[0001] 本实用新型涉及煤矿井下通讯技术领域，尤其涉及一种煤矿井下通讯仪。

[0002] 随着工业化和现代化的快速发展，煤炭作为重要的能源和化工原料，在国民经济中占据重要地位，煤矿的开采和运营涉及到极高的安全风险，其中之一就是井下通讯，一个可靠、高效的煤矿井下通讯系统是至关重要的，以确保矿工安全和提高生产效率，传统的煤矿井下通讯是基于有线电缆，这些系统一般包括中央控制室、通讯电缆、终端设备等，有线电缆负责将信号从一个点传输到另一个点，虽然有线电缆通讯系统在很多情况下都是可靠和稳定的，但它们通常需要大量的物理硬件和布线，近年来，无线通讯技术在煤矿井下通讯方面得到了广泛应用，通过使用无线电波、微波等无线信号，无线通讯系统不再需要复杂的布线，从而简化了安装过程。

[0003] 中国发明专利CN219592398说明书公开了一种用于煤矿开采环境下的穿戴式智能装备，包括主机、头灯和腕表，主机内设有MCU控制器、嵌入式存储器、无线网络通讯模块、定位模块和气体检测仪，主机通过无线网络通讯模块与监测平台建立连接，在主机的前端面上设置有显示屏及信号功能键，主机的侧端面设置有通信接口，主机通过有线方式与头灯建立数据传输和供电连接，头灯的上端设置有摄像头模组，头灯的一侧设置有拾音器，另一侧设置有对讲按键，腕表与主机之间通过蓝牙连接，腕表内设置有用于人体体征数据采集的传感芯片。本实用新型功耗低、佩戴方便，智能化程度高，可靠性强，高度集成了环境感知和人体体征感知的采集设备，多方位保障井下作业人员的人身安全。

[0004] 以上设计虽然功耗低、佩戴方便，智能化程度高，可靠性强，高度集成了环境感知和人体体征感知的采集设备，多方位保障井下作业人员的人身安全，但还存在一定的局限性，如设备结构复杂、分散不易穿戴，特别是在煤矿井下作业过程中使用不方便。实用新型内容

[0005] 为解决现有技术的缺点和不足，提供一种煤矿井下通讯仪，解决煤矿井下通讯仪的结构复杂，以及在煤矿井下作业过程中佩戴不方便的问题。

[0006] 为实现本实用新型目的而提供的一种煤矿井下通讯仪，包括多个控制段，多个所述控制段之间滑动连接有多个连接管，多个所述控制段内均滑动连接有泡沫层，所述泡沫层内镶嵌有螺线管，所述控制段外端固定连接有控制管，所述控制管外端固定连接有多个按键和多个LED灯，所述控制管外端固定连接有摄像头、电源接口和麦克风，位于多个控制管相互靠近的一端设置有多个传感器，且多个传感器沿控制管外圆周方向均匀分布，所述连接管内滑动连接有磁球，所述磁球在控制段和连接管之间来回滚动，所述连接管一端固定连接有挡板，所述控制管上集成有中央处理单元、无线通讯模块和电源管理模块，所述控制管分别通过导线与螺线管、按键、LED灯、摄像头、电源接口和麦克风电性连接。在上述煤矿井下通讯仪中，控制段和连接管采用弧形结构，与使用者的颈部更好地贴合，螺线管能自动收缩，使设备更好地贴合使用者的颈部，且能通过磁球在控制段和连接管之间滚动，切割螺线管的磁感线，从而产生电流，为电源管理模块供电，减少了对外部电源的依赖，通过实时体征监测和环境数据采集，提高矿工和其他使用者的安全性。

[0007] 作为上述方案的进一步改进，所述控制段两端均固定连接有凸台，且凸台外端与控制段内壁滑动连接。

[0008] 作为上述方案的进一步改进，所述控制段两端均卡接有卡套，所述卡套与凸台靠近连接管一端相抵，且卡套与凸台外端滑动连接，所述控制段和连接管均为弧形结构，且多个控制段和连接管弧度相同。

[0009] 作为上述方案的进一步改进，所述泡沫层由轻质柔性材料制成，所述螺线管由弹性材料制成，且螺线管表面涂有绝缘材料，所述螺线管两端均与凸台固定连接，且螺线管上的线圈在初始状态时相互接触。

[0010] 作为上述方案的进一步改进，多个所述LED灯位于控制管外端远离传感器方向，且沿控制管的外圆周方向均匀分布。

[0011] 作为上述方案的进一步改进，所述中央处理单元通过SPI/I2C接口与无线通讯模块连接，所述电源管理模块通过导线与中央处理单元和无线通讯模块连接，所述中央处理单元根据用户输入或预定计划，控制无线通讯模块进行数据传输。

[0012] 作为本申请的又一种改进，所述中央处理单元基于ARM Cortex‑M7架构，用于与其他硬件模块通信，运行主频在400MHz，具有256MB RAM和512MB ROM，且包括一组GPIO和SPI/I2C接口，所述中央处理单元内置硬件加密单元和看门狗定时器。

[0013] 作为本申请的又一种改进的补充，所述无线通讯模块具有一个高灵敏度射频接收器，能接收到‑120dBm的信号，且包括一个最大发射功率可达2W的射频发射器，所述无线通讯模块包括一个多频段天线，支持频率跳变，且包括一个信号处理单元，负责信号的调制和解调，使用AES加密算法保证通讯安全。

[0014] 作为本申请的又一种改进的补充，所述电源管理模块负责控制电池充电和将电源分配给中央处理单元和无线通讯模块，具有自动切换功能，能在电池和外部电源之间自动切换，且包括电量监控和警告功能。

[0015] 本实用新型的有益效果是：

[0016] 与现有技术相比，本方案具有以下有益效果：

[0017] 1、安全性，实时体征监测，多个传感器能够实时监测使用者的体征状态，特别适用于矿工，提高了工作安全性，紧急救援，摄像头能实时采集周围环境数据，有助于紧急情况下的救援，提高可见度，多个LED灯从多个角度照明周围环境，提高了矿井内的可见度。

[0018] 2、舒适性，贴合设计，控制段和连接管的弧形结构能更好地贴合使用者的颈部，轻质柔性材料，泡沫层由轻质柔性材料制成对磁球的震动进行缓冲，提供额外的舒适性，自动收缩，螺线管能自动收缩，使设备更好地贴合使用者的颈部。

[0019] 3、易操作，快速装配和拆卸，通过卡套和凸台的设计，设备易于装配和拆卸，多功能操作，多功能按键提供了快速操作的方式。

[0020] 4、高性能处理，基于ARM Cortex‑M7架构的中央处理单元具有高运算能力，能快速处理复杂任务，通过硬件加密单元和AES加密算法，确保数据传输的安全性。

[0021] 5、灵活的电源管理，能在电池和外部电源之间自动切换，增加了使用场景的灵活性，且能通过使用者的体位变化使磁球来回滚动产生电能为电源管理模块供电，提高电源管理模块续航时间，减少了对外部电源的依赖。

[0022] 6、高灵敏度的无线通讯，能接收到‑120dBm的信号，适用于煤矿等复杂环境。

[0033] 如图1‑图6所示，本实用新型提供的一种煤矿井下通讯仪，包括多个控制段1，多个所述控制段1之间滑动连接有多个连接管2，多个所述控制段1内均滑动连接有泡沫层3，所述泡沫层3内镶嵌有螺线管4，所述控制段1外端固定连接有控制管5，所述控制管5外端固定连接有多个按键6和多个LED灯7，所述控制管5外端固定连接有摄像头8、电源接口9和麦克风10，位于多个控制管5相互靠近的一端设置有多个传感器11，且多个传感器11沿控制管5外圆周方向均匀分布，所述连接管2内滑动连接有磁球12，所述磁球12在控制段1和连接管2之间来回滚动，所述连接管2一端固定连接有挡板13，所述控制管5上集成有中央处理单元、无线通讯模块和电源管理模块，所述控制管5分别通过导线与螺线管4、按键6、LED灯7、摄像头8、电源接口9和麦克风10电性连接。

[0034] 在上述煤矿井下通讯仪中，控制段1和连接管2采用弧形结构，与使用者的颈部更好地贴合，螺线管4能自动收缩，使设备更好地贴合使用者的颈部，且能，通过磁球12在控制段1和连接管2之间滚动，切割螺线管4的磁感线，从而产生电流，为电源管理模块供电，减少了对外部电源的依赖，通过实时体征监测和环境数据采集，提高矿工和其他使用者的安全性。

[0035] 控制段1两端均固定连接有凸台14，且凸台14外端与控制段1内壁滑动连接，控制段1两端均卡接有卡套15，卡套15与凸台14靠近连接管2一端相抵，且卡套15与凸台14外端滑动连接，方便在拉动控制段1和连接管2时，凸台14可以与卡套15相抵，使控制段1不易与连接管2脱离，控制段1和连接管2均为弧形结构，且多个控制段1和连接管2弧度相同，方便控制段1和连接管2可以更好的贴合使用者颈部，泡沫层3为轻质柔性材料制成，螺线管4为弹性材料制成，且螺线管4表涂有绝缘材料，螺线管4在伸缩时可以带动泡沫层3运动，泡沫层3为磁球12的滚动提供支撑，使磁球12在控制段1内滚动时不易被螺线管4卡住，螺线管4两端均与凸台14固定连接，且螺线管4上的线圈在初始状态时相互接触，方便螺线管4可以通过收缩拉动两端的连接管2，使控制段1和连接管2可以更好的贴合使用者颈部，多个传感器11位于多个控制管5相互靠近的一端，且多个传感器11沿控制管5轴向均匀分布，方便通过多个传感器11可以更好的贴合使用者颈部，从而方便通过多个传感器11采集使用者的信息，进而可以更好的监测使用者的体征状态，多个LED灯7位于控制管5外端远离传感器11方向，且沿控制管5轴向均匀分布，方便在需要时可以通过多个LED灯7从多个角度对周围环境进行照明，进而方便多个摄像头8可以更好的采集周围的环境数据，磁球12可在控制段1和连接管2之间来回滚动，方便使用者在走动的过程中可以使磁球12在控制段1和连接管2之间来回滚动，当磁球12在控制段1和连接管2之间来回滚动时，磁球12上的磁感线切割螺线管4，导致螺线管4的磁通量发生变化，变化的磁通量从而使螺线管4产生电流，从而可以为电源管理模块供电。

[0036] 使用时，先手动将其中一个卡套15从控制段1上取下，然后转动控制段1和连接管2，使卡套15和控制段1相互远离，同时拉动连接管2，直至开口距离足够使用者颈部通过，当连接管2被拉动时，由于螺线管4与连接管2两端固定连接，所以螺线管4被拉伸，之后将本设备套到使用者颈部，随后将卡套15卡接到控制段1两端，此时螺线管4开始自动收缩，直至控制段1和连接管2贴合使用者颈部，即可完成佩戴，当需要取下本设备时，手动取下其中一个卡套15，然后转动控制段1和连接管2，使卡套15和控制段1相互远离，同时拉动连接管2，直至开口距离足够使用者颈部通过，当连接管2被拉动时，由于螺线管4与连接管2两端固定连接，所以螺线管4被拉伸，之后将本设备从使用者颈部取下即可。

[0037] 多个传感器11能够实时监测使用者的体征状态，提高矿工的安全性，摄像头8能够实时采集周围环境数据，有助于紧急情况下的救援，多个LED灯7能够从多个角度照明周围环境，提高矿井内的可见度、舒适性，控制段1和连接管2都是弧形结构，能够更好地贴合使用者的颈部，泡沫层3由轻质柔性材料制成，使磁球12在滚动时不易对使用者造成冲击，提供额外的舒适性，螺线管4能够自动收缩，使设备更好地贴合使用者的颈部，磁球12在控制段1和连接管2之间滚动时，能够切割螺线管4的磁感线，从而产生电流，为电源管理模块供电，无线通讯模块方便与地面或其他设备进行通讯，中央处理单元能够处理从各个传感器11和摄像头8收集到的数据，快速装配和拆卸通过卡套15和凸台14的设计，使得设备易于装配和拆卸，多功能按键6提供了快速操作的方式。

[0038] 控制段1作为通讯仪的主体结构，弧形结构和凸台14使其能更好地贴合使用者的颈部，连接管2连接多个控制段1方便拉伸和缩短，适应不同使用者的需求，螺线管4弹性材料制成允许伸缩，与泡沫层3和磁球12互动，按键6和LED灯7用户界面和环境照明，多角度照明和操作，摄像头8、电源接口9和麦克风10，用于视频通讯、电源供应和音频接收，传感器11用于采集使用者信息，多点采集，提高数据准确性，磁球12通过运动切割磁场，为电源管理模块供电，挡板13限制磁球12的运动范围确保磁球12有效地切割螺线管4，凸台14和卡套15用于固定和连接，方便装配和拆卸，增加结构稳定性。

[0039] 本技术方案中模块之间的原理图，如图7示出。

[0040] 中央处理单元基于ARMCortex‑M7架构，运行主频在400MHz，具有256MBRAM和512MBROM，且包括一组GPIO和SPI/I2C接口，用于与其他硬件模块通信，中央处理单元内置硬件加密单元和看门狗定时器。

[0041] 无线通讯模块具有一个高灵敏度射频接收器，能接收到‑120dBm的信号，且包括一个最大发射功率可达2W的射频发射器，无线通讯模块包括一个多频4段天线，支持频率跳变，且包括一个信号处理单元，负责信号的调制和解调，使用AES加密算法保证通讯安全。

[0042] 电源管理模块，负责控制电池充电和将电源分配给中央处理单元和无线通讯模块，具有自动切换功能，能在电池和外部电源之间自动切换，且包括电量监控和警告功能。

[0043] 中央处理单元通过SPI/I2C接口与无线通讯模块连接，电源管理模块通过导线与中央处理单元和无线通讯模块连接，中央处理单元根据用户输入或预定计划，控制无线通讯模块进行数据传输。

[0044] 中央处理单元基于ARMCortex‑M7架构，主频为400MHz，配备256MBRAM和512MBROM，内置硬件加密单元和看门狗定时器，具有GPIO和SPI/I2C接口，无线通讯模块，高灵敏度射频接收器，最大发射功率为2W，支持多频段和频率跳变，内置信号处理单元，使用AES加密算法，电源管理模块负责电池充电和电源分配，具有自动切换和电量监控功能。

[0045] 工作过程，初始化，当设备被佩戴在使用者颈部后，中央处理单元开始初始化，包括硬件自检和与其他模块的通信准备，数据采集与处理，中央处理单元通过GPIO和SPI/I2C接口与传感器11和其他硬件模块通信，进行数据采集和处理，无线通讯，根据用户输入或预定计划，中央处理单元控制无线通讯模块进行数据传输，数据在传输前会通过内置的硬件加密单元进行AES加密，以确保通讯安全，电源管理，电源管理模块负责为中央处理单元和无线通讯模块提供电源，当电池电量低时，模块会自动切换到外部电源，并发出电量低的警告，监控与调整，中央处理单元会持续监控各个模块的状态和电量，根据需要进行调整或发出警告，数据存储与备份，所有采集和处理的数据会被存储在512MB的ROM中，以供后续分析或备份。

[0046] 高性能处理，基于ARMCortex‑M7架构的中央处理单元具有足够的运算能力，能快速处理复杂的任务，通讯安全，通过硬件加密单元和AES加密算法，确保数据传输的安全性，灵活的电源管理，能在电池和外部电源之间自动切换，增加了使用场景的灵活性，高灵敏度的无线通讯，能接收到‑120dBm的信号，适用于煤矿等复杂环境，多功能集成，集成了多个传感器11、LED灯7、摄像头8等，能进行多角度的环境监控和数据采集。

[0047] 以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型技术方案的范围内。