專利名稱：基于可見光無線通信模塊的礦井帽的制作方法
技術(shù)領域：
基于可見光無線通信模塊的礦井帽技術(shù)領域[0001]本實用新型涉及基于可見光無線通信模塊的礦井帽，屬于無線通信的技術(shù)領域。
技術(shù)背景[0002]LED照明器件具有高效、節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長、易維護等顯著優(yōu)點，隨著近年來 制造工藝的提升和成本的降低，已逐漸進入普通照明領域，而LED器件獨有的高速響應特 性使其成為發(fā)展可見光無線通信技術(shù)的關鍵器件。通過調(diào)制LED器件的輸出電流可以獲得 肉眼無法察覺的光強變化，由光電探測器探測、接收、轉(zhuǎn)換為電信號并還原出原始信號，在 照明的同時，實現(xiàn)信息的高速遠距離傳輸。[0003]開發(fā)和研究新能源是國家經(jīng)濟高速發(fā)展的有力支撐，而地下開采方式是目前我國 獲得多種能源資源與礦產(chǎn)資源的重要途徑。近年來，隨著我國對礦產(chǎn)資源需求的迅速上升， 礦井作業(yè)的高效性和安全性成為國家關注的重點。由于礦井內(nèi)施工面積大、光線不足、施工 環(huán)境嘈雜等特殊環(huán)境，礦工人員之間交流不暢往往成為指令傳達不及時、安全管理措施落 實不到位的主要因素，困擾著整個煤礦行業(yè)。此外，針對一些光線不足、施工環(huán)境嘈雜的場 景，目前還沒有將可見光無線通信系統(tǒng)應用到LED照明器件上的應用。實用新型內(nèi)容[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了基于可見光 無線通信模塊的礦井帽。[0005]本實用新型為實現(xiàn)上述實用新型目的采用如下技術(shù)方案[0006]基于可見光無線通信模塊的礦井帽，包括帽體、LED頭燈、光電探測器、可見光無線 通信模塊、耳機、麥克風，其中所述光電探測器設置在帽體上，所述可見光無線通信模塊置 于帽體夾層內(nèi)，所述耳機與帽體固定連接；所述麥克風通過接入線與含有可見光無線通信 模塊的電路板連接。[0007]所述基于可見光無線通信模塊的礦井帽中，可見光無線通信模塊包括發(fā)射模塊、 接收模塊，其中[0008]所述發(fā)射模塊包括放大器、偏置電路，所述放大器的輸入端接麥克風后，輸出端與 偏置電路的輸入端連接，所述偏置電路的輸出端接LED頭燈；[0009]所述接收模塊為功率放大器，所述功率放大器的輸入端接光電探測器的輸出端， 輸出端接耳機。[0010]所述基于可見光無線通信模塊的礦井帽中，LED頭燈為白光LED器件。[0011]所述基于可見光無線通信模塊的礦井帽中，接收模塊還包括濾光鏡、聚光鏡；其 中[0012]所述濾光鏡用于將發(fā)射模塊中LED器件發(fā)出的光進行濾波處理；[0013]所述聚光鏡用于將經(jīng)過濾波處理的光聚焦到光電探測器的感光部分。[0014]本實用新型采用上述技術(shù)方案，具有以下技術(shù)效果[0015](I)本實用新型采用不受限的可見光頻譜資源，將LED器件發(fā)出的光能轉(zhuǎn)換為電 能，實現(xiàn)了照明和通信一體的可見光無線通信系統(tǒng)；[0016](2)利用本實用新型所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽高效節(jié)能、小型輕 便、安全性高、成本低廉，可實現(xiàn)短期內(nèi)大規(guī)模推廣。


[0017]圖1是基于可見光無線通信模塊的礦井帽的模塊示意圖。[0018]圖2是基于可見光無線通信模塊的礦井帽發(fā)射模塊的電路圖。[0019]圖3是基于可見光無線通信模塊的礦井帽接收模塊的電路圖。[0020]圖中標號說明U1為ISD1820芯片，U2、U3均為NE5532芯片，U4為LM386芯片， Rl至R16為第一至第十六電阻，Cl至C16為第一至第十六電容，DU D2為第一、第二二極 管，LI為電感。
具體實施方式
[0021]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細說明[0022]如圖1所示的基于可見光無線通信模塊的礦井帽包括帽體、LED頭燈、光電探測 器、可見光無線通信模塊、耳機、麥克風。光電探測器設置在帽體上，可見光無線通信模塊置 于帽體夾層內(nèi)，耳機與帽體固定連接；麥克風通過接入線與含有可見光無線通信模塊的電 路板連接。可見光無線通信模塊包括發(fā)射模塊、接收模塊，發(fā)射模塊、接收模塊可集成到一 塊電路板上，再放置在礦井帽的夾層中，實現(xiàn)雙工通信。發(fā)射模塊包括放大器、偏置電路。放 大器的輸入端接麥克風后，輸出端與偏置電路的輸入端連接；偏置電路的輸出端接LED頭 燈。接收模塊為功率放大器，功率放大器的輸入端接光電探測器的輸出端，輸出端接耳機。[0023]發(fā)射模塊的電路圖如圖2所示麥克風Mic及語音芯片Ul構(gòu)成信號采集模塊，運 算放大器芯片U2及其外圍電路構(gòu)成信號放大電路及偏置電路，第二二極管D2為白光LED 器件。Ul的FT引腳、VCC引腳與直流電源相連，直流電源通過第一電容Cl接地；VSS引腳 接地；MIC弓丨腳及MICREF弓丨腳分別通過第四電容C4及第二電容C2與麥克風Mic兩端相連； AGC引腳連接第三電容C3后接地；第四電容C4與麥克風Mic間連接第三電阻R3后接地；第 一電阻Rl接直流電源，經(jīng)過第二電阻R2后與第二電容C2、麥克風Mic相連，第一電阻R1、 第二電阻R2接電容第五電容C5到地；SP+引腳經(jīng)過第四電阻R4及第七電容C7后與U2的 2號引腳相連；U2的I號引腳經(jīng)過第五電阻R5與第七電容C7負端相連,第八電容C8并聯(lián) 在第五電阻R5兩端；第七電阻R7與第六電阻R6、直流電源相連，第六電阻R6接地；第六電 容C6跨接在第六電阻R6兩端，第六電阻R6、第七電阻R7連接點與U2的3號引腳相連；U2 的I號引腳經(jīng)過第八電阻R8、第九電容C9后與電感LI耦合，送至D2兩端。放大器將信號 采集裝置Mic獲取的外界信息反饋放大后，傳輸至偏置電路；偏置電路將放大器輸出的信 號率禹合處理后得到電信號，再將電信號傳輸至LED器件；LED器件將偏置電路輸出的電信號 轉(zhuǎn)換為光信號后；通過自由空間，以光傳播的方式，將光信號傳輸至接收模塊。[0024]如圖3所示的接收模塊第一二極管Dl為光敏二極管，運算放大器芯片U3及其 外圍電路構(gòu)成放大器，功率放大器芯片U4及其外圍電路構(gòu)成功率放大器,耳機構(gòu)成信號輸 出裝置，第十五電阻R15為可變電阻。第一二極管Dl的陽極接VCC直流電壓源，陰極、第九電阻R9的一端分別與第十電容ClO的一極連接；第十電容ClO的另一極、第十電阻RlO的一端分別與第十一電阻Rll的一端連接；第九電阻R9的另一端、第十電阻RlO的另一端接地；第i^一電阻Rll的另一端串聯(lián)第i^一電容Cll后接Ul的2號引腳；由第十三電容C13、 第十四電阻R14組成的并聯(lián)支路一端接第十一電容Cll的負極，另一端接U3的I號引腳； 第十四電容C14的正極接U3的I號引腳，負極與第十五電阻R15的一端連接；第十五電阻 R15的另一端接地；U3的8號引腳接VCC直流電壓源；第十三電阻R13的一端接VCC直流電壓源，另一端串聯(lián)第十二電阻R12后接地；第十二電容C12的正極接U3的3號引腳，負極接地；第十五電阻R15的調(diào)節(jié)端接U4的3號引腳；U4的2號引腳接地，6號引腳接VCC直流電壓源，5號引腳經(jīng)過由第十五電容C15、第十六電阻R16組成的串聯(lián)支路后接地；耳機電源進線經(jīng)過第十六電容C16與U4的5號引腳連接。[0025]本實施例通過在手持照明燈具和礦工安全帽上使用LED照明器件，并添加相應的可見光通信系統(tǒng)電路，可以實現(xiàn)語音信號的采集和傳輸，完善施工人員之間的交流通信途徑，有利于管理施工指令的高效傳輸，有效避免了因指令傳達不暢通等原因造成的安全問題，進一步推進了煤礦行業(yè)的信息化進程。[0026]作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述LED器件選用能夠?qū)崿F(xiàn)照明功能、高速響應的白光LED器件；在接收模塊中光電探測器前采用濾光、聚光等光學元件，可以提升鏈路的傳輸速度，增加器件的傳輸效率和能力。[0027]作為本實用新型的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)麥克風可以采用語音和視頻等采集設備替換， 耳機可以采用音頻廣播和圖像顯示設備替換。[0028]綜上所述，本實用新型所述基于可見光無線通信模塊的礦井帽適合運用在礦井這樣環(huán)境嘈雜的場景，通過可見光光場的空間覆蓋實現(xiàn)信息的攜帶，提升了 LED器件的輸出功率，降低環(huán)境噪聲的影響，增加系統(tǒng)的工作距離。經(jīng)試驗，本實用新型可以實現(xiàn)通信距離超過100米的空氣和水下環(huán)境下的音頻通信。此外，利用LED器件實現(xiàn)工作人員、傳感網(wǎng)絡節(jié)點之間的照明通信一體化。利用本實用新型所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽高效節(jié)能、小型輕便、安全性高、成本低廉，可實現(xiàn)短期內(nèi)大規(guī)模推廣。所述實施例均為僅為本實用新型的兩個具體實施例，凡是符合本專利實用新型宗旨的 實施例均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.基于可見光無線通信模塊的礦井帽，包括帽體、LED頭燈，其特征在于所述礦井帽還包括光電探測器、可見光無線通信模塊、耳機、麥克風，其中所述光電探測器設置在帽體上，所述可見光無線通信模塊置于帽體夾層內(nèi)，所述耳機與帽體固定連接；所述麥克風通過接入線與含有可見光無線通信模塊的電路板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽，其特征在于所述可見光無線通信模塊包括發(fā)射模塊、接收模塊，其中 所述發(fā)射模塊包括放大器、偏置電路，所述放大器的輸入端接麥克風后，輸出端與偏置電路的輸入端連接，所述偏置電路的輸出端接LED頭燈； 所述接收模塊為功率放大器，所述功率放大器的輸入端接光電探測器的輸出端，輸出端接耳機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽，其特征在于所述LED頭燈為白光LED器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽，其特征在于所述接收模塊還包括濾光鏡、聚光鏡；其中 所述濾光鏡用于將發(fā)射模塊中LED器件發(fā)出的光進行濾波處理； 所述聚光鏡用于將經(jīng)過濾波處理的光聚焦到光電探測器的感光部分。
專利摘要本實用新型公開了基于可見光無線通信模塊的礦井帽，屬于無線通信的技術(shù)領域。所述礦井帽包括帽體、LED頭燈、光電探測器、可見光無線通信模塊、耳機、麥克風?？梢姽鉄o線通信模塊焊接成電路板后置于帽體夾層，麥克風、耳機分別為可見光無線通信模塊的信號輸入裝置、輸出裝置。本實用新型采用不受限的可見光頻譜資源，將LED器件發(fā)出的光能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)了照明和通信一體的可見光無線通信系統(tǒng)；利用本實用新型所述的基于可見光無線通信模塊的礦井帽高效節(jié)能、小型輕便、安全性高、成本低廉，可實現(xiàn)短期內(nèi)大規(guī)模推廣。
文檔編號A42B3/30GK202857947SQ20122046638
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月14日
發(fā)明者王永進, 丁禮偉, 何穎潔, 劉芳, 朱洪波 申請人:南京郵電大學