CN115282514A - 一种人工智能型自救器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工智能型自救器，属于逃生用自救器领域。本发明通过判断人体运动状态的智能化模块来确定自救器的供氧参数，并通过自动阀门来提供正确的供氧量，实现了人体在静坐、步行、奔跑状态下自动调整供氧量的目的。另外，还可以通过智能语音人机交互模块操控自救器的自动阀门、了解自救器的氧气剩余量、逃生注意事项、发送求救信息、接收救援信息。

Description

一种人工智能型自救器

技术领域

本发明属于逃生用自救器领域，具体涉及一种人工智能型自救器。

背景技术

目前，无论是压缩气体自救器还是化学氧自救器，都存在着智能化程度不高的问题。主要表现为：首先供氧量只能满足匀速直线步行时的需要，如果需要调整供氧量只能用机械的方法或手动调整；其次是佩戴者在逃生的过程中无法对自救器进行简单方便、可靠有效的操控，无法为佩戴者和救援人员快捷方便地提供有用的信息。

现在普遍使用的压缩气体自救器全部采用恒流供气的方式。佩戴者在使用过程中，如果遇到特定路段需要跑步通过，则供氧量达不到需求。如果佩戴者被困，且佩戴者采用静坐的方式等待救援，以求减低对氧气的消耗，但是恒流供气的自救器仍然固执地按照佩戴者步行时的氧气消耗量供气，并不能延长自救器的使用时间。再者，所谓恒流供气也是相对的，在出气孔截面积一定的情况下，随着气瓶内压力的下降供气流量也相应下降。实际的状况是前期供氧量大，后期供氧量小。现有的自救器对于上述问题的解决方案是增加了一个采用人工操作的补气杆，如申请号201922277426.2，名称为《一种压缩氧自救器的减压阀》的实用新型专利，但人工操作的缺点是不可能正确把握供氧量，补气太少满足不了呼吸需求，如果补气太多则自救器的氧气资源过早消耗完，造成了安全隐患。

化学氧自救器与压缩气体自救器正好相反。由于其固有的化学反应原理，可以自动按人的呼吸量来调整氧气供应量。但有一个很大的问题就是供氧量往往太大。在理想情况下，人体呼出单位体积的二氧化碳，应该以同样体积的氧气去补充，但是根据超氧化钾与二氧化碳反应的化学方程，供氧量高出人体呼出二氧化碳量的1/3，再加上超氧化钾还要与人体呼出的水蒸气反应产生氧气，二者相加大大超出了人体的需氧量。这样不但会造成有限的化学药剂的浪费，还会产生大量可灼伤人呼吸系统的热量，含高浓度氧气的废气排出到气囊外部，如果碰到逃生路线上的火情则更加危险。

有鉴于此，人们对自救器的改进做了许多有益的尝试：

如申请号为201920249036.1，名称为《一种自动定量供氧自救器》的专利，该专利通过气压传感器感应呼吸时的气压变化来调整氧气输出量来实现恒流供气，解决了供氧量不稳定的问题，但并不能利用检测气压的变化来随时变更供氧量。这是因为自救器的气囊是软体的，人在呼气吸气时气囊对压力曲线的波峰有抹平、对波谷有填平的作用，正负压之差并不大，经试验，有时候气压变化值甚至比模数转换的漂移量都小，微控制器很难判断某一瞬间的压力变化到底是呼吸造成的，还是模数转换的漂移造成的。

又比如申请号为201220619383.7，名称为《可自动调节产氧量的隔绝式化学氧自救器》，其通过气囊的膨胀与收缩来控制排气阀的启闭。产氧量多时，多余的气量会将气囊鼓胀，将排气阀堵上；气囊内的氧气消耗差不多时，气囊瘪了下去，排气阀又自动打开。但有一个缺点就是其对供氧量的调节是采用简单的机械原理，并不能对排气阀的堵与开进行智能化的、按需要的随意调节，实用性较差。

在不属于自救器但与自救器相关的领域，比如事故发生后安全救援人员背负的呼吸器以及无需人体背负或携带的医用呼吸机，大量采用了“氧气传感器+控制氧气流量电磁阀”的技术。如申请号为202011627345.1，名称为《氧气呼吸器及氧气呼吸器的供氧方法》的安全救援设备，此专利通过检测呼吸回路中的氧气含量来确定供氧量，此种结构对于呼吸器是可行的(呼吸器是背负式，对大量的二氧化碳吸收剂的重量并不敏感，故二氧化碳过滤效率很高)，但如果将氧气传感器应用到自救器则绝对不行。这是因为，第一，氧气传感器不但体积大、响应慢、成本高，而且在储存过程中往往会出现电解质干涸的问题，环境较差时寿命只有一年，不能满足自救器有效期三年的要求；第二，自救器内的氧气浓度是非常高的，有时高达百分之八九十，如果只检测氧气，鉴于自救器内二氧化碳过滤器的过滤效率并不高，有可能气囊内的二氧化碳已经远远超标时氧气浓度仍然处于正常范围内。

利用无线定位模块来计算佩戴者行进速度，据此判定人体运动状态来确定供氧量，也是一种可能。如授权公告号为“CN 102671318.B”、名称为《一种常温相变材料制冷的化学制氧呼吸器》的专利，自救器中设有GPS控制器；又比如申请号202011250435.3，名称为《一种具有定位功能的压缩氧气自救器》，自救器中设有井下佩戴者定位模块。上述两个专利的权利要求书虽然没有提出计算佩戴者行进速度的权利要求，如果将这两个专利稍作改进，也可以实现计算佩戴者行进速度的目的。但问题是，如果将无线定位技术应用到自救器中来计算行进速度并作为供氧量的依据是行不通的。这是因为，第一个专利GPS信号只能用来计算水平移动速度，佩戴者如果用于野外灭火，逃生时爬山的水平速度虽然很慢，但体力消耗极大，所以根据水平行进速度来判断人体的需氧量是不行的；第二个专利应用到井下，井下也存在着逃生路线爬坡下坡的问题，所以也不可以应用到自救器上来作为人体需氧量的依据。

现有的自救器还有一个缺点是只有“自救”功能，而不能可靠地为“他救”提供信息。虽然在申请号201721862052.5、202022966210.X、202011250435.3专利中提出了在煤矿用自救器上增加了佩戴者定位芯片的方案，但这三个专利是建立在井下佩戴者定位系统基础上的。问题是事故发生后定位系统基站或电缆可能在爆炸气体的冲击下损坏，井下失去了定位信号，所以其可靠性不佳。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出人工智能型自救器，主要解决现有自救器的两个问题：①无法合理利用有限的氧气资源以适应佩戴者不同运动状态；②智能化程度不高，在佩戴者逃生过程中无法进行简单便捷的操控，无法为救援人员提供有用的信息。

实践证明，人体在确定的运动状态下需氧量是一定的。比如国家标准《GA 124-2013正压式消防空气呼吸器》中规定人体在高强度运动时呼吸频率为40次/min,对新鲜空气的消耗量为100L/min，折算耗氧量为100×(0.21-0.16)＝5L/min(空气中氧气含量为21％，浊气中仍然有16％的氧气含量)；又比如煤炭行业标准《AQ1054-2008隔绝式压缩氧气自救器》中规定人体以匀速直线运动的方式步行时，最大耗氧量为1.2L/min；而人体在静坐时的耗氧量只有0.25L/min。所以，只要能确定人体的运动状态，供氧量也就确定了。

气囊中的二氧化碳浓度也可以作为供氧量的依据。这是因为，二氧化碳过滤器对二氧化碳的吸收率并不高，比如煤炭行业标准《MT4542408隔绝式氧气呼吸器和自救器用氢氧化钙技术条件》中规定，自救器用氢氧化钙对二氧化碳的吸收率可以低至35％。其余超量的二氧化碳只能用气瓶释放出来的氧气稀释。所以，如果气囊中二氧化碳浓度增加速度很快，则意味着佩戴者运动更加剧烈，微控制器就必须加大供氧量，反之亦然。

本发明对现有自救器的改进措施为：①在现有自救器的基础上，增加智能语音人机交互模块，佩戴者告知该模块自己的运动状态或者是否感到憋气，自救器内置的微控制器据此可以调整供氧参数；佩戴者还可以用语音命令要求微控制器发送求救信息，微控制器通过通讯模块将求救信息发出，外部救援人员还可以通过通讯模块、微控制器、智能语音人机交互模块的信息传输路线告知佩戴者逃生注意事项；②增加识别人体运动状态的智能化模块；③去掉现有压缩气体自救器减压阀上的摆球,将其气孔堵上，气瓶内的新鲜空气全部由补气孔流出。补气杆改为自动阀门的一部分(减压阀的具体结构可参考申请号201922277426.2，名称为《一种压缩氧自救器的减压阀》的实用新型专利)；⑤通过增加呼、吸气阀片的数量来增加现有自救器的呼、吸气阀片的总面积，以降低呼吸阻力，适应佩戴者奔跑时的呼吸要求；⑥增加二氧化碳传感器也可以随时提供正确的供氧量；⑦在现有化学氧自救器呼气气路上增加由微控制器控制的可调阀门；⑧为了杜绝待机状态下的电池消耗以保证有效期三年以上的目的，自救器的电源开关平时是断开的，电源开关的机械控制部分连接到外壳上，打开自救器外壳的同时便接通了电源。

通过上述改进方案，实现了利用语音控制自救器的工作模式、获取自救器的工作状态、发送求救信号、获取外部救援信息的目的。在佩戴者忘记告知自救器自己的运动状态时，自救器本身也可以通过智能识别人体运动状态的传感器比如机器视觉模块、振动传感器、噪声传感器、气压传感器、二氧化碳传感器等的反馈信号来判断人体的运动状态，进而提供正确的供氧量。另外，采用电源开关机械控制部分与自救器外壳联动的方案，待机状态下无电池消耗。

本发明具体的技术方案为：

本发明一种人工智能型自救器的第一方面，包括活动外壳、外壳主体以及固定在外壳主体上的自救呼吸装置，所述的自救呼吸装置包括面罩、气源、自动阀门、气囊、电池、微控制器，面罩直接或间接与气囊相连接，人体呼出的浊气经面罩进入气囊；气源通过自动阀门与气囊相连接，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来也进入气囊，两路气体在气囊内混合后进入面罩供人体呼吸；电池与微控制器相连接并为微控制器供电，微控制器还与自动阀门电性连接，活动外壳与外壳主体间为可分离连接，尤其是还包括智能语音交互模块，所述的智能语音交互模块为微控制器内置或连接到微控制器上，佩戴者可以通过该模块告知微控制器自己的运动状态，微控制器据此可以控制自动阀门调节供氧量，微控制器也可以通过智能语音人机交互模块告知佩戴者氧气剩余量。

优选地，还包括通讯模块并连接到微控制器上，佩戴者可以用语音命令要求微控制器发送求救信息，微控制器通过通讯模块将求救信息发出，外部救援人员还可以通过通讯模块、微控制器、智能语音人机交互模块的信息传输路线告知佩戴者逃生注意事项。

本发明一种人工智能型自救器的第二方面，包括活动外壳、外壳主体以及固定在外壳主体上的自救呼吸装置，所述的自救呼吸装置包括面罩、气源、自动阀门、气囊、电池、微控制器，面罩直接或间接与气囊相连接，人体呼出的浊气经面罩进入气囊；气源通过自动阀门与气囊相连接，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来也进入气囊，两路气体在气囊内混合后进入面罩供人体呼吸；电池与微控制器相连接并为微控制器供电，微控制器还与自动阀门电性连接，活动外壳与外壳主体间为可分离连接，其特征在于：还包括确定人体运动状态的智能化模块，所述的确定人体运动状态的智能化模块为微控制器内置或连接到微控制器上，微控制器根据该智能化模块提供的信息确定人体运动状态，计算供氧参数，控制自动阀门提供正确的供氧量。

优选地，所述的智能化模块为机器视觉模块、噪声传感器、振动传感器、温度传感器、二氧化碳传感器中的至少一种：

微控制器可通过机器视觉模块中背景参照物的后退速度确定佩戴者移动的速度，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

振动传感器可以感知人体运动的频率、幅度、三轴加速度，将感知信号反馈到微控制器，微控制器借此对人体运动状态进行评估，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过噪声传感器获得因人体呼吸而产生的噪声变化规律来计算人的呼吸频率，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过温度传感器获得气囊内气体温度变化的速度，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过二氧化碳传感器探测气囊中二氧化碳的浓度变化速率，确定人体的运动状态，随时调整自动阀门的供氧量。

作为本发明一种人工智能型自救器的第一方面与第二方面的进一步优选方案，还包括有电源开关，电池通过电源开关为微控制器供电，电源开关的机械控制部分与活动外壳的开启联动。作为更进一步的优选方案，所述的电源开关为磁控开关，所述的电源开关的机械控制部分为磁铁，磁铁直接固定在活动外壳上或用绳子与活动外壳相连接。

作为本发明一种人工智能型自救器的第一方面与第二方面的进一步优选方案，还包括有呼气单向阀片、呼气管路、二氧化碳过滤器、吸气单向阀片、排气单向阀，呼气单向阀片位于呼气管路上，呼气管路与二氧化碳过滤器的一端相通，二氧化碳过滤器的另一端与气囊相通，吸气单向阀片位于气囊到面罩的路径上，排气单向阀位于面罩或气囊上，人体呼出的浊气经面罩、呼气单向阀片、呼气管路进入二氧化碳过滤器，过滤后的气体进入气囊，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来也进入气囊，两路气体混合后经吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸，多余的气体通过排气单向阀排到大气中；电池为微控制器供电，尤其是，所述的呼气单向阀片与吸气单向阀片，两种阀片的数量和不小于3片。

作为本发明一种人工智能型自救器的第一方面与第二方面的进一步优选方案，所述的气源为压缩气体自救器内的高压气瓶、瓶头阀及减压阀，其特征在于：所述自动阀门为位于减压阀上的补气杆以及与补气杆相接触的凸轮机构，凸轮机构包括凸轮与电机，凸轮中心套在电机轴上，电机带动凸轮旋转，凸轮旋转的角度不同，补气杆的偏转角度也不同，减压阀释放到气囊内气体的流量也跟着发生变化。如果角度为90度，被测气流直接冲击气压传感器，流速越大则压力越大；如果角度为0度，被测气流从气压传感器检测面旁边流过，根据伯努利原理，流速越大压力越小；无论如何，角度固定时，流速与气压传感器读取的压力值具有唯一的对应关系，读取压力值即可确定流速，流速与气压传感器所处位置管路面积的乘积即为供氧量。取得某一时间段ti的供氧量qi,二者乘积ti*qi即为本时间段内减少的氧气储量,∑ti*qi为总耗氧量，气源的总氧气储量减去总耗氧量即为剩余氧气量。

作为本发明一种人工智能型自救器的第一方面与第二方面的进一步优选方案，所述的一种人工智能型自救器，为人工智能型化学氧自救器；所述的气源为可吸收CO2或H2O并产生O2的药品包，还包括有呼气单向阀片、呼气管路、吸气单向阀片，排气单向阀，呼气单向阀片位于呼气管路上，呼气管路与药品包的一端相通，药品包的另一端与气囊相通，吸气单向阀片位于气囊到面罩的路径上，排气单向阀位于面罩或气囊上，人体呼出的浊气经面罩、呼气单向阀片、呼气管路进入药品包，过滤后的、富含氧气的新鲜空气从气源释放出来进入气囊，经吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸，多余的气体通过排气单向阀排到大气中。尤其是，所述的自动阀门为一设置于呼气管路上的、可变出口方向的三通阀与阀片组件，阀片组件由可旋转的阀片与电机组成，电机与电机驱动模块连接，电机驱动模块与微控制器连接，三通阀的旋转由微控制器驱动，三通阀的进口朝向呼气单向阀片方向，三通阀有A、B两个出口，A出口通向药品包方向，B出口通向气囊，当阀片旋转挡住B出口时，人体呼出的气体经呼气硬管进入药品包，药品将气体中的二氧化碳与水蒸气置换为氧气，置换出的氧气进入气囊；当阀片旋转挡住A出口时，人体呼出的气体不进入药品包而直接进入气囊；未过滤与已经过滤的气体在气囊内混合，混合气体通过吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸，调整阀片在两个出口位置所处时间的比例可以达到调整供氧量、调整气囊内二氧化碳浓度的目的。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明将有限的氧气资源智能地分配到逃生的任意阶段，使得自救器的供氧量适合佩戴者在逃生中所有的运动模式，克服了现有自救器只适用于匀速步行方式的缺点。在跑步时提供足够的供氧量，在静坐时提供了超长时间的呼吸保护。另外，除“自救”功能外，本发明还为“他救”提供了便捷的、双向的信息传输，佩戴者的人身安全更加得到了保障。

附图说明

图1是本发明的电控系统原理框架图；

图2是面罩的局部放大剖面图；

图3是实施例1采用压缩气体为气源的人工智能型自救器结构示意图；

图4是实施例2采用超氧化钾为气源的人工智能型自救器结构示意图。

在图1中，1为磁铁，2为常闭型磁控开关，3为电池，4为喇叭，5为麦克风，6为智能语音人机交互模块LD3320，7为微控制器，8为振动传感器，9为电机，10为电机驱动模块，11为摄像头，12为机器视觉传感器，13为气压传感器，14为噪声传感器，15为温度传感器，16为通讯模块，17为二氧化碳传感器。

在图2中，4为喇叭，11为摄像头，19为面罩，20为气囊，21为呼气软管，24为呼气阀片，25为吸气阀片，29为排气单向阀。

在图3中，1为磁铁，2为常闭型磁控开关，4为喇叭，5为麦克风，9为电机，28为绳子，18为活动外壳，19为面罩，20为气囊，21为呼气软管，22为自动阀门，23为呼气硬管，26为外壳主体，29为排气单向阀，31为瓶头阀，32为减压阀，33为减压阀补气杆，34为凸轮，35为锥形孔，36为储气腔，37为二氧化碳过滤器

在图4中，1为磁铁，2为常闭型磁控开关，4为喇叭，5为麦克风，9为电机，17为绳子，18为活动外壳，19为面罩，20为气囊，21为呼气软管，22为自动阀门，23为呼气硬管(图1～4中，呼气软管与呼气硬管共同组成呼气管路)，26为外壳主体，29为排气单向阀，37为气源兼二氧化碳过滤器的药品包，42为可旋转阀片，43为阀片旋转轴，44为联轴器。

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。在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“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、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。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”的词汇，应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体化连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以很容易地根据具体情况理解这些术语。

随着电子技术的日益发展，很多芯片厂家将印刷电路板上的、原属于微处理器的外围设备也一并集成到芯片内，称作“片内外设”。本发明涉及的智能化模块或传感器也可能集成到微控制器内，或者智能化模块集成了微控制器，但本发明的原理与结构并未改变，同样属于本发明的保护范围。

自救器的呼吸装置主要有面罩、“口具+鼻夹”、“快速接口+可分离面罩”三种形式，其中第三种形式面罩与自救器主体之间为可分离结构，使用时通过快速接口连接为一体。本申请所提及的面罩为广义的面罩。如果将呼吸装置更换为“口具+鼻夹”或“快速接口+可分离面罩”，并未改变本发明的基本原理与结构，同样属于本发明的保护范围。

微控制器一般都有休眠功能，休眠时功耗极低，甚至可以低到0.5uA,如此低的功耗，即使待机三年，对电池的消耗也几乎可以忽略不计。在下面两个实施例中，如果将微控制器设置为休眠模式，电源开关也是可以精简掉的，唤醒虽然有多种方式，但本质上与电源开关起相同的作用，同样属于本发明的保护范围。

气囊是一种软体的储气容器。虽然硬体储气容器实用性差一点，但如果对容积要求不高时也可以采用。在本发明的部分实施方案及下面两个具体的实施例中，如果将气囊置换为硬体储气容器，比如可折叠、伸缩的波纹管，也可以实现其功能，并未改变本发明的基本原理与结构，同样属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例是本发明“一种人工智能型自救器”的压缩气体自救器版本。如图1、2、3所示，电源开关由磁铁1、常闭型磁控开关2组成。电池3通过磁控开关2向微控制器7供电。平时磁铁1位于磁控开关2的外表面，通过其吸力将磁控开关2的触点分离，磁控开关2处于断开状态。需要使用自救器时，佩戴者打开活动外壳18，由于磁铁1通过绳子28与活动外壳18相连接，故磁铁1在外力的作用下离开磁控开关2的外表面。常闭型磁控开关2失去磁铁1的吸力，触点闭合，电池3开始向微控制器7供电。微控制器7直接或间接连接有喇叭4、麦克风5、智能语音人机交互模块6、振动传感器8。微控制器7还通过电机驱动模块10连接电机9，通过机器视觉传感器12连接摄像头11。气压传感器13、噪声传感器14、温度传感器15、通讯模块16、二氧化碳传感器17也连接到微控制器上。

如图2、3所示，面罩19的内表面固定有麦克风5，外表面固定有喇叭4与摄像头11，面罩19与充满了氢氧化钙的二氧化碳过滤器37之间由呼气软管21、气囊20连接，人体呼出的废气经呼气阀片24、呼气软管21进入二氧化碳过滤器37，过滤后的气体进入气囊20。与气囊20相通的还有气源部分。气源部分与二氧化碳过滤器37都固定在外壳主体26上，外壳主体26用腰带系在佩戴者的腰部。气源部分由气瓶30、瓶头阀31、减压阀32、自动阀门22、压力传感器13组成，而自动阀门22又由电机9、减压阀32、减压阀补气杆33、凸轮34组成，凸轮34的表面与补气杆33相切，电机9带动凸轮34旋转，凸轮34的表面顶着补气杆33以不同角度偏转，不同的偏转角度对应着唯一的气体流量，实现了压缩气体流量的智能化调节。

使用时，佩戴者打开瓶头阀31，压缩气体进入减压阀32，再由补气杆33根部的锥形孔35进入储气腔36。储气腔36与气囊20连通，腔体内的新鲜空气经过并冲击气压传感器13的表面进入气囊20，气囊20内的气体经吸气阀片25进入面罩19供人体呼吸，多余的气体通过排气单向阀29排出，微控制器7读取气压传感器13的气压值可以确定当前的流量。在佩戴者逃生的过程中，可以发出语音命令，比如“补气”、“减气”、“休息模式”、“步行模式”、“跑步模式”等等，麦克风5将语音命令传送到智能语音人机交互模块6，智能语音人机交互模块6将语音命令转换为微控制器7可以读懂的串行通信数据，微控制器7就可以掌握佩戴者当前的运动状态，通过电机驱动模块10控制电机9来调节供氧量。同理，佩戴者还可以将“我被困在某某地点”的信息通过气压传感器13安装于减压阀到气囊的气流路径上，气压传感器13的检测面与气流方向之间为固定角度，压力的测量值随着气流流速的变化而变化，如果角度为90度，被测气流直接冲击气压传感器，流速越大则压力越大；如果角度为0度，被测气流从气压传感器检测面旁边流过，根据伯努利原理，流速越大压力越小；无论如何，角度固定时，流速与气压传感器读取的压力值具有唯一的对应关系，读取压力值即可确定流速，流速与气压传感器所处位置管路面积的乘积即为供氧量。本实施例中角度为90°，流量与压力值为正相关。将预先测定好的压力_流量的、一一对应的测定值做成表格，固化在微控制器7中，微控制器7就可以根据该表格调整流量。微控制器7还可以将执行情况通过智能语音人机交互模块6、喇叭4通知佩戴者，比如“好的”“任务已完成”等等。同理，佩戴者如果要发送求救信息，比如说“我被困在某某地点”，可以通过“麦克风5→智能语音人机交互模块6→微控制器7→通讯模块16”的信息传输路线向救援队发出，救援队也可以通过“通讯模块16→微控制器7→智能语音人机交互模块6→喇叭4”的信息传输路线向佩戴者发送救援信息。如果佩戴者忘记了告诉微控制器其当前的运动状态，微控制器也可以通过振动传感器8、机器视觉模块10(摄像头11)、噪声传感器14、二氧化碳传感器17、温度传感器15中的至少一种传感器传递的信息判断佩戴者的运动状态，微控制器还可以综合上述五种传感器传递的信息来进行判断。佩戴者还可以根据该智能语音人机交互模块6提供的信息来了解自救器的氧气剩余量、逃生注意事项。

本实施例是针对自救器的一般应用场合。在一些逃生距离短的场合，比如森林消防，如果适当加大供气量，气瓶中的气体仍然满足逃生需要；鉴于周围空气中不含有毒有害物质，自救器的作用仅仅是隔绝外部高温气体对人体呼吸道的损害，面罩与人脸也无需贴合很紧密，因为即使呼吸到少部分外部空气也对人体无伤害。所以，作为本实施例的另一种实施方式，可以将排气单向阀29省略，面罩中多余的气体通过面罩与人脸接触处的缝隙排到大气中；又因为人体呼出的二氧化碳被气瓶释放的、大量的新鲜空气稀释到1％以下，气囊中的二氧化碳也不会造成佩戴者身体的损害，无需过滤二氧化碳。故还可以将呼气单向阀片24、呼气软管21、呼气硬管23、二氧化碳过滤器37、吸气单向阀片25省略。

实施例2

本实施例是本发明“一种人工智能型自救器”的化学氧自救器版本。可吸收CO2或H2O并产生O2的药品采用超氧化钾。

如图1、2、4所示，电源开关由磁铁1、常闭型磁控开关2组成。电池3通过磁控开关2向微控制器7供电。平时磁铁1位于磁控开关2的外表面，通过其吸力将磁控开关2的触点分离，磁控开关2处于断开状态。需要使用自救器时，佩戴者打开活动外壳18，由于磁铁1通过绳子28与活动外壳18相连接，故磁铁1在外力的作用下离开磁控开关2的外表面，常闭型磁控开关2失去磁铁1的吸力，触点闭合，电池3开始向微控制器7供电。微控制器7直接或间接连接有喇叭4、麦克风5、智能语音人机交互模块6、振动传感器8。微控制器7还通过电机驱动模块10连接电机9，通过机器视觉传感器12连接摄像头11。气压传感器13、噪声传感器14、温度传感器15、通讯模块16、二氧化碳传感器17也连接到微控制器上。

如图2、4所示，面罩19的内表面固定有麦克风5，外表面固定有喇叭4与摄像头11、排气单向阀29，面罩19连接呼气软管21、自动阀门22、呼气硬管23、超氧化钾37，其中自动阀门22为三通阀，三通阀的进口连接呼气软管21，有A、B两个出口，A出口通向呼气硬管23，B出口通向气囊，三通阀内设一可旋转的阀片42，该阀片42旋转轴43与电机9通过联轴器44连接。当阀片42旋转挡住B出口时，人体呼出的气体经呼气硬管23进入超氧化钾37，超氧化钾37将气体中的二氧化碳与水蒸气置换为氧气，置换出的氧气进入气囊20；当阀片42旋转挡住A出口时，人体呼出的气体不进入超氧化钾37而直接进入气囊20；未过滤与已经过滤的气体在气囊20内混合，混合气体通过3片吸气单向阀片25进入面罩19供人体呼吸，多余的气体经过排气单向阀29排到大气中。微控制器7通过调整阀片42在两个出口位置所处时间的比例可以达到调整供氧量、调整气囊20内二氧化碳浓度不超过安全浓度的目的。

在佩戴者逃生的过程中，可以发出语音命令，比如“补气”、“减气”、“休息模式”、“步行模式”、“跑步模式”等等，麦克风5将语音命令传送到智能语音人机交互模块6，智能语音人机交互模块6将语音命令转换为微控制器7可以读懂的串行通信数据，微控制器7就可以掌握佩戴者当前的运动状态，通过电机驱动模块10控制电机9来调节供氧量。微控制器7还可以将执行情况通过智能语音人机交互模块6、喇叭4通知佩戴者，比如“好的”“任务已完成”等等。同理，佩戴者如果要发送求救信息，比如说“我被困在某某地点”，这条信息可以通过“麦克风5→智能语音人机交互模块6→微控制器7→通讯模块16”的信息传输路线向救援队发出，救援队也可以通过“通讯模块16→微控制器7→智能语音人机交互模块6→喇叭4”的信息传输路线向佩戴者发送救援信息。如果佩戴者忘记了告诉微控制器其当前的运动状态，微控制器也可以通过振动传感器8、机器视觉模块10(摄像头11)、噪声传感器14、二氧化碳传感器17中至少一种传感器传递的信息判断佩戴者的运动状态。另外，微控制器7还可以通过温度传感器15的数据判断气囊20内的温度是否超过佩戴者可以忍耐的程度以及温度的变化速率以调整供氧量，微控制器还可以综合上述五种传感器传递的信息来判断佩戴者的运动状态，最后调整供氧量。佩戴者还可以根据该智能语音人机交互模块6提供的信息来了解自救器的氧气剩余量、逃生注意事项。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术佩戴者来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (10)

1.一种人工智能型自救器，包括活动外壳、外壳主体以及固定在外壳主体上的自救呼吸装置，所述的自救呼吸装置包括面罩、气源、自动阀门、气囊、电池、微控制器，面罩直接或间接与气囊相连接，人体呼出的浊气经面罩进入气囊；气源通过自动阀门与气囊相连接，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来经过自动阀门也进入气囊，两路气体在气囊内混合后进入面罩供人体呼吸；电池与微控制器相连接并为微控制器供电，微控制器还与自动阀门电性连接，活动外壳与外壳主体间为可分离连接；其特征在于：还包括智能语音交互模块，所述的智能语音交互模块为微控制器内置或连接到微控制器上，佩戴者可以通过该模块告知微控制器自己的运动状态，微控制器据此可以控制自动阀门调节供氧量，微控制器也可以通过智能语音人机交互模块告知佩戴者氧气剩余量。

2.根据权利要求1所述的一种人工智能型自救器，其特征在于：还包括通讯模块并连接到微控制器上，佩戴者可以用语音命令要求微控制器发送求救信息，微控制器通过通讯模块将求救信息发出，外部救援人员还可以通过通讯模块、微控制器、智能语音人机交互模块的信息传输路线告知佩戴者逃生注意事项。

3.一种人工智能型自救器，包括活动外壳、外壳主体以及固定在外壳主体上的自救呼吸装置，所述的自救呼吸装置包括面罩、气源、自动阀门、气囊、电池、微控制器，面罩直接或间接与气囊相连接，人体呼出的浊气经面罩进入气囊；气源通过自动阀门与气囊相连接，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来经过自动阀门也进入气囊，两路气体在气囊内混合后进入面罩供人体呼吸；电池与微控制器相连接并为微控制器供电，微控制器还与自动阀门电性连接，活动外壳与外壳主体间为可分离连接，其特征在于：还包括确定人体运动状态的智能化模块，所述的确定人体运动状态的智能化模块为微控制器内置或连接到微控制器上，微控制器根据该智能化模块提供的信息确定人体运动状态，计算供氧参数，控制自动阀门提供正确的供氧量。

4.根据权利要求3所述的一种人工智能型自救器,其特征在于：所述的智能化模块为机器视觉模块、噪声传感器、振动传感器、温度传感器、二氧化碳传感器中的至少一种：

微控制器可通过机器视觉模块中背景参照物的后退速度确定佩戴者移动的速度，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

振动传感器可以感知人体运动的频率、幅度、三轴加速度，将感知信号反馈到微控制器，微控制器借此对人体运动状态进行评估，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过噪声传感器获得因人体呼吸而产生的噪声变化规律来计算人的呼吸频率，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过温度传感器获得气囊内气体温度变化的速度，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态；

微控制器通过二氧化碳传感器探测气囊中二氧化碳的浓度变化速率，判断人体处于走路、跑步、静坐中的何种状态。

5.根据权利要求1或3所述的一种人工智能型自救器，其特征在于：还包括有电源开关，电池通过电源开关为微控制器供电，电源开关的机械控制部分与活动外壳的开启联动。

6.根据权利要求5所述的一种人工智能型自救器，其特征在于：所述的电源开关为磁控开关，所述的电源开关的机械控制部分为磁铁，磁铁直接固定在活动外壳上或用绳子与活动外壳相连接。

7.根据权利要求1或3所述的一种人工智能型自救器，还包括有呼气单向阀片、呼气管路、二氧化碳过滤器、吸气单向阀片、排气单向阀，呼气单向阀片位于呼气管路上，呼气管路与二氧化碳过滤器的一端相通，二氧化碳过滤器的另一端与气囊相通，吸气单向阀片位于气囊到面罩的路径上，排气单向阀位于面罩或气囊上，人体呼出的浊气经面罩、呼气单向阀片、呼气管路进入二氧化碳过滤器，过滤后的气体进入气囊，富含氧气的新鲜空气从气源释放出来也进入气囊，两路气体混合后经吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸，多余的气体通过排气单向阀排到大气中；其特征在于：所述的呼气单向阀片与吸气单向阀片，两种阀片的数量和不小于3片。

8.根据权利要求1或3所述的一种人工智能型自救器，所述的气源为压缩气体自救器内的高压气瓶、瓶头阀及减压阀，其特征在于：所述的自动阀门为位于减压阀上的补气杆以及与补气杆相接触的凸轮机构，凸轮机构包括凸轮与电机，凸轮中心套在电机轴上，电机带动凸轮旋转，旋转的角度不同，补气杆的偏转角度也不同，减压阀释放到气囊内气体的流量也跟着发生变化，凸轮旋转的每一个角度值都对应着唯一的流量值。

9.根据权利要求1或3所述的一种人工智能型自救器，其特征在于：对于压缩气体自救器，还包括流量计，该流量计为气压传感器，其安装于减压阀释放出气体的气流路径上，气压传感器的检测面与被测气流方向之间为固定角度，压力的测量值随着气流流速的变化而变化，流速与气压传感器读取的压力值具有唯一的对应关系，读取压力值即可确定流速，流速与气压传感器所处位置管路面积的乘积即为供氧量。

10.根据权利要求1或3所述的一种人工智能型自救器，为人工智能型化学氧自救器；所述的气源与二氧化碳过滤器为可吸收CO2或H2O并产生O2的药品包，还包括有呼气单向阀片、呼气管路、吸气单向阀片，排气单向阀，呼气单向阀片位于呼气管路上，呼气管路与药品包的一端相通，药品包的另一端与气囊相通，吸气单向阀片位于气囊到面罩的路径上，排气单向阀位于面罩或气囊上，人体呼出的浊气经面罩、呼气单向阀片、呼气管路进入药品包，过滤后的、富含氧气的新鲜空气从药品包进入气囊，经吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸，多余的气体通过排气单向阀排到大气中，其特征在于：所述的自动阀门为一设置于呼气管路上的、可变出口方向的三通阀与阀片组件，阀片组件由可旋转的阀片与电机组成，电机与电机驱动模块连接，电机驱动模块与微控制器连接，三通阀的旋转由微控制器驱动，三通阀的进口朝向呼气单向阀片方向，三通阀有A、B两个出口，A出口通向药品包方向，B出口通向气囊，当阀片旋转挡住B出口时，人体呼出的气体经呼气管路进入药品包，药品将气体中的二氧化碳与水蒸气置换为氧气，置换出的氧气进入气囊；当阀片旋转挡住A出口时，人体呼出的气体不进入药品包而直接进入气囊；未过滤与已经过滤的气体在气囊内混合，混合气体通过吸气单向阀片进入面罩供人体呼吸；调整阀片在两个出口位置所处时间的比例可以达到调整供氧量、调整气囊内二氧化碳浓度的目的。

Images