一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置的制造方法

一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及应急通信装置，具体涉及一种利用投影的虚拟操作系统应急通信装置，属于电子与通信领域。
【背景技术】
[0002]由于煤炭矿井生产环境相对恶劣，单人工作风险系数较高，井下摸黑作业对生产管理有非常高的实时性要求，作为生产管理人员、掘进机司机、电机车司机、皮带维护工和其它单人流动人员应能够与生产调度室及时取得语音或非语音联系，将生产一线的各种情况图文并茂的上报，实现统一指挥统一调度。虽然煤炭企业对生产安全都非常重视，但事故的发生是不确定性的，事故发生后必须依据当时情况，采取果断的快速反应措施进行处理，对井下人员进行全方位紧急抢救。但井上对井下人员的监控由于受各种条件的限制还很不完善，对于井下人员的情况不能及时反映，导致事故发生时，不能及时、准确的得到井下人员的各种信息，无法做出正确的决策，以致会造成抢险不及时或误导撤离方向，有可能贻误对生命的抢救。在美国著名的佛吉尼亚矿难中由于语音通信质量受限，两名原本可以生还的矿工由于紧张当中听错了逃离方向的左右，就再也没有上的来地面。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型针对【背景技术】中的问题，提供了一种利用投影的虚拟操作屏，通过利用网格网式的网络结构在矿区的地层及巷道中部署对环境、机电、人员等矿工帽的双向感知的传感器节点，例如:甲烷、CO、超声波，地磁，光波等传感器，实现对真实矿山坑道及相关环境的可视化，数字化，智能化疏导。还可以实现生产管理人员、一线工作人员及调度人员之间的实时培训，并可以对煤矿入井人员进行实时跟踪监测和定位，随时清楚掌握每个人员在井下的位置及活动情形。如果发生灾变，还可立即从监控计算机上查询事故现场的人员位置分布情况、被困人员数量、提供遇险人员撤退线路等信息，为事故抢险提供科学依据。同时，也可利用系统的日常安全管理功能，对矿井人员进行安全管理与教育。
[0004]本实用新型的技术解决方案:
[0005]一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，包括投影模块、控制模块、外设模块、驱动模块和无线网组网模块，其中，所述外设模块负责采集井下信息，投影模块负责将采集的信息进行实时投影，驱动模块负责外设模块和投影模块的驱动控制；所述无线组网模块负责井上井下的双向通信和定位；所述控制模块控制整个装置的工作。
[0006]所述控制模块为SOPC系统。
[0007]所述投影模块主要由FPGA及光学器件组成。
[0008]所述外设模块包括摄像头、超声波自动测距聚焦器、阵列式计算几何自动画面畸形矫正器或地磁传感式自动除抖动器；外设模块具有测距、消除抖动等功能，并通过摄像头拍照的方式完成虚拟画板功能。
[0009]所述驱动模块上的核心器件是FPGA及DLP芯片，驱动模块负责光源/光学器件及外设模块器件的驱动等控制，使得投影模块出来的图像更加清晰。
[0010]所述无线组网模块由RFID模块和ZIGBEE模块组成，无线组网模块利用RFID和ZIGBEE主要实现井下和井上的双向通信和定位功能，使营救工作更容易展开。
[0011]本实用新型的有益效果:
[0012]本实用新型提供了一种即时、简单、高效的无线数据互动采集系统，可以大大提高煤矿的管理水平，有效减少矿难的发生，促进煤矿产业的健康发展。本实用新型将嵌入式技术、投影技术、图像处理及识别技术利用到通信装置中，使煤矿工人可以在遇到紧急危险时通过投影的虚拟操作屏进行操作，实现语音视频、地图定位、手写体打字等应急通信功能。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型系统框图。
[0014]图2为本实用新型无线网组网图。
[0015]图3为本实用新型超声波测距器图。
[0016]图4为本实用新型抖动角度预测模块。
[0017]图5为本实用新型预矫正陈列处理器。
[0018]图6为本实用新型三原色投影灯电路。
[0019]图7为本实用新型虚拟无线投影帽灯。
[0020]其中控制模块2外设模块2-1摄像头地磁传感式2-2超声波自动测距聚焦器2-3画面畸形矫正器2-4自动除抖动器3投影模块4驱动模块5无线组网模块6安全帽。
具体实施方案
[0021]下面结合附图和实施例来具体描述本实用新型。
[0022]如图1至图6所示，一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，包括投影模块3、SOPC控制模块1、外设模块2、驱动模块4和无线网组网模块5。投影模块3主要由FPGA及光学器件组成。外设模块2包括摄像头2-1、超声波自动测距聚焦器2-2、阵列式计算几何自动画面畸形矫正器2-3或地磁传感式自动除抖动器2-3，通过摄像头2-1拍照的方式完成虚拟画板功能。驱动模块4上的核心器件是FPGA及DLP芯片，其中DLP芯片作为光学引擎控制器，负责光学/光源器件的驱动控制，光源器件的参数设置等。驱动模块4负责光源/光学器件及外设器件的驱动等控制，使得投影模块出来的图像更加清晰。无线组网模块5由RFID模块和ZIGBEE模块组成，无线组网模块5利用RFID和ZIGBEE主要实现井下和井上的双向通信和定位功能，使营救工作更容易展开。
[0023]上述装置可以处理成的方式:1、矿工的安全帽6，2、手提箱，3、袖子上的手腕处等。为了使投影更清晰，也可以把矿工服的局部或全部用幕布做成，比如背部。矿工服的背部使用专业投影幕布做成，当周边投影效果不佳时，甲矿工可以把投影界面投影到矿工乙背部，更易进行操作。
[0024]实施例:将装置装在旷工的安全帽上(如图7所示)
[0025]当遇到危险时，矿工不需挪动即完成应急通信:
[0026]1、打开安全帽6上的投影开关，外设模块2中的超声波自动测距
[0027]聚焦器2-2、阵列式计算几何自动画面畸形矫正器2-3或地磁传感式 自动除抖动器2-4开始工作，并把测得的数据信息传递给控制模块1，由控制模块I命令投影模块3工作，投影出清晰图像。
[0028]2、投影的图像即应用界面，有如下按钮:语音通话、视频通
[0029]话、手写打字、屏幕广播、紧急报警、红外遥控等，根据图像处理及识别技术将外设模块的摄像头拍摄的照片进行图像处理执行按键操作，即实现虚拟画板功能。
[0030]3、按键操作执行相应的功能键，这些功能都是在控制模块I中
[0031]实现的，如手写打字、红外遥控等，当需要语音通信、视频通信功能时控制模块连接到无线组网模块，无线组网模块把指令信息同步发送给指挥中心，指挥中心即把路线图、自救指示通过无线组网模块发布给矿工，矿工按照投影的路线及语音通话进行自救，也可以透过红外遥控器打开挂壁式逃生导航电视图进行自救。
[0032]该装置具备如下功能:
[0033]1、自动聚焦投影功能，改装矿灯包括三原色微型投影自动白灯，超声波自动测距聚焦器、阵列式计算几何自动画面畸形矫正器，地磁传感式自动除抖动器，能够实现画面的清晰投影，所述各部分全自动相互协调，需要最少的人为操作，手不能动时，用脚也能操作。具体步骤如下:
[0034]①简单的画面投影功能:采用驱动电路和光学器件(如图6)，其中驱动电路负责采集的画面信息并驱动光学器件，光学器件负责对采集的画面进行投影，实现投影功能。
[0035]②自动测距聚焦功能:采用HY-SRF05超声波测距仪监测到投影的距离，然后触发自动调焦装置，使画面清晰投影。
[0036]③自动定位消除抖动:采用地磁传感式自动除抖动器MAG3110由3D地磁传感器，快速采样器，角度计算器，补偿器组成，当角度计算器发现在0.25秒内有超过0.25度的反复变化时，认定抖动存在，启动畸变补偿器抵消头部矿灯的抖动，确保显示文字图像的清晰可辨性。
[0037]2、虚拟画板自动识别功能。所述虚拟画板自动识别器由阵列式背景识别模块，移动物体识别模块，手写体识别模块、功能键模块等组成。背景识别模块首先确定相对静止的背景，移动物体识别模块再识别手或类似笔形物体，然后启动手写体识别模块，可以完成屏幕上手写输入汉字；功能键模块可以通过拍照、图像识别的方式识别出按到的功能键，并启动相应的功能。
[0038]步骤如下:
[0039]①图像信息获取:录像机将信号送入视频采集卡中经过采样和量化处理转化成数字视频信号。
[0040]②图像处理:主要包括图像增强、图像分割、边缘提取、图像复原等，能使采集到的信号更适合微控制器进行特征提取。
[0041]③图像特征提取:将拍照的图像进行特征处理，从滤波电路中衍生出有用的信息，从许多特征中找到最有用的特征，以降低后续处理的难度。
[0042]④图像识别:采用模板匹配法来识别不同的对象，并执行相应的功能。
[0043]3、应急通信的多功能化。应急模块包括语音、视频及文字通信求救，定位、地图导航指导求救、紧急按钮报警求救等方式。具体步骤如下:
[0044]①语音求救功能，在安全帽上设置耳麦，实现通话功能。
[0045]②视频求救功能，求救指挥中心工作人员通过安全帽上的摄像头通过无线组网实时观察求救人员周边的环境，制定出最准确的解救方案。
[0046]③定位、地图导航功能，通过RFID、ZIGBEE实现定位，并在安全帽的存储芯片上下载好地图，求救指挥中心可以通过中控电脑确定求救人员的位置，求救人员也可以通过前方投影看到自己所处位置，从而实现双方的协同工作。
[0047]④紧急按钮报警:求救方遇到紧急危险时按下报警按钮，矿井上方的工作人员听到警报信号迅速进入工作位置，紧急待援。
[0048]④红外遥控打开挂壁式珩道逃生导航电视图
[0049]本实用新型不仅可以用在煤矿系统，还可以用在任意需要非语音通信的军用或民用场合，比方说，聋哑人救援等，根据以上所述，便可以实现本实用新型。对本领域的技术人员在不背离本实用新型的精神和保护范围的情况下做出的其他变化和修改，仍包括在本实用新型保护范围之内。
【主权项】
1.一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，其特征在于:所述装置包括控制模块、外设模块、投影模块、驱动模块和无线网组网模块，所述控制模块为SOPC系统，所述外设模块包括摄像头、超声波自动测距聚焦器、阵列式计算几何自动画面畸形矫正器或地磁传感式自动除抖动器，所述投影模块主要由FPGA及光学器件组成。
2.如权利要求1所述的一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，其特征在于:所述驱动模块上的核心器件是FPGA及DLP芯片。
3.如权利要求1所述的一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，其特征在于:所述无线组网模块由RFID模块和ZIGBEE模块组成。
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用投影的虚拟操作屏应急通信装置，包括投影模块、控制模块、外设模块、驱动模块和无线网组网模块，其中，所述外设模块负责采集井下信息，投影模块负责将采集的信息进行实时投影，驱动模块负责外设模块和投影模块的驱动控制；所述无线组网模块负责井上井下的双向通信和定位；所述控制模块控制整个装置的工作。本实用新型将嵌入式技术、投影技术、图像处理及识别技术利用到通信装置中，使煤矿工人可以在遇到紧急危险时通过投影的虚拟操作屏进行操作，实现语音视频、地图定位、手写体打字等应急通信功能。
【IPC分类】E21F17-18, H04W4-22, A42B3-30, A42B3-04, E21F11-00
【公开号】CN204609946
【申请号】CN201520198600
【发明人】史洪玮, 黄骏, 李敏, 刘梅, 闫伟, 陈宇哲
【申请人】宿迁学院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年4月3日