CN108549438A - 一种用于调节口罩温湿度的控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于调节口罩温湿度的控制系统及控制方法，包括电源、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、主控制器MCU、驱动模块、调湿模块和调温模块；其中，电源与主控制器MCU电连接，第一温湿度传感器与主控制器MCU电连接，第二温湿度传感器与主控制器MCU电连接，驱动模块的输入端与主控制器MCU电连接，加湿模块与驱动模块的第一输出端电连接，调温模块与驱动模块的第二输出端电连接，主控制器MCU设置有恒定的温度值和湿度值，该控制系统解决现有技术中电动口罩的温度调节和湿度调节效果不佳的问题。本发明的用于调节口罩温湿度的控制方法是基于用于调节口罩温湿度的控制系统进行，该控制方法的可靠性和效率高。

Description

一种用于调节口罩温湿度的控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及智能口罩技术领域，尤其涉及一种用于调节口罩温湿度的控制系统及控制方法。

背景技术

随着工业的发展，如今多数地区出现雾霾现象，空气污染较为严重。口罩已经成为人们外出时的必备品，口罩也从最初的一次性口罩演变成如今用于各种环境的不同材料的防护口罩，包括电动口罩。

目前，现有的电动口罩内的温度是预先设定的，不能根据电动口罩内和电动口罩外的温度进行调节，因此，温度调节装置的利用率低和耗能高，同时，现有的电动口罩只在其内部设有一个温度传感器，容易受人体呼出的气体温度的影响，与实际吸入人体的气体温度存在一定的差异。另一方面，现有的电动口罩的排湿效果不加，人体呼出气体的热量大都在口罩内聚集，一方面温度升高，使闷热感增加，另一方面呼出气体与吸入的冷空气接触形成水珠，湿度上升，增加脸部潮湿感，同时水珠会堵塞面罩微孔，根据达西定律，堵塞微孔后呼吸阻力大幅度增加，窒息感增强。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种用于调节口罩温湿度的控制系统及控制方法，以解决现有技术中电动口罩的温度调节和湿度调节效果不佳的问题。

本发明的技术方案为：一种用于调节口罩温湿度的控制系统，包括电源、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、主控制器MCU、驱动模块、调湿模块和调温模块；其中，

所述电源与所述主控制器MCU电连接，用于为所述主控制器MCU供电；

所述第一温湿度传感器与所述主控制器MCU电连接，用于获取所述口罩外部空气的温度和湿度信息，并将所述口罩外部空气的温度和湿度信息反馈至所述主控制器MCU中；

所述第二温湿度传感器与所述主控制器MCU电连接，用于获取所述口罩内空气的温度和湿度信息，并将所述口罩内空气的温度和湿度信息反馈至所述主控制器MCU中；

所述驱动模块的输入端与所述主控制器MCU电连接，用于接收所述主控制器调节所述口罩的温度和湿度信息，并且驱动所述加湿模块和调温模块工作；

所述加湿模块与所述驱动模块的第一输出端电连接，用于接收所述驱动模块调节所述口罩内空气湿度的信息，并且对所述口罩内的空气湿度进行加湿；

所述调温模块与所述驱动模块的第二输出端电连接，用于接收所述驱动模块调节所述口罩内空气温度的信息，并且对所述口罩内的空气温度进行调节温度；

所述主控制器MCU设置有恒定的温度值和湿度值，并且根据所述第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度和湿度信息，对所述加湿模块和调温模块发出调节所述口罩内空气温度和湿度的信息。

可选的，所述调湿模块包括电动机和加湿器，所述电动机的输入端与所述驱动模块的第一输出端连接，所述电动机的输出端与所述加湿器连接。

可选的，所述调温模块为半导体制冷片。

可选的，还包括红外线传感器，所述红外线传感器与所述主控制器MCU电连接，所述红外线传感器用于检测加湿器中液体的容量，传输检测信号至所述主控制器MCU中。

可选的，还包括第一指示灯，所述第一指示灯与所述主控制器MCU电连接

可选的，还包括第二指示灯，所述第二指示灯与所述主控制器MCU电连接。

可选的，所述驱动模块为DRV8834驱动器。

可选的，所述主控制器MCU为STM32。

为了达到相同的目的，本发明还提供了一种用于调节口罩温湿度的控制方法，包括以下步骤：

S1、将所述主控制器MCU初始化，并且检查所述电源、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、驱动模块、调湿模块和调温模块是否安装到位；

S2、通过所述第一温湿度传感器实时获取所述口罩外的空气实际温度值和湿度值，通过所述第二温湿度传感器实时获取所述口罩内的空气实际温度值和湿度值；

S3、若所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值之和的一半在20℃～22℃之间，则执行步骤S2；若所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值之和的一半不在20℃～22℃之间，则实行步骤S4；

S4、所述主控制器MCU向所述驱动模块生成控制所述调温模块的第一控制指令，所述调温模块执行所述第一控制指令，从而根据所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值调节口罩内的温度在20℃～22℃之间；

S5、若口罩内的空气实际湿度值和口罩外的空气实际湿度值的比值不大于60％，则执行步骤S6；

S6、所述主控制器MCU向所述驱动模块生成控制所述调湿模块的第二控制指令，所述调湿模块执行所述第二控制指令，以使所述口罩内的空气实际湿度值和所述口罩内的空气实际湿度值的比值大于60％。

可选的，所述步骤S4和S6中，所述第一控制指令和第二控制指令通过模糊算法得到。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

本发明的用于调节口罩温湿度的控制系统，包括第一温湿度传感器和第二温湿度传感器，第一温湿度传感器设在口罩外来实现对口罩外部空气的温湿度进行检测，第二温湿度传感器设在口罩内来实现对口罩内部空气的温湿度进行检测，进而能将口罩外部空气的温湿度数据和口罩内部空气的温湿度数据反馈至主控制器MCU中，主控器MCU对第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的数据与主控制器MCU设定的温度范围和湿度范围进行综合比较，从而主控制器MCU能发出调节温度和湿度的指令，可靠性高，增大了控制系统调节温湿度调控的范围；驱动模块接收主控制器MCU的调节口罩的温度和湿度信息，并且驱使调温模块和调湿模块进行工作，从而能提高控制系统的调温调湿效率和实现对口罩内的温湿度的实时智能调控，进一步使得口罩内的温湿度维持在一个稳定的范围内。

本发明的用于调节口罩温湿度的控制方法是基于用于调节口罩温湿度的控制系统进行，该控制方法的可靠性和效率高，能控制吸入人体呼吸道气体的温湿度，使鼻腔粘膜不因温度过高或者过低而受到损伤，同时能调节口罩内气体的湿度情况，防止因气体干燥而引起鼻腔不适，从而能实现对口罩内温度的实时智能调控，提高佩戴者的佩戴体验效果。

附图说明

图1是本发明的用于调节口罩温湿度的控制系统的结构框图。

图2是本发明的用于调节口罩温湿度的控制系统的控制流程图。

附图标记说明：

1、电源；2、第一温湿度传感器；3、第二温湿度传感器；4、主控制器MCU；5、驱动模块；6、调温模块；7、调湿模块；8、红外线传感器；9、第一指示灯；10、第二指示灯。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”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、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。

如图1所示，本发明实施例所提供的一种用于调节口罩温湿度的控制系统，其包括电源1、第一温湿度传感器2、第二温湿度传感器3、主控制器MCU 4、驱动模块5、调湿模块7和调温模块6；其中，

电源1与主控制器MCU 4电连接，用于为主控制器MCU 4供电；

第一温湿度传感器2与主控制器MCU 4电连接，用于获取口罩外部空气的温度和湿度信息，并将口罩外部空气的温度和湿度信息反馈至主控制器MCU 4中；

第二温湿度传感器3与主控制器MCU 4电连接，用于获取口罩内空气的温度和湿度信息，并将口罩内空气的温度和湿度信息反馈至主控制器MCU 4中；

驱动模块5的输入端与主控制器MCU 4电连接，用于接收主控制器调节口罩的温度和湿度信息，并且驱动加湿模块和调温模块6工作；

加湿模块与驱动模块5的第一输出端电连接，用于接收驱动模块5调节口罩内空气湿度的信息，并且对口罩内的空气湿度进行加湿；

调温模块6与驱动模块5的第二输出端电连接，用于接收驱动模块5调节口罩内空气温度的信息，并且对口罩内的空气温度进行调节温度；

主控制器MCU 4设置有恒定的温度值和湿度值，并且根据第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器3的温度和湿度信息，对加湿模块和调温模块6发出调节口罩内空气温度和湿度的信息。

基于上述设置，本发明实施例提供的用于调节口罩温湿度的控制系统，包括第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器3，第一温湿度传感器2的感应端设在口罩外来实现对口罩外部空气的温湿度进行检测，第二温湿度传感器3的感应端设在口罩内来实现对口罩内部空气的温湿度进行检测，进而能将口罩外部空气的温湿度数据和口罩内部空气的温湿度数据反馈至主控制器MCU 4中，主控制器MCU 4对第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器3的数据与主控制器MCU 4设定的温度范围和湿度范围进行综合比较，从而主控制器MCU4能发出调节温度和湿度的指令，可靠性高，增大了控制系统调节温湿度调控的范围；驱动模块5接收主控制器MCU 4的调节口罩的温度和湿度信息，并且驱使调温模块6和调湿模块7进行工作，从而能提高控制系统的调温调湿效率和实现对口罩内的温湿度的实时智能调控，进一步使得口罩内的温湿度维持在一个稳定的范围内。

本实施例中，如图1所示，为了提高调湿模块7对口罩内部空气的调湿效果和调湿效率，调湿模块7包括电动机和加湿器，电动机的输入端与驱动模块5的第一输出端连接，电动机的输出端与加湿器连接。具体的，电动机的类型为步进电动机，步进电动机根据驱动模块5的调节湿度的信息对加湿器进行驱动，并且控制步进电动机的转数从而确定加湿器喷洒的湿化液的体积量，从而能达到智能调节口罩内部空气的湿度情况。湿化液为碳酸氢钠溶液，在对口罩内部空气进行调控下，同时也能对口罩内部空气进行杀毒灭菌。

本实施例中，如图1所示，为了提高调温模块6对口罩内部空气的调温效果和调温效率，调温模块6为半导体制冷片，半导体制冷片既能制冷又能加热，可通过改变通过半导体制冷片的电流方向决定半导体制冷片的加热或者制冷功能。具体的，当驱动模块5输出正向电流时，正向电流经过半导体制冷片，此时半导体制冷片起着制热功能；当驱动模块5输出反向电流时，反向电流经过半导体制冷片，此时半导体制冷片起着制冷功能。

本实施例中，如图1所示，为了提高加湿器的利用率，用于调节口罩温湿度的控制系统还包括红外线传感器8和第一指示灯9，红外线传感器8和第一指示灯9分别与主控制器MCU 4电连接，红外线传感器8用于检测加湿器中液体的容量，传输检测信号至主控制器MCU4中。当红外线传感器8能探测到加湿器中的液体容量低于5％时，红外线传感器8发出相应的信号传递至主控制器MCU 4，主控制器MCU 4发出相应的指令，控制第一指示灯9工作，第一指示灯9开启，从而提醒佩戴者及时添加湿化液。

本实施例中，如图1所示，为了进一步降低控制系统在工作过程中的安装错误率，还包括第二指示灯10，第二指示灯10与主控制器MCU 4电连接，当控制系统的模块在口罩中安装不到位时，第二指示灯10会开启，从而提醒佩戴者需要及时检查各个模块是否在口罩中安装到位。

本实施例中，如图1所示，驱动模块5为DRV8834驱动器，DRV8834驱动器可以驱动调湿模块7和调温模块6工作，并且相对于现有的驱动器，省去驱动电源1，大大减少了驱动电路体积，简化了电路设计，降低了成本，从而能提高口罩的经济性。

本实施例中，如图1所示，主控制器MCU 4为STM32，STM32相比MCS-51系列单片机具有更加强大的性能，而且成本较低，因此能大大降低口罩的制作成本。

本实施例中，如图1所示，电源1为整个控制系统提供电量，保证整个控制系统的有效运行。

本实施例中，如图1所示，第一温湿度传感器2和第二温湿度传感器3的类型为DTH11，DTH11具有体积较小和功耗较低的特点。

如图2所示，为了达到相同的目的，本发明还提供了一种用于调节口罩温湿度的控制方法，包括以下步骤：

S1、将主控制器MCU 4初始化，并且检查电源1、第一温湿度传感器2、第二温湿度传感器3、驱动模块5、调湿模块7和调温模块6是否安装到位；

S2、通过第一温湿度传感器2实时获取口罩外的空气实际温度值和湿度值，通过第二温湿度传感器3实时获取口罩内的空气实际温度值和湿度值；

S3、若口罩外的空气实际温度值和口罩内的空气实际温度值之和的一半在20℃～22℃之间，则执行步骤S2；若口罩外的空气实际温度值和口罩内的空气实际温度值之和的一半不在20℃～22℃之间，则实行步骤S4；

S4、主控制器MCU 4向驱动模块5生成控制调温模块6的第一控制指令，调温模块6执行第一控制指令，从而根据口罩外的空气实际温度值和口罩内的空气实际温度值调节口罩内的温度在20℃～22℃之间；

S5、若口罩内的空气实际湿度值和口罩外的空气实际湿度值的比值不大于60％，则执行步骤S6；

S6、主控制器MCU 4向驱动模块5生成控制调湿模块7的第二控制指令，调湿模块7执行第二控制指令，以使口罩内的空气实际湿度值和口罩内的空气实际湿度值的比值大于60％。

本实施例中，如图2所示，步骤S1中，若电源1、第一温湿度传感器2、第二温湿度传感器3、驱动模块5、调湿模块7和调温模块6安装不到位，则第二指示灯10开启，以提醒佩戴者检查各个模块的安装情况。

本实施例中，如图2所示，步骤S2中，第一温湿度传感器2的感应端裸露在口罩外侧，第二温湿度传感器3的感应端裸露在口罩内侧，从而第一温湿度传感器2能很好的检测口罩外部空气的温湿度，第二温湿度传感器3能很好的检测口罩内部空气的温湿度。

本实施例中，如图2所示，步骤S4和S6中，第一控制指令和第二控制指令通过模糊算法得到，模糊算法不需要精确的数学模型，能较好的处理时变、非线性、滞后等问题，有很好的鲁棒性，响应速度快，能使口罩内部实际温度快速和精确地跟踪设定温度以满足人体的需求。

本实施例中，如图2所示，步骤S4和S6中，由于本发明的控制系统的驱动器DRV8834由两个网桥构成双H桥集成电路板，两个网桥分别为网桥A和网桥B，当需要对口罩内的空气温度进行调节时，主控制器MCU 4通过模糊算法得到调节口罩内的空气温度的第一指令，然后驱动器DRV8834的网桥A连通，电流流至网桥A，从而驱动器DRV8834能对调温模块6进行控制；当需要对口罩内的空气湿度进行调节时，主控制器MCU 4通过模糊算法得到调节口罩内的空气湿度的第二指令，然后驱动器DRV8834的网桥B联通，电流流至至网桥B，从而驱动器DRV8834能对调湿模块7进行控制。

本发明的用于调节口罩温湿度的控制方法是基于用于调节口罩温湿度的控制系统进行，该控制方法的可靠性和效率高，能控制吸入人体呼吸道气体的温湿度，使鼻腔粘膜不因温度过高或者过低而受到损伤，同时能调节口罩内气体的湿度情况，防止因气体干燥而引起鼻腔不适，从而能实现对口罩内温度的实时智能调控，提高佩戴者的佩戴体验效果。

应当理解的是，本发明中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，包括电源、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、主控制器MCU、驱动模块、调湿模块和调温模块；其中，

所述电源与所述主控制器MCU电连接，用于为所述主控制器MCU供电；

所述第一温湿度传感器与所述主控制器MCU电连接，用于获取所述口罩外部空气的温度和湿度信息，并将所述口罩外部空气的温度和湿度信息反馈至所述主控制器MCU中；

所述第二温湿度传感器与所述主控制器MCU电连接，用于获取所述口罩内空气的温度和湿度信息，并将所述口罩内空气的温度和湿度信息反馈至所述主控制器MCU中；

所述驱动模块的输入端与所述主控制器MCU电连接，用于接收所述主控制器调节所述口罩的温度和湿度信息，并且驱动所述加湿模块和调温模块工作；

所述加湿模块与所述驱动模块的第一输出端电连接，用于接收所述驱动模块调节所述口罩内空气湿度的信息，并且对所述口罩内的空气湿度进行加湿；

所述调温模块与所述驱动模块的第二输出端电连接，用于接收所述驱动模块调节所述口罩内空气温度的信息，并且对所述口罩内的空气温度进行调节温度；

所述主控制器MCU设置有恒定的温度值和湿度值，并且根据所述第一温湿度传感器和第二温湿度传感器的温度和湿度信息，对所述加湿模块和调温模块发出调节所述口罩内空气温度和湿度的信息。

2.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，所述调湿模块包括电动机和加湿器，所述电动机的输入端与所述驱动模块的第一输出端连接，所述电动机的输出端与所述加湿器连接。

3.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，所述调温模块为半导体制冷片。

4.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，还包括红外线传感器，所述红外线传感器与所述主控制器MCU电连接，所述红外线传感器用于检测加湿器中液体的容量，传输检测信号至所述主控制器MCU中。

5.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，还包括第一指示灯，所述第一指示灯与所述主控制器MCU电连接。

6.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，还包括第二指示灯，所述第二指示灯与所述主控制器MCU电连接。

7.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，所述驱动模块为DRV8834驱动器。

8.如权利要求1所述的用于调节口罩温湿度的控制系统，其特征在于，所述主控制器MCU为STM32。

9.一种用于调节口罩温湿度的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将所述主控制器MCU初始化，并且检查所述电源、第一温湿度传感器、第二温湿度传感器、驱动模块、调湿模块和调温模块是否安装到位；

S2、通过所述第一温湿度传感器实时获取所述口罩外的空气实际温度值和湿度值，通过所述第二温湿度传感器实时获取所述口罩内的空气实际温度值和湿度值；

S3、若所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值之和的一半在20℃～22℃之间，则执行步骤S2；若所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值之和的一半不在20℃～22℃之间，则实行步骤S4；

S4、所述主控制器MCU向所述驱动模块生成控制所述调温模块的第一控制指令，所述调温模块执行所述第一控制指令，从而根据所述口罩外的空气实际温度值和所述口罩内的空气实际温度值调节口罩内的温度在20℃～22℃之间；

S5、若口罩内的空气实际湿度值和口罩外的空气实际湿度值的比值不大于60％，则执行步骤S6；

S6、所述主控制器MCU向所述驱动模块生成控制所述调湿模块的第二控制指令，所述调湿模块执行所述第二控制指令，以使所述口罩内的空气实际湿度值和所述口罩内的空气实际湿度值的比值大于60％。

10.如权利要求8所述的用于调节口罩温湿度的控制方法，其特征在于，所述步骤S4和S6中，所述第一控制指令和第二控制指令通过模糊算法得到。