境噪音的降噪；
47.t3：通过音频采集芯片222采集麦克风23拾入的音频信号并发送给处理器221，如果处理器221发现该音频信号与前一次喇叭24输出的音频信号完全一致时，处理器221将该音频信号识别为回声，处理器221将该音频信号进行过滤，实现对回声的降噪。
48.由于矿井下有很多大功率设备工作，每个设备均有自己的固定频率，通过降噪单元22和sip语音单元21的融合使用，不仅能够提高声音信号的时效性，减少延迟和卡顿，还能够减少声音信号中的井下环境中固定频率的设备噪声以及喇叭24的回声，提高语音通话的质量，从而提高工作效率。
49.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完
全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。