CN114768135A - 防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法 - Google Patents

防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法，它包括气壳、面罩、送风装置和控制系统，通过送风装置的导气管与气壳和面罩连通，微型风机位于气壳内与导气管连通，面罩的外部和内部分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器和微型风机与控制系统电性连接，滤毒罐与气壳的滤毒接口连接，面罩罩设于人脸面部，控制系统检测面罩的内外压力，并控制微型风机自动调整送风量，有效解决防毒面具呼吸过程中呼吸阻力过大、呼吸不适的问题，提高面具舒适的呼吸体验。

Description

防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法
技术领域
本发明属于面具送风技术领域，涉及一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法。
背景技术
如何提高防毒面具舒适的呼吸体验，是防毒面具亟待解决的难点，目前，市场过滤式防毒面具主要通过人体自吸于外界进行空气交换，在吸气时，面罩端的压力降低导致气道的压力不足，呼吸阻力过大，难以满足现阶段要求，为了解决呼吸阻力过大问题，现阶段主要通过增加送风器来缓解呼吸阻力问题，但是送风器风量固定，不能实时的跟踪呼吸过程，不能及时的根据佩戴者相应的身体状态调整面具送风量，仍存在呼吸流阻大等问题，难以从根本上解决防毒面具呼吸过程中呼吸阻力过大、呼吸不适等问题。为了解决上述问题，急需设计一种面具用呼吸跟随式送风控制系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统及方法,采用送风装置的导气管与气壳和面罩连通，微型风机位于气壳内与导气管连通，面罩的外部和内部分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器、第二压力传感器和微型风机与控制系统电性连接，滤毒罐与气壳的滤毒接口连接，面罩罩设于人脸面部，控制系统检测面罩的内外压力，并控制微型风机自动调整送风量，有效解决防毒面具呼吸过程中呼吸阻力过大、呼吸不适的问题，提高面具舒适的呼吸体验。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，它包括气壳、面罩、送风装置和控制系统；所述送风装置的导气管与气壳和面罩连通，面罩外的第一压力传感器、面罩内的第二压力传感器及气壳内的微型风机与控制系统电性连接；控制系统检测面罩的内外压力，并控制微型风机自动调整送风量。
所述气壳为中空的封闭结构，位于前端下侧设置滤毒接口，导气管一端从气壳上端深入其内部。
所述控制系统的第一电源模块、第一电池、第一微控制器、驱动模块和第一蓝牙模块位于气壳内。
所述面罩的呼气区设置采集腔，第一压力传感器位于采集腔外，第二压力传感器位于采集腔内；采集腔的内表面设置网孔与其腔体连通，采集腔的内表面位于面罩内侧的呼气区。
所述采集腔内还设置有控制系统的第二微控制器、第二蓝牙模块、第二电源模块和第二电池。
所述送风装置包括导气管一端连接的微型风机，微型风机位于气壳内。
所述控制系统的第二微控制器与第一压力传感器、第二压力传感器、第二电源模块和第二蓝牙模块电性连接，第二电池与第二电源模块电性连接；第一微控制器与第一电源模块、驱动模块和第一蓝牙模块电性连接，第一电池与第一电源模块电性连接，微型风机与驱动模块电性连接。
所述第一电源模块、第二电源模块转换多种电压；第一压力传感器、第二压力传感器为MEMS气体压力传感器。
所述第一微控制器和第二微控制器为单片机；第一蓝牙模块和第二蓝牙模块与第一微控制器和第二微控制器无线互联。
如上所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统的送风方法，它包括如下步骤：
步骤1:初始化第一压力传感器、第二压力传感器、第一微控制器、第二微控制器、驱动模块、微型风机、第一蓝牙模块和第二蓝牙模块；
步骤2：读取第一压力传感器、第二压力传感器数据；
步骤3：第二微控制器计算第二压力传感器与第一压力传感器的差值，第二蓝牙模块通过蓝牙将该差值发送至第一蓝牙模块；
步骤4：第一微控制器获取第二压力传感器与第一压力传感器的压差数据，第一微控制器计算前一呼吸区间内的压差数据平均值作为呼吸阈值；
步骤5：第一微控制器判断压差数据的上升趋势和下降趋势，识别佩戴面具的作业人员的呼吸状态，压差数据与呼吸阈值比较；当压差数据上升至呼吸阈值时，则判断作业人员处于呼气状态；当压差数据下降至呼吸阈值时，则判断作业人员处于吸气状态；
步骤6：当作业人员处于呼气状态，第一微控制器控制微型风机低速运行；当作业人员处于吸气状态，第一微控制器根据压差数据判断作业人员的呼吸深度，压差计算的负压值的绝对值越大表明作业人员呼吸深度越深，第一微控制器根据负压值的绝对值控制微型风机转速，负压值越大，微型风机转速越高；
步骤7：循环步骤2-步骤6。
本发明的主要有益效果在于：
在面罩的呼气区域设置第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器分别位于面罩的外部和内部。
送风装置的导气管与气壳和面罩连通，微型风机位于气壳内与导气管连通，气壳上的滤毒接口与滤毒罐连通。
第一压力传感器、第二压力传感器及微型风机与控制系统电性连接，控制系统检测面罩的内外压力，并控制微型风机自动调整送风量，有效解决防毒面具呼吸过程中呼吸阻力过大、呼吸不适的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明面具内部的结构示意图。
图3为本发明的控制系统简图。
图中：气壳1，滤毒接口11，面罩2，采集腔21，第一压力传感器22，第二压力传感器23，送风装置3，导气管31，微型风机32，控制系统4，第一电源模块41，第一电池42，第一微控制器43，驱动模块44，第一蓝牙模块45，第二微控制器46，第二蓝牙模块47，第二电源模块48，第二电池49。
具体实施方式
如图1~图3中，一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，它包括气壳1、面罩2、送风装置3和控制系统4；所述送风装置3的导气管31与气壳1和面罩2连通，面罩2外的第一压力传感器22、面罩2内的第二压力传感器23及气壳1内的微型风机32与控制系统4电性连接；控制系统4检测面罩2的内外压力，并控制微型风机32自动调整送风量。使用时，滤毒罐与气壳1的滤毒接口11连接，面罩2罩设于人脸面部，控制系统4检测面罩2的内外压力，并控制微型风机32自动调整送风量，有效解决防毒面具呼吸过程中呼吸阻力过大、呼吸不适的问题，提高面具舒适的呼吸体验。
优选的方案中，所述气壳1为中空的封闭结构，位于前端下侧设置滤毒接口11，导气管31一端从气壳1上端深入其内部。使用时，滤毒接口11与滤毒罐连通，导气管31将过滤的气体送入面罩2内供人呼吸。
优选的方案中，所述控制系统4的第一电源模块41、第一电池42、第一微控制器43、驱动模块44和第一蓝牙模块45位于气壳1内。安装时，第一电源模块41、第一电池42、第一微控制器43、驱动模块44和第一蓝牙模块45固定于气壳1内的安装板上。
优选的方案中，所述面罩2的呼气区设置采集腔21，第一压力传感器22位于采集腔21外，第二压力传感器23位于采集腔21内；采集腔21的内表面设置网孔与其腔体连通，采集腔21的内表面位于面罩2内侧的呼气区。使用时，第一压力传感器22位于面罩2外部与大气连通，用于检测大气压力，第二压力传感器23位于面罩2的采集腔21内与面罩2连通，用于检测面罩2内的压力。
优选的方案中，所述采集腔21内还设置有控制系统4的第二微控制器46、第二蓝牙模块47、第二电源模块48和第二电池49。
所述送风装置3包括导气管31一端连接的微型风机32，微型风机32位于气壳1内。使用时，微型风机32工作时将气壳1内的气体输送至面罩2内。
优选的方案中，所述控制系统4的第二微控制器46与第一压力传感器22、第二压力传感器23、第二电源模块48和第二蓝牙模块47电性连接，第二电池49与第二电源模块48电性连接；第一微控制器43与第一电源模块41、驱动模块44和第一蓝牙模块45电性连接，第一电池42与第一电源模块41电性连接，微型风机32与驱动模块44电性连接。使用时，第一微控制器43控制驱动模块44驱动微型风机32工作，并控制微型风机32的风量。
优选的方案中，所述第一电源模块41、第二电源模块48转换多种电压；第一压力传感器22、第二压力传感器23为MEMS气体压力传感器。
优选的方案中，所述第一微控制器43和第二微控制器46为单片机；第一蓝牙模块45和第二蓝牙模块47与第一微控制器43和第二微控制器46无线互联。
优选的方案中，如上所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统的送风方法，它包括如下步骤：
步骤1:初始化第一压力传感器22、第二压力传感器23、第一微控制器43、第二微控制器46、驱动模块44、微型风机32、第一蓝牙模块45和第二蓝牙模块47；
步骤2：读取第一压力传感器22、第二压力传感器23数据；
步骤3：第二微控制器46计算第二压力传感器23与第一压力传感器22的差值，第二蓝牙模块47通过蓝牙将该差值发送至第一蓝牙模块45；
步骤4：第一微控制器43获取第二压力传感器23与第一压力传感器22的压差数据，第一微控制器43计算前一呼吸区间内的压差数据平均值作为呼吸阈值；
步骤5：第一微控制器43判断压差数据的上升趋势和下降趋势，识别佩戴面具的作业人员的呼吸状态，压差数据与呼吸阈值比较；当压差数据上升至呼吸阈值时，则判断作业人员处于呼气状态；当压差数据下降至呼吸阈值时，则判断作业人员处于吸气状态；
步骤6：当作业人员处于呼气状态，第一微控制器43控制微型风机32低速运行；当作业人员处于吸气状态，第一微控制器43根据压差数据判断作业人员的呼吸深度，压差计算的负压值的绝对值越大表明作业人员呼吸深度越深，第一微控制器43根据负压值的绝对值控制微型风机32转速，负压值越大，微型风机32转速越高；
步骤7：循环步骤2-步骤6。
优选地，第一电源模块41和第二电源模块48的型号为AMS1117。
优选地，第一压力传感器22和第二压力传感器23的型号为SPL06-001。
优选地，第一微控制器43和第二微控制器46的型号为STC8A8K系列。
优选地，第一蓝牙模块45和第二蓝牙模块47的型号为SKB369。
本发明的工作过程和工作原理为：
当面具使用呼吸跟随功能时，第二微控制器46读取第一压力传感器22、第二压力传感器23气体压力数据；
第二微控制器46计算第二压力传感器23与第一压力传感器22的压力差值；
第二微控制器46驱动第二蓝牙模块47通过蓝牙将该差值发送至第一蓝牙模块45；
第一微控制器43通过第一蓝牙模块45获取第二压力传感器23与第一压力传感器22的压力差值数据，第一微控制器43计算前一呼吸区间内的压差数据平均值作为呼吸阈值；
第一微控制器43判断压差数据的上升趋势和下降趋势，识别佩戴面具的作业人员的呼吸状态，第一微控制器43将压差数据与呼吸阈值比较，当压差数据上升至呼吸阈值时，第一微控制器43判断作业人员处于呼气状态；
当压差数据下降至呼吸阈值时，第一微控制器43判断作业人员处于吸气状态；
当作业人员处于呼气状态，第一微控制器43发出看作指令，通过驱动模块44控制微型风机32低速运行；
当作业人员处于吸气状态，第一微控制器43根据压差数据判断作业人员的呼吸深度，压差计算的负压值的绝对值越大表明作业人员呼吸深度越深，第一微控制器43根据负压值通过驱动模块44控制微型风机32转速，负压值越大，微型风机32转速越高。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：它包括气壳（1）、面罩（2）、送风装置（3）和控制系统（4）；所述送风装置（3）的导气管（31）与气壳（1）和面罩（2）连通，面罩（2）外的第一压力传感器（22）、面罩（2）内的第二压力传感器（23）及气壳（1）内的微型风机（32）与控制系统（4）电性连接；控制系统（4）检测面罩（2）的内外压力，并控制微型风机（32）自动调整送风量。
2.根据权利要求1所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述气壳（1）为中空的封闭结构，位于前端下侧设置滤毒接口（11），导气管（31）一端从气壳（1）上端深入其内部。
3.根据权利要求1所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述控制系统（4）的第一电源模块（41）、第一电池（42）、第一微控制器（43）、驱动模块（44）和第一蓝牙模块（45）位于气壳（1）内。
4.根据权利要求1所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述面罩（2）的呼气区设置采集腔（21），第一压力传感器（22）位于采集腔（21）外，第二压力传感器（23）位于采集腔（21）内；采集腔（21）的内表面设置网孔与其腔体连通，采集腔（21）的内表面位于面罩（2）内侧的呼气区。
5.根据权利要求4所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述采集腔（21）内还设置有控制系统（4）的第二微控制器（46）、第二蓝牙模块（47）、第二电源模块（48）和第二电池（49）。
6.根据权利要求1所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述送风装置（3）包括导气管（31）一端连接的微型风机（32），微型风机（32）位于气壳（1）内。
7.根据权利要求1所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述控制系统（4）的第二微控制器（46）与第一压力传感器（22）、第二压力传感器（23）、第二电源模块（48）和第二蓝牙模块（47）电性连接，第二电池（49）与第二电源模块（48）电性连接；第一微控制器（43）与第一电源模块（41）、驱动模块（44）和第一蓝牙模块（45）电性连接，第一电池（42）与第一电源模块（41）电性连接，微型风机（32）与驱动模块（44）电性连接。
8.根据权利要求7所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述第一电源模块（41）、第二电源模块（48）转换多种电压；第一压力传感器（22）、第二压力传感器（23）为MEMS气体压力传感器。
9.根据权利要求7所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统，其特征是：所述第一微控制器（43）和第二微控制器（46）为单片机；第一蓝牙模块（45）和第二蓝牙模块（47）与第一微控制器（43）和第二微控制器（46）无线互联。
10.根据权利要求1~9任一项所述的防毒面具用呼吸跟随式送风控制系统的送风方法，其特征是，它包括如下步骤：
步骤1:初始化第一压力传感器（22）、第二压力传感器（23）、第一微控制器（43）、第二微控制器（46）、驱动模块（44）、微型风机（32）、第一蓝牙模块（45）和第二蓝牙模块（47）；
步骤2：读取第一压力传感器（22）、第二压力传感器（23）数据；
步骤3：第二微控制器（46）计算第二压力传感器（23）与第一压力传感器（22）的差值，第二蓝牙模块（47）通过蓝牙将该差值发送至第一蓝牙模块（45）；
步骤4：第一微控制器（43）获取第二压力传感器（23）与第一压力传感器（22）的压差数据，第一微控制器（43）计算前一呼吸区间内的压差数据平均值作为呼吸阈值；
步骤5：第一微控制器（43）判断压差数据的上升趋势和下降趋势，识别佩戴面具的作业人员的呼吸状态，压差数据与呼吸阈值比较；当压差数据上升至呼吸阈值时，则判断作业人员处于呼气状态；当压差数据下降至呼吸阈值时，则判断作业人员处于吸气状态；
步骤6：当作业人员处于呼气状态，第一微控制器（43）控制微型风机（32）低速运行；当作业人员处于吸气状态，第一微控制器（43）根据压差数据判断作业人员的呼吸深度，压差计算的负压值的绝对值越大表明作业人员呼吸深度越深，第一微控制器（43）根据负压值的绝对值控制微型风机（32）转速，负压值越大，微型风机（32）转速越高；
步骤7：循环步骤2-步骤6。
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