一种5G通信智能矿用安全帽
技术领域
本实用新型涉及安全防护领域，更具体的说，涉及一种5G通信智能矿用安全帽。
背景技术
我国是一个煤炭资源丰富的国家，也是一个对煤炭资源比较依赖的国家，在我国的能源工业中，煤炭分别占一次能源生产和消费总量的76%和69%。在煤炭产量快速增长的情况下，也带来煤矿重特大事故多发。因此，加强煤矿安全生产管理是保障我国煤炭工业持续、稳定、健康发展的首要任务，对国民经济的发展有着重要的意义，它不仅关系着煤矿企业的兴衰，而且关系着社会的稳定和经济的长期发展。
由于矿用安全帽是矿用安全帽作业时必不可少的防护用具，因此在矿用安全帽上集成智能模块有利于推动煤矿行业生产的信息化、智能化，这些对保证矿山的安全生产和矿用安全帽的生命安全都有着十分重要的作用，也是煤炭高产、高效的重要保证。
现有的蓝牙技术、UWB(超宽带)技术、 ZigBee(无线传感器)技术等。这些技术都属于射频无线通信，具有信号不稳定、功能单一，不易安装和高功耗等缺点。而最新的5G通信技术具有高数据速率、低延迟、低能耗、高系统容量和易于大规模设备连接优点，正适合应用于智能矿用安全帽。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有智能安全帽信号不稳，功能单一，能耗高等问题，以提高煤矿生产的智能化水平，提供一种5G通信智能矿用安全帽。
本实用新型是这样实现的：一种5G通信智能矿用安全帽，其特征在于：包括矿用安全帽体，安装于矿用安全帽体前部的LED照明灯、摄像头，安装于矿用安全帽体中部的扬声器、麦克风，安装于矿用安全帽体后部的安装盒，固定在安装盒内部的电路板，以及集成于电路板上的环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能指示灯、蓄电池、功能按钮。所述的矿用安全帽体前部有用于固定LED照明的卡槽，固定LED照明灯的卡槽位于矿用安全帽体的外侧，固定LED照明灯的卡槽中开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体前部开有安装摄像头的安装孔，安装孔开在固定LED照明灯的卡槽下方；矿用安全帽体左侧中部安装有可折叠的麦克风，麦克风通过转动轴与矿用安全帽体连接，矿用安全帽体在与转动轴连接处开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体右侧中部有用于固定扬声器的卡槽，固定扬声器的卡槽位于矿用安全帽体的内侧，矿用安全帽体在固定扬声器的卡槽处开有蜂窝状小孔用于传声；矿用安全帽体后部有用于固定安装盒的卡槽，固定安装盒的卡槽位于矿用安全帽体的外侧，固定安装盒的卡槽中开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体内侧有导线槽用于排布和固定导线，导线槽与每一个安装孔、导线孔连接。
所述的安装盒内部有固定电路板的卡槽，安装盒在固定于矿用安全帽体的一侧开有与矿用安全帽体上的导线孔相匹配的导线孔，安装盒在远离矿用安全帽体的一侧开有与功能按钮尺寸相匹配的安装孔，安装盒右侧开有电源接口与外挂蓄电池相连接，安装盒的外版面上安装功能指示灯。
所述的本地控制器封装于电路板上，本地控制器有MCU模块及驱动电路组成，本地控制器与环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能指示灯、蓄电池、功能按钮通过电路板上的集成电路相连，本地控制器与LED照明灯、麦克风、扬声器通过导线电路连接。其中蓄电池、控制开关的“开关”按钮通过导线与地控制器电路相连，本地控制器与摄像头、扬声器、麦克风、环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能按钮电路相连，并对各单元进行驱动控制，按压功能按钮不同次数本地控制器会分别控制LED照明灯、摄像头和环境传感器并显示不同的功能指示灯，以上构成5G通信智能矿用安全帽各功能单元的电力回路。
所述的5G通信单元，5G通信单元包括5G通信模组和位置定位模组，5G通信单元与本地控制器电路连接并进行信息交互，其信号的收发受本地控制器的控制，5G通信单元通过5G网络与远程5G监控平台通过无线信号实时通信，根据本地控制器指令5G通信单元与远程5G监控平台进行信息交互，5G通信单元还包括位置定位模块，5G通信单元在于远程监控平台进行信息交互时，位置定位模块获取安全帽所在的位置信息通过5G信号传输至远程5G监控平台。
所述的环境监测单元包括：温度传感器、湿度传感器、瓦斯含量传感器、氧气含量传感器，上述各传感器均与本地控制器电路连接并进行信息交互，本地控制器分别获取温度传感器的环境温度，湿度传感器的环境湿度，瓦斯含量传感器的环境瓦斯气体含量及氧气含量传感器的环境氧气含量，并把这些环境指标数据存储在本地存储器中，同时本地控制器进行运算比较，如果超出本地控制器设定的报警值，则本地控制器出发报警信号，警迅通过扬声器发出，引起工作人员注意安全，同时该警报信息也通过5G通信单元发送至远程5G监控中心并告警。
所述的麦克风包括传声器、弹性杆和转动轴，转动轴可以安装在矿用安全帽体上，弹性杆两端连接传声器和转动轴，转动轴和传声器均是中空的，可以使导线从中穿过。
所述的扬声器为直径30~40mm的动圈式扬声器。
本实用新型的显著效果：
1、所述的5G通信智能矿用安全帽采用5G通信，具有高数据速率、低延迟、低能耗、高系统容量和易于大规模设备连接优点。
2、所述的5G通信智能矿用安全帽的环境监测单元对井下的工作环境进行实时监测，及时对环境异常发出警报，并通知管控平台，由管控发布进一步指示，从源头保障矿用安全帽生命安全；
3、矿用安全帽作为矿用安全帽井下作业的必备护具，所述的5G通信智能矿用安全帽在提供必要的防护、照明功能外，还能提供语音通话和图像摄录功能，提高煤矿生产的信息化和智能化水平，方便解决矿用安全帽生产时遇到的问题；
4、所述的5G通信智能矿用安全帽在发生事故时可以使被困矿用安全帽更快的与外界建立联系甚至一直与外界保持联系，有利于被困矿用安全帽自救和外界救援。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步说明：
图1为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽电路结构示意框图；
图2为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽的正视结构示意图；
图3为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽的后视结构示意图；
图4为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽的左视结构示意图；
图5为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽的右视结构示意图；
图6为本实用新型一种5G通信智能矿用安全帽的本地控制器结构示意图；
图中符号说明：1、矿用安全帽体，2、LED照明灯，3、摄像头，4、扬声器，5、麦克风，14、安装盒。
具体实施方式
下面将结合附图1—图6对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
参照图1—图6，一种5G通信智能矿用安全帽，其特征在于：包括矿用安全帽体1，安装于矿用安全帽体1前部的LED照明灯2、摄像头3，安装于矿用安全帽体中部的扬声器4、麦克风5，安装于矿用安全帽体后部的安装盒14，固定在安装盒14内部的电路板，以及集成于电路板上的环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能指示灯、蓄电池、功能按钮。所述的矿用安全帽体1前部有用于固定LED照明2的卡槽，固定LED照明灯2的卡槽位于矿用安全帽体1的外侧，固定LED照明灯2的卡槽中开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体1前部开有安装摄像头3的安装孔，安装孔开在固定LED照明灯2的卡槽下方；矿用安全帽体1左侧中部安装有可折叠的麦克风5，麦克风5通过转动轴与矿用安全帽体1连接，矿用安全帽体1在与转动轴连接处开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体1右侧中部有用于固定扬声器4的卡槽，固定扬声器4的卡槽位于矿用安全帽体1的内侧，矿用安全帽体1在固定扬声器4的卡槽处开有蜂窝状小孔用于传声；矿用安全帽体1后部有用于固定安装盒14的卡槽，固定安装盒14的卡槽位于矿用安全帽体1的外侧，固定安装盒14的卡槽中开有导线孔用于穿过导线；矿用安全帽体1内侧有导线槽用于排布和固定导线，导线槽与每一个安装孔、导线孔连接。
所述的安装盒14内部有固定电路板的卡槽，安装盒14在固定于矿用安全帽体1的一侧开有与矿用安全帽体1上的导线孔相匹配的导线孔，安装盒14在远离矿用安全帽体1的一侧开有与功能按钮尺寸相匹配的安装孔，安装盒右侧开有电源接口与外挂蓄电池相连接，安装盒的外版面上安装功能指示灯。
所述的本地控制器封装于电路板上，本地控制器有MCU模块及驱动电路组成，本地控制器与环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能指示灯、蓄电池、功能按钮通过电路板上的集成电路相连，本地控制器与LED照明灯2、麦克风5、扬声器4通过导线电路连接。其中蓄电池、控制开关的“开关”按钮通过导线与地控制器电路相连，本地控制器与摄像头3、扬声器4、麦克风5、环境监测单元、5G通信单元、本地存储器、功能按钮电路相连，并对各单元进行驱动控制，按压功能按钮不同次数本地控制器会分别控制LED照明灯2、摄像头3和环境传感器并显示不同的功能指示灯，以上构成5G通信智能矿用安全帽各功能单元的电力回路。
所述的5G通信单元，5G通信单元包括5G通信模组和位置定位模组，5G通信单元与本地控制器电路连接并进行信息交互，其信号的收发受本地控制器的控制，5G通信单元通过5G网络与远程5G监控平台通过无线信号实时通信，根据本地控制器指令5G通信单元与远程5G监控平台进行信息交互，5G通信单元还包括位置定位模块，5G通信单元在于远程监控平台进行信息交互时，位置定位模块获取安全帽所在的位置信息通过5G信号传输至远程5G监控平台。
所述的环境监测单元包括：温度传感器、湿度传感器、瓦斯含量传感器、氧气含量传感器，上述各传感器均与本地控制器电路连接并进行信息交互，本地控制器分别获取温度传感器的环境温度，湿度传感器的环境湿度，瓦斯含量传感器的环境瓦斯气体含量及氧气含量传感器的环境氧气含量，并把这些环境指标数据存储在本地存储器中，同时本地控制器进行运算比较，如果超出本地控制器设定的报警值，则本地控制器出发报警信号，警迅通过扬声器发出，引起工作人员注意安全，同时该警报信息也通过5G通信单元发送至远程5G监控中心并告警。
所述的麦克风5包括传声器、弹性杆和转动轴，转动轴可以安装在矿用安全帽体上，弹性杆两端连接传声器和转动轴，转动轴和传声器均是中空的，可以使导线从中穿过。
所述的扬声器4为直径30~40mm的动圈式扬声器。
实施例
首先外挂蓄电池接入矿用安全帽本体1的电源接入口，按下功能按钮的“开关”按钮，蓄电池为本地控制器供电，本地控制器启动工作，这里本地控制器选用STM32F103RET6型，该芯片模组基于ARM高密度性能线32位MCU，具有265-512位闪存，USB,CAN,11个定时器，3个ADC，13个通信接口，可以满足本地控制其的技术需求；本地控制器获取蓄电池的电量信息并对蓄电池储存电量进行检测，如果电量不低于20%则控制功能指示灯亮绿灯，如果电量低于20%则控制功能指示灯亮红灯；本地控制器与环境监测单元、本地存储器、5G通信单元建立连接，这里5G通信单元的5G通信模块选用中兴通讯股份有限公司生产的5G模组ZM9000实现了在5G NSA/SA网络下,率先基于高通最新5G平台SDX55平台(骁龙X55 5G调制解调器)打通数据业务。这标志着中兴通讯5G模组已经实现了5G 端到端调通,可同时支持NSA和SA网络。中兴5G模组ZM9000覆盖国内三大运营商的4G/5G频段,采用M.2封装技术,标准尺寸(30 x 52 x 3.6mm)即插即用,可快速适配包括安防摄像头、5G 8K电视、高清会议终端等各种行业整机产品。支持上行双流理论速率高达662Mbps、最高下行3.8Gbps, 同时ZM9000还具有超低待机功耗和接口丰富等特点。当本地控制器检测到5G通信单元连接到矿井内5G微基站信号机时，本地控制器调取本地存储器中的“通信连接成功”语音数据，并发送该数据到扬声器4，使扬声器4播放该语音信息，当本地控制器检测到5G通信单元与矿井内5G微基站信号机连接断开时，本地控制器调取本地存储器中的“通信连接断开”语音数据，并发送该数据到扬声器4，使扬声器4播放该语音信息；按下功能按钮的“照明”按钮，本地控制器为LED照明灯2供电，这里LED照明灯选用12V10W的3535型号LED灯珠，光效每瓦不低于100lm，LED照明灯2工作；按下功能按钮的“录像”按钮，蓄电池为摄像头供电，这里摄像头选用大华技术股份有限公司 生产的超高微型摄像头，采用高性能二百万像素1/3英寸CMOS图像传感器，低照度效果好，图像清晰度高，可输出200万（1920*1080）30fps，支持H.264编码，压缩比高，超低码流。本地控制器获取摄像头3摄录的图像信息，并把图像信息缓存在本地存储器中，同时把图像信息并发送给5G通信单元，由5G通信单元发送给管控平台；按下功能按钮的“通话”按钮，蓄电池为麦克风5供电，本地控制器获取麦克风5录音的语音信息，并把语音信息缓存在本地存储器中，同时把语音信息并发送给5G通信单元，由5G通信单元发送给管控平台；当本地控制器通过5G通信单元从管控平台接收到语音数据时，本地控制器将接收到的语音数据发送到扬声器4，使扬声器4播放该语音；当所述的5G通信智能矿用安全帽处于工作状态时，本地控制器定时获取矿用安全帽1的地理位置，并把该地理位置通过5G通信单元发送至远程监控平台，本地控制器定时获取环境监测单元的环境信息并与预设值进行对比，当环境信息异于预设值时，本地控制器根据环境信息值从本地存储器调取“温度过高”、“湿度过高”、“瓦斯含量过高”、“氧气含量过低”语音数据，并发送该数据到扬声器4，使扬声器4播放该语音信息，同时本地控制器向5G通信单元发送环境异常警报信息，由5G通信单元发送给管控平台，远程管控平台及时获取矿用安全帽的位置和当前的环境情况并进行疏导或救助。
本实用新型的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然 可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。
