一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统

1.本发明涉及人车识别技术领域，具体涉及一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统。


背景技术：

2.目前各矿井中所使用的风门自动化系统用来检测人、车的活动形式主要有光敏传感器和对射式红外光电传感器，都把plc作为控制核心，电动、液压或气压作为动力，通过传感器输入信号后，经plc控制系统做出判断，发出信号，由继电器执行；当传感器感应到人或是车辆通过时，就会打开风门，相反，在没有感应到信息时，就会自动关闭风门，以此来完成对风门的自动化控制。
3.然而，在使用传感器对人、车进行感应识别时，井下能见度低、可见光少、粉尘多的复杂环境容易对传感器造成干涉，无法让传感器精确的对通行目标进行识别。此外，在风门自动化系统控制风门启闭时，需要将各处设备采集到的信息通过线缆传输到中控进行统一运算与判断，再将产生的命令经线路反向传输回来控制风门，实际操作过程中会产生一些问题，例如：线路的铺设会增加成本、矿井内潮湿高腐蚀性的环境容易腐蚀线路影响设备的正常工作、扩大了设备和线路检修范围、增加了维护设备和线路的支出，容易造成安全事故和资源浪费。因此，针对这些问题，本领域技术人员研发了一种人车识别系统及嵌入式工控板。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，包括：图像获取装置、工控模组、执行器和工控终端，其中，图像获取装置设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并将采集到的人像或者矿车图像发送至工控模组；工控模组基于人车图像识别算法对图像获取装置采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，并根据所判断出的行人或者矿车结果向执行器下达开启或者关闭大风门、小风门指令，同时，工控模组将判断结果发送至工控终端；执行器基于工控模组下达的指令开启或者关闭大风门、小风门；工控终端用于接收工控模组发送的判断结果，并将行人或者矿车的通行信息展示在显示屏上。
7.优选地，工控模组包括主机板、mcu底板和以太网控制器，主机板基于人车图像识别算法对图像获取装置采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，mcu底板根据所判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的消息，并将消息发送至以太网控制器，以太网控制器基于mcu底板发送的消息向执行器下达开启或者关闭大风门、小风门指令。
8.优选地，工控模组上设置有双频wifi模块，双频wifi模块用于提供2.4g和5g双频无线网络信号，图像获取装置、工控模组和执行器之间均通过无线网络通讯，并且，双频wifi模块上设置有ipex接口和uart串口，ipex接口用于外接天线、增强双频wifi模块的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，uart串口用于连接外部设备，并用于数据信号的接收、转换和传输。
9.优选地，图像获取装置包括摄像头、uwm数据采集板和s485通信电路，摄像头设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，uwm数据采集板用于储存摄像头所采集的待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并通过s485通信电路将待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像发送至主机板。
10.优选地，mcu底板包括中央处理器和储存器，中央处理器基于主机板判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的信息，储存器用于储存主机板的判断结果和中央处理器提供的风门启闭信息，并将判断结果和风门启闭信息发送至以太网控制器，且储存器为eeprom芯片。
11.优选地，mcu底板上设置有i2c总线接口，i2c总线接口用于连接手持终端查看主机板的行人或者矿车判断结果以及mcu底板提供的风门启闭信息，并根据手持终端发送的指令向以太网控制器传递开启或者关闭大风门、小风门的信息。
12.优选地，以太网控制器能够向工控终端发送mcu底板所判断出的行人或矿车结果和开启或者关闭大风门、小风门的信息，同时，工控终端能够对以太网控制器发送的判断结果和风门启闭信息进行纠错，并将纠错信息以及正确指令反馈至以太网控制器上更改执行器的执行命令，以太网控制器为w5500芯片。
13.优选地，以太网控制器上设置有rj-45网络变压器，rj-45网络变压器用于以太网控制器与工控终端之间的无线信号连接。
14.优选地，图像获取装置、工控模组、执行器上均设置有基频芯片、射频收发单元和功率放大器，基频芯片、射频收发单元和功率放大器用于信号的接收、转换和传输。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
16.本发明的一种人车识别系统先利用摄像头采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，再由工控模组通过人车图像识别算法对采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，并根据所判断出的行人或者矿车结果向执行器下达开启或者关闭大风门、小风门指令，最后，再由执行器根据指令开启或者关闭大风门、小风门，能够根据行人或者矿车来开启大、小风门，避免了因受到井下空间、湿度、粉尘、温度等环境影响而导致传感器无法精确的识别通行目标的麻烦出现，提高了人车识别的效率，可适用于多种复杂的环境，而且，通过设置双频wifi模块，可为系统的运行提供网络信号，增强了系统运行过程中的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，避免了需要大量的铺设线路传输信号的情况发生，节省了成本，实现了对风门的无线控制，能够将人车识别系统的核心运算端与控制端集中在一起，避免了因铺设的线路受到井下环境影响损坏而导致风门失控无法工作出现事故的情况发生，同时，还缩小了设备的维护检修的范围，节省了设备维护检修的时间和成本，实现了效率、成本、安全、性能的统一。
附图说明
17.图1为根据本发明一实施例的人车识别系统的结构框图；
18.图2为根据本发明一实施例的双频wifi模块的结构框图；
19.图3为根据本发明一实施例的图像获取装置和主机板的连接框图；
20.图4为根据本发明一实施例的mcu底板、执行器和以太网控制器的连接框图；
21.图5为根据本发明一实施例的工控模组和工控终端的连接框图；
22.图6为根据本发明一实施例的人车识别系统的使用流程图。
23.图中：1、图像获取装置；11、摄像头；12、uwm数据采集板；13、s485通信电路；2、工控模组；3、执行器；4、工控终端；5、双频wifi模块；51、ipex接口；52、uart串口；6、主机板；7、mcu底板；71、中央处理器；72、储存器；73、i2c总线接口；8、以太网控制器；9、rj-45网络变压器。
具体实施方式
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、或以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。另外，术语“包括”及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
25.结合图1-图6所示，一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，包括：图像获取装置1、工控模组2、执行器3和工控终端4，其中，图像获取装置1设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并将采集到的人像或者矿车图像发送至工控模组2；工控模组2基于人车图像识别算法对图像获取装置1采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，并根据所判断出的行人或者矿车结果向执行器3下达开启或者关闭大风门、小风门指令，同时，工控模组2将判断结果发送至工控终端4；执行器3基于工控模组2下达的指令开启或者关闭大风门、小风门；工控终端4用于接收工控模组2发送的判断结果，并将行人或者矿车的通行信息展示在显示屏上。
26.在一个实施例中，在需要通过风门时，先利用图像获取装置1采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，再由工控模组2通过人车图像识别算法对采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，并根据所判断出的行人或者矿车结果向执行器3下达开启或者关闭大风门、小风门指令，最后，再由执行器3根据指令开启或者关闭大风门、小风门，能够根据行人或者矿车来开启大、小风门，避免了因受到井下空间、湿度、粉尘、温度等环境影响而导致传感器无法精确的识别通行目标的麻烦出现，提高了人车识别的效率，可适用于多种复杂的环境，并且，工控模组2将行人或者矿车的判断结果发送至工控终端4上，由显示屏对行人或者矿车的通行信息进行展示，方便了对风门通行情况的监控。
27.在一个实施例中，工控模组2包括主机板6、mcu底板7和以太网控制器8，主机板6基
于人车图像识别算法对图像获取装置1采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，mcu底板7根据所判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的消息，并将消息发送至以太网控制器8，以太网控制器8基于mcu底板7发送的消息向执行器3下达开启或者关闭大风门、小风门指令。
28.在一个实施例中，工控模组2上设置有双频wifi模块5，双频wifi模块5用于提供2.4g和5g双频无线网络信号，图像获取装置1、工控模组2和执行器3之间均通过无线网络通讯，并且，双频wifi模块5上设置有ipex接口51和uart串口52，ipex接口51用于外接天线、增强双频wifi模块5的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，uart串口52用于连接外部设备，并用于数据信号的接收、转换和传输；在使用人车识别系统时，先由双频wifi模块5为人车识别系统提供网络信号，再由ipex接口51和uart串口52外接天线、转换信号，增强了系统运行过程中的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，避免了需要大量的铺设线路传输信号的情况发生，节省了成本，实现了对风门的无线控制。
29.在一个实施例中，图像获取装置1包括摄像头11、uwm数据采集板12和s485通信电路13，摄像头11设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，uwm数据采集板12用于储存摄像头11所采集的待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并通过s485通信电路13将待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像发送至主机板6；能够通过摄像头11对行人或者矿车的图像信息进行采集，避免了因受到井下空间、湿度、粉尘、温度等环境影响而导致传感器无法精确的识别通行目标的麻烦出现，提高了人车识别的效率，并且，由于uwm数据采集板12和s485通信电路13具有抗干扰能力强、传输距离远的特点，能够对采集到的图像信息进行收集和信号传输，可防止数据传输过程中受到外界的干扰。
30.在一个实施例中，mcu底板7包括中央处理器71和储存器72，中央处理器71基于主机板6判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的信息，储存器72用于储存主机板6的判断结果和中央处理器71提供的风门启闭信息，并将判断结果和风门启闭信息发送至以太网控制器8，且储存器72为eeprom芯片；能够根据主机板6判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的信息，并将判断结果和风门启闭信息储存在储存器72中后，再将风门的启闭信息发送至以太网控制器8，由以太网控制器8向执行器3发送开启或者关闭大、小风门的指令。
31.在一个实施例中，mcu底板7上设置有i2c总线接口73，i2c总线接口73用于连接手持终端查看主机板6的行人或者矿车判断结果以及mcu底板7提供的风门启闭信息，并根据手持终端发送的指令向以太网控制器8传递开启或者关闭大风门、小风门的信息；能够通过先线缆将手持终端插接在i2c总线接口73上连接工控模组2，可使用手持终端发送的指令向以太网控制器8传递开启或者关闭大风门、小风门的信息，实现了对人车识别系统的调试。
32.在一个实施例中，以太网控制器8上设置有rj-45网络变压器9，rj-45网络变压器9用于以太网控制器8与工控终端4之间的无线信号连接，以太网控制器8能够向工控终端4发送mcu底板7所判断出的行人或矿车结果和开启或者关闭大风门、小风门的信息，同时，工控终端4能够对以太网控制器8发送的判断结果和风门启闭信息进行纠错，并将纠错信息以及正确指令反馈至以太网控制器8上更改执行器3的执行命令，以太网控制器8为w5500芯片，能够通过工控终端4向以太网控制器8发送指令控制执行器3执行风门的开启或关闭的命
令，适用于紧急情况下的风门的开启或关闭。
33.在一个实施例中，图像获取装置1、工控模组2、执行器3上均设置有基频芯片、射频收发单元和功率放大器，基频芯片、射频收发单元和功率放大器用于信号的接收、转换和传输；通过基频芯片、射频收发单元和功率放大器增强各个模块之间的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，避免了需要大量的铺设线路传输信号的情况发生，节省了成本，还可以将手持终端连接在wifi网络上查看人车识别系统的运行状态，实现了对风门开启或者关闭状态的监控。
34.本发明的工作流程为：在需要开启或者关闭大、小风门时，先利用摄像头11采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，再由主机板6通过人车图像识别算法对摄像头11采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，再让mcu底板7根据所判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的消息，并将消息发送至以太网控制器8，以太网控制器8基于mcu底板7发送的消息向执行器3下达开启或者关闭大风门、小风门指令，最后，再由执行器3根据指令开启或者关闭大风门、小风门，能够根据行人或者矿车来开启大、小风门，避免了因受到井下空间、湿度、粉尘、温度等环境影响而导致传感器无法精确的识别通行目标的麻烦出现，提高了人车识别的效率，可适用于多种复杂的环境，并且，各个部件之间均通过双频wifi模块5的无线网络信号进行通讯，避免了需要大量的铺设线路传输信号的情况发生，节省了成本，实现了对风门的无线控制，还能够将人车识别系统的核心运算端与控制端集中在一起，避免了因铺设的线路受到井下环境影响损坏而导致风门失控无法工作出现事故的情况发生，同时，还缩小了设备的维护检修的范围，节省了设备维护检修的时间和成本，实现了效率、成本、安全、性能的统一。
35.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，包括：图像获取装置(1)、工控模组(2)、执行器(3)和工控终端(4)，其中，所述图像获取装置(1)设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并将采集到的人像或者矿车图像发送至所述工控模组(2)；所述工控模组(2)基于人车图像识别算法对所述图像获取装置(1)采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，并根据所判断出的行人或者矿车结果向所述执行器(3)下达开启或者关闭大风门、小风门指令，同时，所述工控模组(2)将判断结果发送至所述工控终端(4)；所述执行器(3)基于所述工控模组(2)下达的指令开启或者关闭大风门、小风门；所述工控终端(4)用于接收所述工控模组(2)发送的判断结果，并将行人或者矿车的通行信息展示在显示屏上。2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述工控模组(2)包括主机板(6)、mcu底板(7)和以太网控制器(8)，所述主机板(6)基于人车图像识别算法对所述图像获取装置(1)采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车，所述mcu底板(7)根据所判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的消息，并将消息发送至所述以太网控制器(8)，所述以太网控制器(8)基于所述mcu底板(7)发送的消息向所述执行器(3)下达开启或者关闭大风门、小风门指令。3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述工控模组(2)上设置有双频wifi模块(5)，所述双频wifi模块(5)用于提供2.4g和5g双频无线网络信号，所述图像获取装置(1)、工控模组(2)和执行器(3)之间均通过无线网络通讯，并且，所述双频wifi模块(5)上设置有ipex接口(51)和uart串口(52)，所述ipex接口(51)用于外接天线、增强所述双频wifi模块(5)的信号接收、传输功能，防止信号受到其他信号的干扰，所述uart串口(52)用于连接外部设备，并用于数据信号的接收、转换和传输。4.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述图像获取装置(1)包括摄像头(11)、uwm数据采集板(12)和s485通信电路(13)，所述摄像头(11)设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，所述uwm数据采集板(12)用于储存所述摄像头(11)所采集的待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并通过所述s485通信电路(13)将待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像发送至所述主机板(6)。5.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述mcu底板(7)包括中央处理器(71)和储存器(72)，所述中央处理器(71)基于所述主机板(6)判断出的行人或者矿车结果给出开启或者关闭大风门、小风门的信息，所述储存器(72)用于储存所述主机板(6)的判断结果和所述中央处理器(71)提供的风门启闭信息，并将判断结果和风门启闭信息发送至所述以太网控制器(8)，且所述储存器(72)为eeprom芯片。6.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述mcu底板(7)上设置有i2c总线接口(73)，所述i2c总线接口(73)用于连接手持终端查看所述主机板(6)的行人或者矿车判断结果以及所述mcu底板(7)提供的风门启闭信息，并根据手持终端发送的指令向所述以太网控制器(8)传递开启或者关闭大风门、小风门的信息。
7.根据权利要求2所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述以太网控制器(8)能够向所述工控终端(4)发送所述mcu底板(7)所判断出的行人或矿车结果和开启或者关闭大风门、小风门的信息，同时，所述工控终端(4)能够对所述以太网控制器(8)发送的判断结果和风门启闭信息进行纠错，并将纠错信息以及正确指令反馈至所述以太网控制器(8)上更改所述执行器(3)的执行命令，所述以太网控制器(8)为w5500芯片。8.根据权利要求7所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述以太网控制器(8)上设置有rj-45网络变压器(9)，所述rj-45网络变压器(9)用于所述以太网控制器(8)与所述工控终端(4)之间的无线信号连接。9.根据权利要求1所述的一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其特征在于，所述图像获取装置(1)、工控模组(2)、执行器(3)上均设置有基频芯片、射频收发单元和功率放大器，所述基频芯片、射频收发单元和功率放大器用于信号的接收、转换和传输。

技术总结
本发明公开了一种用于煤矿井下风门控制的人车识别系统，其包括：图像获取装置、工控模组、执行器和工控终端，其中，图像获取装置设置在风门处采集待通过小风门的人像或者待通过大风门的矿车图像，并将采集到的人像或者矿车图像发送至工控模组；工控模组基于人车图像识别算法对图像获取装置采集到的人像或者矿车图像进行分析，判断出大、小风门处是否有行人或者矿车。本发明公开的人车识别系统能够精确的识别行人或者矿车开启或者关闭大、小风门，适用于多种复杂的环境，还能够将人车识别系统的核心运算端与控制端集中在一起，缩小了设备的维护检修的范围，节省了设备维护检修的时间和成本，实现了效率、成本、安全、性能的统一。性能的统一。性能的统一。


技术研发人员：徐志鸥 滕翔 魏奥迪 陈彦璇 王俊豪
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/28