CN112516478B - 一种智能口罩及其智能控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能口罩，包括口罩本体，所述口罩本体的前端设有呼吸窗口，口罩本体两侧均设有挂耳，所述呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯自上而下依次由电极基体层、芯材层、隔膜层、芯材层和电极基体层组成；所述口罩本体上还设置智能控制装置。本发明还公开了一种智能口罩的智能控制方法。本发明中口罩滤芯的芯材采用石墨烯气凝胶作电极，该芯材具有多孔结构，其可对空气中的灰尘细小颗粒以及病菌进行过滤；本发明通过对口罩滤芯加电压后，口罩滤芯具备静电吸附作用，可对病菌产生吸附性，同时，本发明采用大孔隙滤芯，在长时间使用时，能够保证呼吸畅通，通过智能控制装置可实现充电电压与呼吸速度的匹配，具有很好的过滤性及吸附性。

Description

一种智能口罩及其智能控制方法
技术领域
本发明涉及智能口罩技术领域，尤其是一种智能口罩及其智能控制方法。
背景技术
新冠肺炎疫情的出现，增强了人们对于呼吸防护重要性的认识，而口罩是用于呼吸防护必备用品，但是，市面上出售的各类口罩如防尘口罩、医学防护口罩以及半面罩、全面罩等，都存在着使用时间长而产生明显窒息的感觉，佩戴不舒适；而对于防护使用中的口罩，随意摘除必然增加了呼吸到病菌的几率。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种在保证对病菌防除的基础上，采用大孔隙滤芯，实现呼吸气流的均匀，避免长时间使用产生明显窒息感觉的智能口罩。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种智能口罩，包括口罩本体，所述口罩本体的前端设有呼吸窗口，口罩本体两侧均设有挂耳，其特征在于：所述呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯自上而下依次由电极基体层、芯材层、隔膜层、芯材层和电极基体层组成；所述口罩本体上还设置智能控制装置。
所述芯材层为石墨烯气凝胶层，石墨烯气凝胶的多孔框架表面包覆有凝胶电解质膜层。
所述智能控制装置包括：
电源模块，采用10V纽扣电池，用于向控制模块、气流检测模块和电压增量检测模块供电；
控制模块，采用微型单片机，用于读取气流检测模块的呼吸信息，调节微型单片机的输出电压为口罩滤芯供电；
气流检测模块，采用气流检测传感器，用于检测呼吸速度，将检测信息传输给控制模块；
电压增量检测模块，采用电场传感器，用于检测电场强度，将检测信息传输给控制模块；
显示模块，用于显示智能控制装置是否正常工作，显示模块采用LED灯，LED灯灯亮表示有电正常工作。
所述电源模块、控制模块分别设置于呼吸窗口的上方的左、右两侧，显示模块设置于电源模块与控制模块的上方。
本发明的另一目的在于提供一种智能口罩的智能控制方法，该方法包括：工作时，电源模块供电，控制模块向口罩滤芯提供电压，同时气流检测模块循环获取口腔呼吸速度信息并发送至控制模块，控制模块获取呼吸速度信息后与人体正常呼吸速度对比，通过调节控制模块向口罩滤芯提供工作电压，使得口罩滤芯工作电压随着呼吸速度的增大而增大，当口罩滤芯电压增大时会产生电场，控制模块通过电压增量检测模块检测空间电场强度来获取电压增量信息，当电压增量过大时，通过控制模块减小工作电压；同样，若电压增量过小，通过控制模块来增大工作电压。
由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明中口罩滤芯的芯材采用石墨烯气凝胶作电极，该芯材具有多孔结构，孔隙大，能保证呼吸顺畅，并且，可有效对空气中的灰尘细小颗粒以及病菌进行过滤；本发明通过对口罩滤芯加电压后，口罩滤芯具备静电吸附作用，可对病菌产生吸附性，同时，本发明通过智能控制装置可实现充电电压与呼吸速度的匹配，具有很好的过滤性及吸附性。
附图说明
图1为本发明中口罩滤芯的结构示意图；
图2为本发明的电路框图；
图3为本发明的方法流程图；
图4、5、6均为本发明的结构示意图。
具体实施方式
如图1、4、5、6所示，一种智能口罩，包括口罩本体，所述口罩本体的前端设有呼吸窗口，口罩本体两侧均设有挂耳，所述呼吸窗口内设有口罩滤芯6，口罩滤芯6自上而下依次由电极基体层1、芯材层2、隔膜层3、芯材层2和电极基体层1组成；所述口罩本体上还设置智能控制装置。所述隔膜层3为绝缘隔膜层，芯材层2为石墨烯气凝胶层，石墨烯气凝胶具有多孔结构，孔隙2-5mm，通过将石墨烯气凝胶层浸润在PVA/H2SO4凝胶电解质中并经适量脱水如加热脱水形成孔，使得石墨烯气凝胶的多孔框架表面包覆有凝胶电解质膜层，而气凝胶内部仍具有一定孔隙可供空气流通。
如图2所示，所述智能控制装置包括：
电源模块7，采用10V纽扣电池，用于向控制模块9、气流检测模块5和电压增量检测模块8供电；
控制模块9，采用微型单片机，用于读取气流检测模块5的呼吸信息，调节微型单片机的输出电压为口罩滤芯6供电；
气流检测模块5，采用气流检测传感器，用于检测呼吸速度，将检测信息传输给控制模块9；
电压增量检测模块8，采用电场传感器，用于检测电场强度，将检测信息传输给控制模块9；
显示模块4，用于显示智能控制装置是否正常工作，显示模块4采用LED灯，LED灯灯亮表示有电正常工作。
如图4、5、6所示，所述电源模块7、控制模块9分别设置于呼吸窗口的上方的左、右两侧，显示模块4设置于电源模块7与控制模块9的上方。
如图3所示，本方法包括：工作时，电源模块7供电，控制模块9向口罩滤芯6提供电压，同时气流检测模块5循环获取口腔呼吸速度信息并发送至控制模块9，控制模块9获取呼吸速度信息后与人体正常呼吸速度对比，通过调节控制模块9向口罩滤芯6提供工作电压，使得口罩滤芯6工作电压随着呼吸速度的增大而增大，当口罩滤芯6电压增大时会产生电场，控制模块9通过电压增量检测模块8检测空间电场强度来获取电压增量信息，当电压增量过大时，通过控制模块9减小工作电压；同样，若电压增量过小，通过控制模块9来增大工作电压。
以下结合图1至6对本发明作进一步的说明。
控制模块9内部预设了一个人体正常呼吸时对应的电压，当呼吸加快时气流检测模块5 获取了口腔呼吸速度信息，当控制模块9接收到这个信息之后，会调节对口罩滤芯6的供电电压，使得不同的呼吸速度匹配不同的电压，使得呼吸/电压平均值是一样的，保证呼吸速度/电压值的一致性。
本发明的口罩滤芯6组装成的是对称电极，这个电极可充电可储能，充电之后，滤芯电极储能带电，具有静电吸附(稳定吸附，耐用)，传统口罩滤芯6无法充电，静电吸附作用不稳定，吸附作用随时间大幅降低。
佩戴口罩后，各模块开始工作，电源模块7对控制模块9供电，控制模块9向口罩滤芯6提供3V电压，同时气流检测模块5循环获取口腔呼吸速度信息，控制模块9获取数据后与人体正常呼吸速度对比，通过调节控制模块9向口罩滤芯6提供的工作电压，使得口罩滤芯6工作电压随着呼吸速度的增大而增大，当口罩滤芯6电压增大时会产生电场，控制模块9可以通过电场传感器检测空间电场强度来获取电压增量信息，当电压增量过大时，通过控制模块9减小电压；同样，若电压增量过小，通过控制模块9增大电压，从而实现智能过滤灰尘与病菌的功能。
综上所述，本发明中口罩滤芯6的芯材采用石墨烯气凝胶作电极，该芯材具有多孔结构，孔隙大，不影响正常呼吸，并且，能有效对空气中的灰尘细小颗粒以及病菌进行过滤；本发明通过对口罩滤芯6加电压后，口罩滤芯6具备静电吸附作用，可对病菌产生吸附性，同时，本发明通过智能控制装置可实现充电电压与呼吸速度的匹配，具有很好的保证长时间使用呼吸畅通的过滤性及吸附性。

Claims (1)

1.一种智能口罩，其特征在于：包括口罩本体，所述口罩本体的前端设有呼吸窗口，口罩本体两侧均设有挂耳，所述呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯自上而下依次由电极基体层、芯材层、隔膜层、芯材层和电极基体层组成；所述口罩本体上还设置智能控制装置；所述芯材层为石墨烯气凝胶层，石墨烯气凝胶的多孔框架表面包覆有凝胶电解质膜层；
所述智能控制装置包括：
电源模块，采用10V 纽扣电池，用于向控制模块、气流检测模块和电压增量检测模块供电；
控制模块，采用微型单片机，用于读取气流检测模块的呼吸信息，调节微型单片机的输出电压为口罩滤芯供电；
气流检测模块，采用气流检测传感器，用于检测呼吸速度，将检测信息传输给控制模块；
电压增量检测模块，采用电场传感器，用于检测电场强度，将检测信息传输给控制模块；
显示模块，用于显示智能控制装置是否正常工作，显示模块采用LED灯，LED灯灯亮表示有电正常工作；
所述电源模块、控制模块分别设置于呼吸窗口的上方的左、右两侧，显示模块设置于电源模块与控制模块的上方；
所述的智能口罩的智能控制方法，包括：工作时，电源模块供电，控制模块向口罩滤芯提供电压，同时气流检测模块循环获取口腔呼吸速度信息并发送至控制模块，控制模块获取呼吸速度信息后与人体正常呼吸速度对比，通过调节控制模块向口罩滤芯提供工作电压，使得口罩滤芯工作电压随着呼吸速度的增大而增大，当口罩滤芯电压增大时会产生电场，控制模块通过电压增量检测模块检测空间电场强度来获取电压增量信息，当电压增量过大时，通过控制模块减小工作电压；同样，若电压增量过小，通过控制模块来增大工作电压。
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