多功能井下装置
技术领域
本实用新型涉及照明领域，尤其涉及一种多功能井下装置。
背景技术
井下作业是一种具有较大风险的工作类型，如何确定井下工作人员的安全，以及如何获取井下环境的相关信息十分重要。
目前，绝大多数井下工作人员只是佩戴矿灯进行照明，难以向外界传递信息，外界也只能通过简陋的方式与井下工作人员进行信息交流。
实用新型内容
技术问题
有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是如何保证井下装置的正常使用以及如何实现井下工作人员与监控平台稳定且高效地信息交流。
解决方案
为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种多功能井下装置，所述装置包括照明模块、音频模块、视频模块、处理模块、通信模块以及电源模块，所述照明模块、所述音频模块、所述视频模块、所述处理模块以及所述通信模块分别与所述电源模块连接，
所述照明模块，用于照明；
所述音频模块，连接到所述处理模块，用于将所采集的音频信息发送至所述处理模块；
所述视频模块，连接到所述处理模块，用于将所采集的视频信息发送至所述处理模块；
所述处理模块，连接到所述通信模块，用于对所述音频信息和所述视频信息进行压缩，并将压缩后的音频信息和压缩后的视频信息发送至所述通信模块；
所述通信模块，连接到监控平台，用于通过第五代移动通信技术将所述压缩后的音频信息和所述压缩后的视频信息发送至所述监控平台，并将从所述监控平台接收的指示信息发送至所述处理模块，以使所述处理模块根据所述指示信息调节所述视频模块的视频采集参数，和/或根据所述指示信息控制所述音频模块播放所述指示信息对应的音频信息；
所述电源模块，用于为所述照明模块、所述音频模块、所述视频模块、所述处理模块以及所述通信模块提供电源。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述处理模块包括：
压缩单元，用于压缩所述音频信息和所述视频信息；
缓存单元，用于缓存所述音频信息和所述视频信息；
存储单元，用于存储运行所述处理模块所需的操作系统、启动文件、应用程序中的至少一个。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述压缩单元包括HI3512芯片，所述缓存单元包括HY5PS1G1631CLFP_Y5芯片，所述存储单元包括S29GL064M90TAIR4芯片。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述电源模块包括电池单元、输出单元、充电单元以及保护单元，
所述电池单元，用于提供电源；
所述输出单元，连接到所述保护单元，用于输出电流和电压；
所述充电单元，连接到所述保护单元，用于对所述电池单元进行充电；
所述保护单元，连接到所述电池单元，用于保护所述输出单元和所述充电单元正常工作。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述保护单元保护所述输出单元和所述充电单元正常工作，包括：
当所述输出单元输出的电流大于或者等于预设电流阈值时，和/或当所述输出单元输出的电压小于或者等于预设放电电压阈值时，控制所述输出单元断开电路连接；
当所述充电单元的充电电压大于或者等于预设充电电压阈值时，控制所述充电单元断开电路连接。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述保护单元包括矿灯保护器、过流保护板、正温度系数电阻以及保护电阻。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述电池单元包括锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。
对于上述多功能井下装置，在一种可能的实现方式中，所述通信模块包括MH5000通信模组。
有益效果
根据本实用新型的实施例，多功能井下装置包括照明模块、音频模块、视频模块、处理模块、通信模块以及电源模块，通过音频模块能够实现井下工作人员和监控平台双向通信；通过视频模块，监控平台能够实时了解井下工作人员工作环境；通过处理模块和通信模块，能够保证信息高效稳定传输。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。
图1示出根据本实用新型一实施例的多功能井下装置的结构示意图。
图2示出根据本实用新型一实施例的保护单元的电路示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。
图1示出根据本实用新型一实施例的多功能井下装置的结构示意图。如图1所示，所述多功能井下装置包括照明模块11、音频模块12、视频模块13、处理模块14、通信模块15以及电源模块16，所述照明模块11、所述音频模块12、所述视频模块13、所述处理模块14以及所述通信模块15分别与所述电源模块16连接，
所述照明模块11，用于照明；
所述音频模块12，连接到所述处理模块14，用于将所采集的音频信息发送至所述处理模块14；
所述视频模块13，连接到所述处理模块14，用于将所采集的视频信息发送至所述处理模块14；
所述处理模块14，连接到所述通信模块15，用于对所述音频信息和所述视频信息进行压缩，并将压缩后的音频信息和压缩后的视频信息发送至所述通信模块15；
所述通信模块15，连接到监控平台，用于通过第五代移动通信技术将所述压缩后的音频信息和所述压缩后的视频信息发送至所述监控平台，并将从所述监控平台接收的指示信息发送至所述处理模块14，以使所述处理模块14根据所述指示信息调节所述视频模块13的视频采集参数，和/或根据所述指示信息控制所述音频模块12播放所述指示信息对应的音频信息；
所述电源模块16，用于为所述照明模块11、所述音频模块12、所述视频模块13、所述处理模块14以及所述通信模块15提供电源。
在一种可能的实现方式中，所述照明模块11可以包括壳体以及光源，光源安装于壳体内，用于照明。光源可采用符合本质安全型要求的光源。例如，光源可采用LED光源，LED光源可以为冷光源，其工作电压可以为5.5V-8V，工作电流可以为200mA-300mA，且LED驱动电路线路板采用散热效果良好的铝基板，其电压、电流及工作温度均符合本质安全型的要求。
在一种可能的实现方式中，光源可以为一个或多个。本领域技术人员可根据实际情况选择合适的光源及光源数量，本实用新型对此不作限制。
在一种可能的实现方式中，音频模块12，连接到处理模块14，用于将所采集的音频信息发送至处理模块14。
音频模块12可以采集环境中的音频信息，该音频信息经过处理模块14处理后，可以通过通信模块15发送至监控平台，监控平台可以根据音频信息生成对应的指示信息，音频模块12也可以播放监控平台发送的指示信息对应的音频信息，实现井下多功能装置佩戴人员与监控平台进行双向语音通话，保证井下多功能装置佩戴人员及时汇报井下信息，监控平台根据井下信息给出相应的指示信息。
在一种可能的实现方式中，视频模块13，连接到处理模块14，用于将所采集的视频信息发送至处理模块14。
视频模块13可以采集环境中的视频信息，该视频信息经过处理模块14处理后，可以通过通信模块15发送至监控平台，监控平台可以根据视频信息生成对应的指示信息，处理模块14可以根据指示信息调节视频模块13的视频采集参数，例如，视频亮度、视频对比度、视频色度等视频采集参数。本实用新型对视频采集参数的种类和数量不作限制。
在一种可能的实现方式中，处理模块14，连接到通信模块15，用于对音频信息和视频信息进行压缩，并将压缩后的音频信息和压缩后的视频信息发送至通信模块15。
处理模块14可以对音频信息和视频信息进行压缩，将原始音频信息和视频信息的文件格式转换为另一种文件格式。示例性地，以视频信息压缩为例，处理模块14可以对视频信息进行H.264压缩编码处理。其中，H.264是一个需要许可证才能使用的开放标准，可支持最当今市场上最高效的视频压缩技术。在不影响图像质量的情况下，与采用M-JPEG和MPEG-4 Part 2标准相比，H.264编码器可使数字视频文件的大小分别减少80％和50％以上。这意味着视频文件所需的网络带宽和存储空间将大大降低。或者从另一个角度来说，在某一特定比特率下，视频图像质量将得到显著提高。
在一种可能的实现方式中，处理模块14可以包括：
压缩单元，用于压缩音频信息和视频信息；
缓存单元，用于缓存音频信息和视频信息；
存储单元，用于存储运行处理模块14所需的操作系统、启动文件、应用程序中的至少一个。
示例性地，压缩单元可以包括高性能视频编码芯片HI3512，实现对音频信息和视频信息进行压缩。缓存单元可以包括HY5PS1G1631CLFP_Y5芯片，用于缓存音频信息和视频信息，其中，缓存单元的内存可以包括256MB。存储单元可以包括S29GL064M90TAIR4芯片，用于存储运行处理模块14所需的操作系统、启动文件、应用程序中的至少一个，其中，操作系统可以包括Linux文件系统，启动文件可以包括UBOOT文件，应用程序可以包括Linux应用程序。
此外，处理模块14还可以集成HI3512芯片所需的外围晶振、复位以及和其他模块连接的各种接口。本实用新型对压缩单元、缓存单元以及存储单元所包括的芯片数量和种类不作限制。
在一种可能的实现方式中，通信模块15，连接到监控平台，用于通过第五代移动通信技术将所述压缩后的音频信息和所述压缩后的视频信息发送至所述监控平台，并将从所述监控平台接收的指示信息发送至所述处理模块14，以使所述处理模块14根据所述指示信息调节所述视频模块13的视频采集参数，和/或根据所述指示信息控制所述音频模块12播放所述指示信息对应的音频信息。
示例性地，通信模块15可以包括MH5000通信模组，MH5000通信模组可以实现2G/3G/4G/5G网络兼容，支持5G标准下的独立组网和非独立组网两种模块，其上行速率可达230Mbps，下行速率可达2Gbps。MH5000通信模组可以应用于复杂多元的工业物联网环境，安全性能高，具有丰富的扩展性，可以支持稳定的开发，高速率传输的同时保证低时延。
在一种可能的实现方式中，电源模块16，用于为所述照明模块11、所述音频模块12、所述视频模块13、所述处理模块14以及所述通信模块15提供电源。
在一种可能的实现方式中，所述电源模块16包括电池单元、输出单元、充电单元以及保护单元，
所述电池单元，用于提供电源；
所述输出单元，连接到所述保护单元，用于输出电流和电压；
所述充电单元，连接到所述保护单元，用于对所述电池单元进行充电；
所述保护单元，连接到所述电池单元，用于保护所述输出单元和所述充电单元正常工作。
示例性地，电池单元可以包括锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。锰酸锂电池和磷酸铁锂电池均为锂电池，锂电池具有体积小、重量轻、能量密度大、自放电量小以及没有记忆效应的特点，但是锂电池活性较高，在使用中过流、过压、冲击、挤压等都有可能引起电池的燃烧或爆炸，为了保证井下工作的安全，电池单元可以采用质量更好、安全性能更高的锰酸锂电池、磷酸铁锂电池。
此外，本实用新型可以采用内外双层电池保护壳，将电池单元以及与电池单元相关的电路装入内层电池保护壳后进行浇封，然后再将浇封的内层电池保护壳放入外层电池保护壳中，起到双层保护作用，保证电池单元安全可靠地进行工作。
需要说明的是，本实用新型的电路可以为本质安全电路。本质安全电路是在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障条件下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性混合物的电路。例如，国标GB3836.4-2010中规定，“ia”保护等级的电气设备中的本质安全电路在以下任意一种情况下应不能引起点燃：正常工作和施加最不利条件下的非计数故障；正常工作和施加一个计数故障加上最不利条件下的非计数故障；正常工作和施加二个计数故障加上最不利条件下的非计数故障。
现有的矿灯在对矿灯电池的保护处理上大多采用矿灯保护器加PTC(PositiveTemperature Coefficient，正的温度系数)的双重保护模式，并且现有的矿灯大多选用电流保护值在4A左右的PTC，难以满足本质安全电路火花试验的要求。
在一种可能的实现方式中，所述保护单元可以包括矿灯保护器、过流保护板、正温度系数电阻以及保护电阻。
图2示出根据本实用新型一实施例的保护单元的电路示意图。如图2所示，矿灯保护器21的正极与负极分别连接在电池单元的正极与负极，过流保护板22的正极与负极分别连接在矿灯保护器21的正极与负极，PTC 23与保护电阻24串联在过流保护板22的正极。
根据本实用新型的实施例，将电池单元连接至包括矿灯保护器21、过流保护板22、PTC23及保护电阻24的保护电路，可对电池单元进行三重保护，在其他两重保护发生故障时，剩下的一重保护仍能起到保护作用，符合本质安全电路的要求。
在一种可能的实现方式中，保护单元可以用于保护输出单元和充电单元正常工作，
当输出单元输出的电流大于或者等于预设电流阈值时，和/或当所述输出单元输出的电压小于或者等于预设放电电压阈值时，控制所述输出单元断开电路连接；
当所述充电单元的充电电压大于或者等于预设充电电压阈值时，控制充电单元断开电路连接。
在一种可能的实现方式中，与电池单元连接的矿灯保护器21可以为第一重保护，与矿灯保护器21连接的过流保护板22可以为第二重保护，依次串联在过流保护板22的输出端的正极的PTC23以及保护电阻24可以为第三重保护。
示例性地，以保护单元为矿灯保护器21，矿灯保护器21包括S8621芯片为例，当输出单元输出的电流大于或者等于预设电流阈值时，矿灯保护器21可以通过S8621芯片的C0引脚控制FET(Field Effect Transistor，场效应晶体管，例如8205A)断开电路连接，起到短路保护或者过流保护的作用；
当输出单元输出电压小于或者等于预设放电电压阈值时，矿灯保护器21可以通过S8621芯片的D0引脚控制FET断开电路连接，起到保护电池单元的作用；
当充电单元的充电电压大于或者等于预设充电电压阈值时，矿灯保护器21可以通过S8621芯片的C0引脚控制FET断开电路连接。
示例性地，矿灯保护器21可以与电池单元连接，用于短路保护、过流保护、过放电保护及过充电保护；过流保护板22可以与矿灯保护器21连接，用于过流保护、过放电保护及过充电保护；PTC23以及保护电阻24依次串联在过流保护板22的输出端的正极，用于限制电池单元的放电电流。
其中，PTC23可采用最大不动作电流为1.3A、最小动作电流为2.6A、内阻为0.3Ω、限流电阻阻值为0.5Ω的电阻(Positive Temperature CoeffiCient，正温度系数热敏电阻器)，保护电阻24的电阻值可以为0.5Ω，端子处最大输出功率为22.05W。
需要说明的是，本实用新型实施例的矿灯保护器、过流保护板、PTC以及保护电阻可根据实际情况进行选择，本实用新型不作限定。
根据本实用新型的实施例，多功能井下装置包括照明模块、音频模块、视频模块、处理模块、通信模块以及电源模块，通过音频模块能够实现井下工作人员和监控平台双向通信；通过视频模块，监控平台能够实时了解井下工作人员工作环境；通过处理模块和通信模块，能够保证信息高效稳定传输。
根据本实用新型的实施例，多功能井下装置将第五代移动通信技术与现有的矿灯有机结合，使得现有的矿灯在实现照明功能的基础上，还能够感知井下工作人员的周围环境，并且还集成了多个功能：双向无线通信、双向语音对讲、视频信息采集和传输。此外，多功能井下装置不仅满足安全标准，还设置有多重保护方式，保证多功能井下装置安全稳定地工作。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
