專利名稱：煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦井下用擴(kuò)音通信設(shè)備。具體涉及一種適用于煤礦的本質(zhì)安全型的多媒體擴(kuò)音通信終端。
背景技術(shù)：
煤炭是我國的主要能源，煤礦安全生產(chǎn)百萬噸死亡率已被列入國民經(jīng)濟(jì)考核目標(biāo)體系統(tǒng)。遏制和減少煤礦重特大事故的發(fā)生是迫切需要解決的重大問題。煤礦井下通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)是煤礦應(yīng)急避險“六大系統(tǒng)”之一，在煤礦生產(chǎn)管理、安全決策、搶險救災(zāi)等方面具有舉足輕重的作用。目前，煤礦通信聯(lián)絡(luò)系統(tǒng)的主流技術(shù)與產(chǎn)品主要有兩類一類基于模擬電話系統(tǒng)，包括調(diào)度電話系統(tǒng)和擴(kuò)音電話系統(tǒng)。其不足之處在于實(shí)時性較差、傳輸?shù)脑捯粜盘栆糍|(zhì)差且音量小、布線復(fù)雜、控制方式單一并且不易擴(kuò)展；另一類是基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字廣播系統(tǒng)，數(shù)字語音通信系統(tǒng)傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，能夠比較方便地實(shí)現(xiàn)對廣播對講系統(tǒng)時間、對象和內(nèi)容的精細(xì)控制，但是，目前井下的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字廣播系統(tǒng)因?yàn)閿U(kuò)播所需功耗較高，而煤礦井下對電氣設(shè)備本質(zhì)安全的要求對系統(tǒng)功耗又必然造成限制，使得現(xiàn)有的廣播終端不得不多采用低性能MP3語音編解碼內(nèi)核與非標(biāo)準(zhǔn)控制協(xié)議，其功能單一且系統(tǒng)封閉，難以實(shí)現(xiàn)視頻交互功能以及基于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的多媒體業(yè)務(wù)集成功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決煤礦井下電氣設(shè)備本質(zhì)安全要求與高分貝擴(kuò)音、大屏幕顯示所需高功耗之間的矛盾，提供一種具備大屏幕彩色液晶顯示、多媒體可視交互、全雙工擴(kuò)音通信、支持標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議體系且滿足煤礦安全生產(chǎn)應(yīng)用系統(tǒng)集成需求的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端。本發(fā)明的技術(shù)方案 是本發(fā)明的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，包括外殼，外殼包括面板和殼體，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是還包括顯示屏、攝像頭、麥克風(fēng)、鍵盤、通話按鈕、調(diào)度按鈕、電路板和功放喇叭；上述的外殼為本質(zhì)安全型外殼；顯示屏、攝像頭、麥克風(fēng)、鍵盤、通話按鈕、調(diào)度按鈕均分別固定安裝在外殼的面板上；電路板固定安裝在外殼的殼體內(nèi)；功放喇叭固定安裝在外殼的殼體內(nèi)且朝向外殼的殼體的兩側(cè)；電路板上設(shè)置有單片機(jī)處理單元、SD卡、網(wǎng)絡(luò)接口、視頻接口、音頻接口、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接口 ；單片機(jī)處理單元設(shè)有單片機(jī)；上述的顯示屏通過LDVS接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接；攝像頭通過視頻接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接；麥克風(fēng)和功放喇叭均通過音頻接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接；鍵盤、通話按鈕和調(diào)度按鈕均通過GPIO接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接；SD卡通過SDIO接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接；網(wǎng)絡(luò)接口與單片機(jī)處理單元的單片機(jī)信號電連接。進(jìn)一步的方案是還包括LED燈；上述的LED燈的數(shù)量為2至8只；各LED燈環(huán)繞布置在攝像頭的周圍且固定安裝在外殼的面板上。進(jìn)一步的方案是上述的顯示屏為分辨率800X600的12寸液晶屏。進(jìn)一步的方案是上述的攝像頭為GC2015型號、分辨率達(dá)200萬像素的CMOS攝像頭。進(jìn)一步的方案是上述的鍵盤為3X7的金屬防爆鍵盤。進(jìn)一步的方案是上述的電路板為1.MX535開發(fā)板；電路板上的單片機(jī)處理單元的單片機(jī)為1. MX535C0RTEX-A8處理器。進(jìn)一步的方案還有上述的SD卡為支持SD Card2. 0標(biāo)準(zhǔn)的存儲卡；網(wǎng)絡(luò)接口為LAN872010/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)收發(fā)器；視頻接口為CSI接口 ；音頻接口為MAXM9744的數(shù)
字音頻功放。本發(fā)明具有積極的效果(I)本發(fā)明的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，以高性能低功耗處理器、安卓操作系統(tǒng)和SIP協(xié)議為設(shè)計核心，在單個終端設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了包括視頻交互、擴(kuò)音通信、安全宣傳、信息查詢等綜合功能，使煤礦井下的關(guān)鍵位置相互之間、井下和井上之間變得可見可聽，提高了煤礦的安全生產(chǎn)管理水平。(2)本發(fā)明的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，解決了普通多媒體終端難以設(shè)計成本質(zhì)安全型設(shè)備，從而難以在煤礦井下環(huán)境使用的難題。


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圖1為本發(fā)明的外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的鍵盤的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明的軟件系統(tǒng)整體架構(gòu)框圖；圖5為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)可視語音通信的原理示意圖；圖6為本發(fā)明的終端與煤礦安全生產(chǎn)其他相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接與協(xié)議的示意圖。上述附圖中的附圖標(biāo)記如下外殼I，顯示屏2，攝像頭3，LED燈31，麥克風(fēng)4，鍵盤5，通話按鈕6，調(diào)度按鈕7，電路板8，單片機(jī)處理單元81，SD卡82，網(wǎng)絡(luò)接口 83，視頻接口 84，音頻接口 85，功放喇叭9。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。(實(shí)施例1)見圖1、圖2和圖3，本實(shí)施例的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，主要由外殼1、顯示屏2、攝像頭3、LED燈31、麥克風(fēng)4、鍵盤5、通話按鈕6、調(diào)度按鈕7、電路板8和功放喇叭9組成。外殼I為本質(zhì)安全型的外殼。所謂本質(zhì)安全型外殼，是指符合國標(biāo)GB3836. 1_4技術(shù)規(guī)范的外殼。外殼I包括面板和殼體。顯示屏2、攝像頭3、LED燈31、麥克風(fēng)4、鍵盤5、通話按鈕6、調(diào)度按鈕7均分別固定安裝在外殼I的面板上；電路板8固定安裝在外殼I的殼體內(nèi)；功放喇叭9固定安裝在外殼I的殼體內(nèi)的左右兩側(cè)中的一側(cè)或左右兩側(cè)，當(dāng)只選擇一只功放喇叭9時只安裝于一側(cè)，當(dāng)選擇2只功放喇叭9時，則分別安裝于殼體內(nèi)的左右兩側(cè)，殼體在功放喇叭9安裝的相應(yīng)位置設(shè)置有出聲孔。本實(shí)施例中，顯示屏2設(shè)置在外殼I的面板的居中偏左位置；攝像頭3設(shè)于外殼I的面板的正上方偏右位置，LED燈31環(huán)繞設(shè)置在攝像頭3的周圍；麥克風(fēng)4設(shè)于外殼I的面板的右上方；鍵盤5、通話按鈕6和調(diào)度按鈕7均設(shè)于外殼I的面板的右部，且通話按鈕6和調(diào)度按鈕7位于麥克風(fēng)4的下方；鍵盤5位于通話按鈕6和調(diào)度按鈕7的下方；功放喇叭9優(yōu)選采用2只，該2只功放喇叭9分別安裝于外殼I的殼體的左右兩側(cè)。顯示屏2本實(shí)施例中優(yōu)選采用分辨率為800X600的12寸液晶屏，顯示屏2用于相關(guān)信息顯示。攝像頭3優(yōu)選采用型號為GC2015分辨率為200萬像素的CMOS攝像頭，攝像頭3用于視頻和圖像采集；LED燈31與攝像頭3配套設(shè)置，LED燈31的數(shù)量可根據(jù)實(shí)現(xiàn)需要設(shè)置2至8只，本實(shí)施例中優(yōu)選設(shè)置4只，該4只LED燈31環(huán)繞布置在攝像頭3的周圍，且固定安裝在外殼I的面板上。LED燈31用于增加視頻采集時光照度。鍵盤5本實(shí)施例中優(yōu)選采用3X7的金屬防爆鍵盤，鍵盤5共設(shè)置7排，每排3個功能鍵。鍵盤5的上面3排為功能鍵和四個方向功能鍵，下面4排主要為數(shù)字鍵盤。鍵盤5的具體設(shè)置如圖3所示。鍵盤5用于實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互操作。通話按鈕6、調(diào)度按鈕7均為圓形按鈕，作為通話鍵，通話按鈕6為普通對講通話鍵，其用于平常通話，按鈕通話按鈕6，即可通過麥克風(fēng)4和功放喇叭9實(shí)現(xiàn)語音交流。調(diào)度按鈕7作為與調(diào)度中心緊急通話用的通話鍵。電路板8本實(shí)施例中 優(yōu)選采用1. MX535開發(fā)板；電路板8上設(shè)置有單片機(jī)處理單元81、SD卡82、網(wǎng)絡(luò)接口 83、視頻接口 84、音頻接口 85、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接□。單片機(jī)處理單元81設(shè)有單片機(jī)，以及與單片機(jī)配套設(shè)置的存儲器、閃存(Flash)和功率管理芯片。本實(shí)施例中，單片機(jī)的優(yōu)選采用1.MX535C0RTEX-A8處理器；存儲器采用IGB容量的DDR3存儲器；閃存采用4GB容量的Emmc NAND閃存，功率管理芯片采用PMIC DA9053芯片。SD卡82為支持SD Card2. 0標(biāo)準(zhǔn)的存儲卡。網(wǎng)絡(luò)接口 83優(yōu)選采用LAN872010/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)收發(fā)器。視頻接口 84優(yōu)選采用CSI (CMOS SensorInterface)接口。音頻接口 85優(yōu)選采用型號為MAXIM9744的數(shù)字音頻功放。音頻接口 85與兩個功放喇機(jī)9 一起,可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)音頻響達(dá)到lOOdb。顯示屏2通過LDVS接口與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接；攝像頭3通過視頻接口 84與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接；麥克風(fēng)4和功放喇叭9均通過音頻接口 84與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接；鍵盤5、通話按鈕6和調(diào)度按鈕7均通過GPIO接口與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接；SD卡82通過SDIO接口與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接；網(wǎng)絡(luò)接口 83與單片機(jī)處理單元81的單片機(jī)信號電連接。本實(shí)施例的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端(后簡稱終端)，采用外置18V/2A本安電源分兩路供電，采用壁掛式安裝；滿足井下爆炸性氣體環(huán)境使用電氣設(shè)備安全技術(shù)要求，符合國標(biāo)GB3836. 1-4技術(shù)規(guī)范。見圖4，本實(shí)施例的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端的軟件系統(tǒng)為基于安卓(Android)嵌入式操作系統(tǒng)，支持RFC3261SIP信令和RFC3550RTP協(xié)議，支持G. 71UIMA-ADPCM標(biāo)準(zhǔn)的話音交互和H. 264標(biāo)準(zhǔn)的視頻交互。該系統(tǒng)采用了分層架構(gòu)，從下到上分別為Linux內(nèi)核層、安卓運(yùn)行時、安卓應(yīng)用框架層和終端應(yīng)用系統(tǒng)層。Linux內(nèi)核層是系統(tǒng)軟件和硬件之間的抽象層，其提供內(nèi)存管理、任務(wù)管理、安全管理和各類硬件驅(qū)動包括鍵盤、顯示、音視頻、網(wǎng)絡(luò)等。安卓系統(tǒng)運(yùn)行時基于Linux內(nèi)核層，包括核心庫和Dalvik虛擬機(jī)和安卓函數(shù)庫。終端的應(yīng)用系統(tǒng)層是基于安卓應(yīng)用框架開發(fā)的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，它分成四個基本模塊語音交互子模塊、視頻交互子模塊、應(yīng)用集成子模塊和管理維護(hù)子模塊，應(yīng)用集成子模塊實(shí)現(xiàn)了終端與安全監(jiān)測、人員定位、隱患管理等系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交互，管理維護(hù)子模塊實(shí)現(xiàn)終端媒體文件的上下載、軟件升級、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等遠(yuǎn)程維護(hù)功能。見圖5，可視語音通信功能主要由軟件系統(tǒng)中的音視頻交互控制中心、SIP信令接口、RTP/RTCP實(shí)時傳送、Socket網(wǎng)絡(luò)通信接口等模塊負(fù)責(zé)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)過程主要包括六個工作線程，線程間通過消息隊列傳遞數(shù)據(jù)，這六個線程具體如下①語音編碼線程。音頻采樣初始化，分包采樣語音數(shù)據(jù)，采樣格式為線形PCM，實(shí)時壓縮成IMA-ADPCM格式，加上時間戳，放入上行交互線程的語音消息隊列；②語音解碼線程。音頻播放初始化，從語音解碼隊列中取語音壓縮包，執(zhí)行語音合成，并向語音播放緩沖填寫數(shù)據(jù)；③視頻編碼線程。視頻采集初始化，分幀采樣終端視頻圖像，調(diào)用iMX535視頻壓縮接口，實(shí)時壓縮成H. 264格式，加上時間戳，放入上行交互線程的視頻消息隊列；④視頻解碼線程。低層顯示驅(qū)動接口初始化，從視頻解碼隊列中取視頻壓縮包，調(diào)用MX535視頻解壓接口，向低層顯示緩沖刷新圖像數(shù)據(jù)；⑤上行交互線程。執(zhí)行SIP會話呼出與媒體格式協(xié)商，從語音消息隊列和視頻消息隊列讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)時間戳生成同步媒體流，向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)端口發(fā)送；⑥下行交互線程。執(zhí)行SIP會話呼入與媒體格式協(xié)商，接受遠(yuǎn)端發(fā)送來的媒體流，從中分離出語音與圖像數(shù)據(jù)，分別發(fā)送到語音解碼隊列和視頻解碼隊列。消息隊列采用先入先出生產(chǎn)者消費(fèi)者模型，不同線程對同一消息對象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的訪問使用信號量Semaphore來進(jìn)行同步。見圖6，本實(shí)施例的終端，通過設(shè)置在煤礦監(jiān)管中心的后臺應(yīng)用服務(wù)器來進(jìn)行集中管理并完成與煤礦其他應(yīng)用子系統(tǒng)的連接。終端內(nèi)集成具有兩個光口、三個電口的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與后臺應(yīng)用服務(wù)器采用光纖或網(wǎng)線連接。終端的軟件系統(tǒng)內(nèi)建有FTP服務(wù)器，后臺應(yīng)用服務(wù)器通過FTP協(xié)議向終端上載和下載媒體文件、播放計劃表，控制終端媒體播放內(nèi)容和時間。終端應(yīng)用子系統(tǒng)集成功能的實(shí)現(xiàn)通過TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成，流程描述如下①用戶根據(jù)終端屏幕提示，鍵入數(shù)字鍵逐級選擇菜單；②用戶通過功能鍵盤輸入查詢的參數(shù)(可選)；③終端將用戶查詢要求和參數(shù)組裝成XML格式信息請求數(shù)據(jù)包，通過TCP協(xié)議發(fā)往后臺服務(wù)器；
④后臺服務(wù)器接受到查詢請求，根據(jù)請求到對應(yīng)子系統(tǒng)檢索返回信息，打包成XML格式信息響應(yīng)包，返回到終端；⑤終端用預(yù)定格式向用戶展現(xiàn)返回的信息內(nèi)容。終端通過鍵盤5采用數(shù)字輸入菜單選擇方式和Googl e拼音輸入法進(jìn)行人機(jī)交互。終端采用SIP信令實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)播通信和視頻交互，采用FTP協(xié)議實(shí)現(xiàn)多媒體安全宣傳等文件遠(yuǎn)程下載，采用TCP協(xié)議與后臺主機(jī)通信實(shí)現(xiàn)了煤礦井下環(huán)境信息查詢、隱患管理、人員位置和考勤信息查詢等應(yīng)用功能。終端與終端之間、終端與后臺服務(wù)器之間的視頻和話音交互過程遵循SIP協(xié)議規(guī)范。以上實(shí)施例是對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，包括外殼(1)，外殼(I)包括面板和殼體，其特征在于還包括顯示屏(2)、攝像頭(3)、麥克風(fēng)(4)、鍵盤(5)、通話按鈕(6)、調(diào)度按鈕(7)、電路板(8)和功放喇叭(9);所述的外殼(I)為本質(zhì)安全型外殼；顯示屏(2)、攝像頭(3)、麥克風(fēng)(4)、鍵盤(5)、通話按鈕(6)、調(diào)度按鈕(7)均分別固定安裝在外殼(I)的面板上；電路板(8 )固定安裝在外殼(I)的殼體內(nèi)；功放喇叭(9 )固定安裝在外殼(I)的殼體內(nèi)且朝向外殼(I)的殼體的兩側(cè)； 電路板(8)上設(shè)置有單片機(jī)處理單元(81)、SD卡(82)、網(wǎng)絡(luò)接口(83)、視頻接口(84)、音頻接口(85)、LDVS接口、SDIO接口和GPIO接口 ；單片機(jī)處理單元(81)設(shè)有單片機(jī)； 所述的顯示屏(2)通過LDVS接口與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接；攝像頭(3)通過視頻接口(84)與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接；麥克風(fēng)(4)和功放喇叭(9)均通過音頻接口(84)與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接；鍵盤(5)、通話按鈕(6)和調(diào)度按鈕(7)均通過GPIO接口與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接；SD卡(82)通過SDIO接口與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接；網(wǎng)絡(luò)接口(83)與單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)信號電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于還包括LED燈(31);所述的LED燈(31)的數(shù)量為2至8只；各LED燈(31)環(huán)繞布置在攝像頭(3 )的周圍且固定安裝在外殼(I)的面板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于所述的顯示屏(2)為分辨率800X600的12寸液晶屏。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于所述的攝像頭(3)為GC2015型號、分辨率達(dá)200萬像素的CMOS攝像頭。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于所述的鍵盤(5)為3X7的金屬防爆鍵盤。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于所述的電路板(8)為1. MX535開發(fā)板；電路板(8)上的單片機(jī)處理單元(81)的單片機(jī)為1. MX535C0RTEX-A8處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，其特征在于所述的SD卡(82)為支持SD Card2. 0標(biāo)準(zhǔn)的存儲卡；網(wǎng)絡(luò)接口(83)為LAN872010/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)收發(fā)器；視頻接口(84)為CSI接口 ；音頻接口(85)為MAXIM9744的數(shù)字音頻功放。
全文摘要
本發(fā)明提供一種煤礦多媒體擴(kuò)音通信終端，包括外殼、顯示屏、攝像頭、麥克風(fēng)、鍵盤、通話按鈕、調(diào)度按鈕、電路板和功放喇叭；外殼為本質(zhì)安全型外殼；顯示屏、攝像頭、麥克風(fēng)、鍵盤、通話按鈕、調(diào)度按鈕均分別固定安裝在外殼的面板上；電路板固定安裝在外殼的殼體內(nèi)；功放喇叭固定安裝在外殼的殼體內(nèi)且朝向兩側(cè)；電路板上設(shè)置有單片機(jī)處理單元、SD卡、網(wǎng)絡(luò)接口、視頻、音頻等接口；單片機(jī)處理單元設(shè)有單片機(jī)；顯示屏、攝像頭、麥克風(fēng)、功放喇叭、鍵盤、通話按鈕和調(diào)度按鈕分別通過相應(yīng)接口與單片機(jī)信號電連接。本發(fā)明使煤礦井上井下實(shí)現(xiàn)視頻和語音交流，提高了煤礦的安全生產(chǎn)管理水平，克服了普通多媒體終端難以用于煤礦井下環(huán)境的難題。
文檔編號H04M1/02GK103037044SQ20121053487
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月12日
發(fā)明者霍振龍, 包建軍, 徐煒, 羅克, 蔣華 申請人:天地(常州)自動化股份有限公司, 中煤科工集團(tuán)常州自動化研究院