面向数字矿山的智能头盔系统设计与实现

摘要

矿山事故多发，现阶段我国安全生产领域所面临的重大挑战之一。金属非金属矿山安全事故在工矿事故中仅次于煤矿居第2位。而造成事故多发的原因一是因为井下机械化装备落后，很多矿山还停留在人工化的操作阶段。二是我国井下安全信息化建设落后，井下环境监测设备匮乏、安全管理制度不完善、通信设备落后、六大系统建设不到位等等，基于目前国内的背景，随着物联网技术的发展，数字化矿山的概念也被逐步提出，实时监测矿山环境数据并实现实时通讯的移智能头盔设备是其中重要一环，课题组开始着手面向数字矿山的智能头盔系统的研发，系统结合综合传感技术、无线通信技术、光纤环网技术、数据挖掘技术、人工智能技术、虚拟现实技术等，将井下人员与智能头盔整合为特殊的移动式智能节点，集井下环境数据监测、实时双模式通讯于一体，建立矿井物联网，解决生产盲区巡检、安全监控和人员体征等状态在线检测跟踪难题。
　　面向数字矿山的智能头盔系统的研发主要包括矿井环境数据的检测、无线通讯系统研究、语音传送系统研究、节能研究等几方面，智能头盔系统硬件的实现主要包括触摸显示屏用于显示环境数据，拨打电话，发送文本信息;无线通讯模块将终端的各种信息传输至井下基站，基站再传送至中央监控室;报警模块实现检测环境数据超出阈值报警的功能;多传感器探头用于采集井下环境数据;语音模块用于处理正常的语音通信和文本转语音通信，中央数据处理平台处理各种信息。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 数字化矿山发展

1．1．1 矿山技术发展背景

1．1．2 数字化矿山发展

1．1．3 国内外数字化矿山建设进展

1．2 智能头盔发展背景

1．3 智能头盔样机开发的意义

1．4 论文的结构安排

第2章 系统总体方案设计

2．1 矿井环境数据监测功能

2．2 无线通信系统研究

2．3 语音传送系统研究

2．4 智能头盔系统节能研究

第3章 系统硬件设计

3．1 主控板设计

3．1．1 核心板电路设计

3．1．2 无线通讯模块设计

3．1．3 显示模块设计

3．1．4 文本转语音模块设计

3．2 多传感器探头设计

3．2．1 微处理器STM32F103ZET6设计

3．2．2 时钟电路与复位电路的设计

3．2．3 电源电路

3．2．4 一氧化碳传感器模块电路

3．2．5 温湿度传感器模块电路

第4章 系统软件设计

4．1 主控板软件设计

4．1．1 无线通讯模块软件设计

4．1．2 显示模块软件设计

4．1．3 音频模块软件设计

4．2 多传感器探头软件设计

第5章 系统节能研究

5．1 软件节能研究

5．1．1 动态电源管理

5．1．2 通信功耗

5．1．3 显示功耗

5．2 硬件节能研究

第6章 样机测试

第7章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 未来展望

攻读硕士学位期间发表的论文及参与的项目

参考文献