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1、(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201521029933.X (22)申请日 2015.12.14 A62B 7/10(2006.01) A62B 9/06(2006.01) (73)专利权人 沈阳工业大学 地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发区 沈辽西路 111 号 (72)发明人 敖敏 赵柏山 代文多 程恩琥 (74)专利代理机构 沈阳智龙专利事务所 ( 普通 合伙 ) 21115 代理人 周楠 宋铁军 (54) 实用新型名称 自动送风式除霾口罩 (57) 摘要 本实用新型涉及一种自动送风式除霾口罩， 主要由前端口罩和终端空气净化装置和集线空气 导管组成 ；。
2、 前端口罩和终端空气净化装置通过集 线空气导管， 该导管内嵌有传感器信号线。 本实用 新型可以提供良好的过滤效果， 并且提高了佩戴 舒适度， 可以降低雾霾天气对于人体的伤害。 利用 检测人体呼吸状态及空气悬浮颗粒物浓度数据， 控制系统运行， 降低了系统整体能耗， 减小了所依 赖电池体积及重量， 提高了便携性。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书1页 说明书4页 附图6页 CN 205215977 U 2016.05.11 CN 205215977 U 1.一种自动送风式除霾口罩， 其特征在于。
3、： 该口罩主要由前端口罩、 终端空气净化装置 及集线空气导管组成， 前端口罩和终端空气净化装置通过集线空气导管连接， 该导管内嵌 有传感器信号线； 前端口罩 （1） 内嵌送风腔 （2） ， 口罩传感器模块 （3） 位于送风腔 （2） 两侧， 送 风腔 （2） 通过集线空气导管 （4） 与终端空气净化装置相连； 终端空气净化装置由气泵 （5） 、 控 制器模块 （8） 、 空气悬浮颗粒物浓度检测模块 （7） 、 气体过滤模块、 和人机交互面板 （9） 组成； 口罩传感器模块 （3） 与控制器模块 （8） 相连接； 控制器模块 （8） 通过气泵调速器连接气泵 （5） ， 气泵 （5） 连接气体过滤。
4、模块， 空气悬浮颗粒物浓度检测模块 （7） 与人机交互面板 （9） 均 连接控制器模块 （8） 。 2.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 集线空气导管 （4） 内分别 嵌入了口罩传感器所需的信号线， 口罩传感器模块 （3） 通过集线空气导管 （4） 内的信号线与 控制器模块 （8） 相连接。 3.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 气体过滤模块包括一级过 滤模块 （10） 和二级过滤模块 （11） ， 一级过滤模块通过可拆卸式导管与气泵入气口相连， 二 级过滤模块与气泵出气口和集线空气导管相连。 4.根据权利要求3所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于。
5、： 一级过滤模块内置过滤 芯； 二级过滤模块内置静电吸附材料。 5. 根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 空气悬浮颗粒物浓度检 测模块 （7） 采用GP2Y1010AU0F 传感器。 6.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 前端口罩 （1） 中心具有固 定送风腔的凹槽。 7.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 送风腔 （2） 正面开有直径 0.7mm的气孔 （21） ， 送风腔底部与空气集线导管 （4） 相连接； 送风腔正面中心位置和背面右 下角位置设有传感器安装口 （27） 。 8.根据权利要求7所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在。
6、于： 传感器安装口 （27） 的四个 角开有固定螺丝孔 （271） ， 传感器安装口 （27） 的中间位置设有接触点 （272） 。 9.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 集线空气导管 （4） 的内腔 为导气腔 （42） ， 导气腔 （42） 外部为导管壁 （43） ， 导管壁 （43） 内嵌有信号线。 10.根据权利要求1所述的自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 前端口罩 （1） 为布制口 罩。 权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 205215977 U 2 自动送风式除霾口罩 技术领域 0001 本实用新型属于可穿戴智能设备， 主要涉及一种用于主动过滤空气悬浮颗。
7、粒物的 装置， 特别是涉及一种自动送风式除霾口罩， 实现过滤空气中直径 2.5 m的颗粒物， 且在 人体吸气时自动运行， 呼气时自动停止。 背景技术 0002 当今空气污染严重， 在个别城市频发雾霾天气。 常用的无纺布口罩密合程度低， 对 超小直径颗粒物过滤效果不够理想。 而在现有的家用PM2.5空气过滤口罩多数为被动式过 滤方法。 并且为保正过滤效果， 过滤网有一定厚度， 导致佩戴舒适度不够理想。 为了保证对 超小直径颗粒有良好的过滤效果和舒适度， 有必要采用主动过滤方式。 市面上出售的送风 式过滤口罩采用不间断工作方式整体耗能高， 电池体积及重量大， 便携性差。 发明内容 0003 发明目。
8、的： 0004 为满足高过滤精度、 佩戴舒适、 便携性好要求的除霾口罩， 本实用新型设计了基于 气压传感器的体外非接触式人体呼吸检测装置自动送风式除霾口罩。 并结合空气悬浮颗粒 物浓度数据， 在人体吸气时启动工作， 呼气时停止工作从而动态调整工作状态， 大幅度降低 运行耗能， 减小所依赖电池容量， 更加节能环保。 0005 技术方案： 0006 本实用新型是通过以下技术方案实施的： 0007 一种自动送风式除霾口罩， 其特征在于： 该口罩主要由前端口罩、 终端空气净化装 置及集线空气导管组成， 前端口罩和终端空气净化装置通过集线空气导管连接， 该导管内 嵌有传感器信号线； 前端口罩内嵌送风腔，。
9、 口罩传感器模块位于送风腔两侧， 送风腔通过集 线空气导管与终端空气净化装置相连； 终端空气净化装置由气泵、 控制器模块、 空气悬浮颗 粒物浓度检测模块、 气体过滤模块、 和人机交互面板组成； 口罩传感器模块与控制器模块相 连接； 控制器模块通过气泵调速器连接气泵， 气泵连接气体过滤模块， 空气悬浮颗粒物浓度 检测模块与人机交互面板均连接控制器模块。 0008 集线空气导管内分别嵌入了口罩传感器所需的信号线， 口罩传感器模块通过集线 空气导管内的信号线与控制器模块相连接。 0009 气体过滤模块包括一级过滤模块和二级过滤模块， 一级过滤模块通过可拆卸式导 管与气泵入气口相连， 二级过滤模块与气。
10、泵出气口和集线空气导管相连。 0010 一级过滤模块内置过滤芯； 二级过滤模块内置静电吸附材料。 0011 空气悬浮颗粒物浓度检测模块采用GP2Y1010AU0F 传感器。 0012 前端口罩中心具有固定送风腔的凹槽。 0013 送风腔正面开有直径0.7mm的气孔， 送风腔底部与空气集线导管相连接； 送风腔正 面中心位置和背面右下角位置设有传感器安装口。 说 明 书 1/4 页 3 CN 205215977 U 3 0014 传感器安装口的四个角开有固定螺丝孔， 传感器安装口的中间位置设有接触点。 0015 集线空气导管的内腔为导气腔， 导气腔外部为导管壁， 导管壁内嵌有信号线。 0016 前。
11、端口罩为布制口罩。 0017 优点和效果： 0018 本实用新型在可以提供良好的过滤效果， 并且提高了佩戴舒适度。 可以降低雾霾 天气对于人体的伤害。 利用检测人体呼吸状态及空气悬浮颗粒物浓度的数据控制系统运 行， 降低了系统整体耗能， 减小了所依赖电池体积及重量， 提高了便携性。 0019 附图说明： 0020 图1为本实用新型系统结构示意图。 0021 图2口罩外形示意图。 0022 图3送风腔结构示意图， 图3 （a） 为送风腔正面示意图， 图3 （b） 为送风腔背面示意 图。 0023 图4传感器安装口结构示意图。 0024 图5气体过滤模块示意图， 图5 （a） 为一级过滤模块示意图。
12、， 图5 （b） 为二级过滤模块 结构示意图。 0025 图6集线空气导管结构示意图。 0026 图7集线空气导管与终端连接点处出线口示意图， 图7 （a） 为出线口正视图， 图7 （b） 为出线口侧视图， 图7 （c） 出线口截面图。 0027 图8呼吸检测模块传感器电路图。 0028 图9控制器模块电路图。 0029 图10驱动器模块电路图。 0030 具体实施方式： 0031 下面结合附图对本实用新型进行具体说明： 0032 本实用新型是一种自动送风式除霾口罩， 如图1所示， 该口罩主要由前端口罩、 终 端空气净化装置及集线空气导管组成， 前端口罩和终端空气净化装置通过集线空气导管连 接。
13、， 该导管内嵌有传感器信号线； 前端口罩1内嵌送风腔2， 口罩传感器模块3位于送风腔2两 侧， 送风腔2通过集线空气导管4与终端空气净化装置相连； 终端空气净化装置由气泵5、 控 制器模块8、 空气悬浮颗粒物浓度检测模块7、 气体过滤模块、 和人机交互面板9组成； 口罩传 感器模块3与控制器模块8相连接； 控制器模块8通过气泵调速器连接气泵5， 气泵5连接气体 过滤模块， 空气悬浮颗粒物浓度检测模块7与人机交互面板9均连接控制器模块8。 0033 集线空气导管4内分别嵌入了口罩传感器所需的8条信号线， 口罩传感器模块3通 过集线空气导管4内的信号线与控制器模块8相连接， 口罩传感器模块采用气压。
14、检测方式检 测使用者呼吸状态。 由前端口罩检测人体呼吸向终端装置发送， 终端净化装置通过分析数 据控制送风。 0034 前端口罩可以采用带中心槽布制口罩， 口罩外形如图2所示， 附图中按比例1:1.54 画出。 口罩整体长度为20cm， 最大宽度为9cm， 前端口罩中心带有固定送风腔的凹槽。 0035 送风腔结构附图3所示， 图3 （a） 所示， 送风腔2正面开有直径0.7mm的气孔21 （附图 中只画出部分孔） ， 送风腔底部与空气集线导管4相连接； 图3 （b） 所示， 送风腔正面中心位置 和背面右下角位置设有传感器安装口27。 说 明 书 2/4 页 4 CN 205215977 U 4。
15、 0036 传感器安装口结构如图4所示。 传感器安装口27的四个角开有固定螺丝孔271， 传 感器安装口27的中间位置设有接触点272。 集线空气导管4的内腔为导气腔42， 导气腔42外 部为导管壁43， 导管壁43内嵌有信号线。 0037 传感器安装口正面的四块铜制接触点272， 该接触点与集线空气导管中的信号线 和口罩传感器模块背面接触点相连接， 为口罩传感器模块提供可靠的信号传输链路。 0038 气体过滤模块包括一级过滤模块10和二级过滤模块11， 一级过滤模块通过可拆卸 式导管与气泵入气口相连， 二级过滤模块与气泵出气口和集线空气导管相连。 0039 气体过滤模块如附图5所示， 图5 。
16、（a） 为一级过滤模块， 其内置过滤芯， 可过滤空气 中直径较大的物体， 以防吸入气泵内。 图5 （b） 为二级过滤模块， 内置静电吸附材料， 可过滤 直径 2.5 m的颗粒物。 两个模块均可拆卸更换。 0040 空气悬浮颗粒物浓度检测模块7可以采用GP2Y1010AU0F 传感器。 0041 集线空气导管结构如图6所示， 集线空气导管4的内腔为导气腔42， 导气腔42外部 为导管壁43， 导管壁43内嵌有信号线。 0042 在导管壁内分布嵌入8条信号线。 导气腔直径为5mm， 导管壁厚为1.5mm。 导管与送 气腔不可拆卸式相连， 与空气二级过滤模块可拆卸式相连。 导管与二级过滤模块连接点处。
17、 使用导管插入方式与出线口结构连接， 将嵌入的信号线引出与控制器模块连接。 图7 （a） 为 出线口正视图， 图7 （b） 为出线口侧视图， 图7 （c） 出线口截面图。 0043 呼吸检测模块传感器电路图如图8所示， 模块使用了由 MEAS 推出的MS5611气压 传感器， 用于检测鼻腔周围气压变化量及大气压强大小， 为检测人体呼吸状态提供可靠的 数据。 0044 控制器模块电路图如图9所示， 采用一颗由意法半导体推出的ARM Cortex-M3内核 控制器STM32F103C8T6。 控制器模块负责通过MS5611传感器和GP2Y1010AU0F 传感器采集气 压数据和空气悬浮颗粒物浓度数。
18、据， 并在OLED显示屏幕上显示出当前空气污染程度以及空 气质量评估结果。 用户可通过四个按键输入当前佩戴者年龄、 肺活量、 运动强度。 控制器通 过控制调速器实现对气泵的控制。 0045 气泵驱动器模块原理图如图10所示， 该模块采用了由东芝推出的TB6612FNG驱动 芯片， 可通过改变使能信号及PWM信号占空比， 对目标电机精确调速。 0046 本实用新型工作原理如下： 0047 MCU通过前端传感器以2K的采样率， 分别获取鼻腔周围气压值及当前大气压强值， 通过状态分析算法获得当前人体呼吸状态。 再依据用户输入的参数及当前空气悬浮颗粒物 浓度值及呼吸状态计算出控制量， 通过控制量对气泵。
19、进行调速。 在气泵的作用下将气体过 滤并送入口罩送气腔。 0048 MCU通过IIC通信接口与MS5611传感器建立通信， GP2Y1010AU0F 输出量为模拟量， 采用12位A/D转换器转换成数字量， 再通过官方提供的转换算法变换成浓度值。 气泵驱动器 由是能接口 （AIN1、 AIN2） 和PWM信号接口控制， 通过改变PWM信号脉宽改变气泵旋转速度。 0049 状态分析算法： 两个气压传感器采集得到两个气压值 （鼻腔周围气压PA， 大气压强 Pm） 。 连续记录5组气压值分别为Pa1 Pm1、 Pa2Pm2、 Pa3Pm3、 Pa4Pm4、 Pa5Pm5， 求出每组差值P1、 P2、 。
20、P3、 P4、 P5， 舍去最大值及最小值取平均值P0。 将P0值与判别阈值相比， 若大于判别阈值 则处于吸气状态， 若小于判别阈值则处于呼气状态。 说 明 书 3/4 页 5 CN 205215977 U 5 0050 控制量的计算： 通过开机启动时用户输入的年龄、 肺活量及运动强度 （1-10） ， 查表 得该用户每次呼吸所需的气体量， 将气体量化成控制量。 当空气质量较好时通知用户不需 要工作。 说 明 书 4/4 页 6 CN 205215977 U 6 图1 图2 说 明 书 附 图 1/6 页 7 CN 205215977 U 7 图3 图4 说 明 书 附 图 2/6 页 8 CN 205215977 U 8 图5 图6 说 明 书 附 图 3/6 页 9 CN 205215977 U 9 图7 图8 说 明 书 附 图 4/6 页 10 CN 205215977 U 10 图9 说 明 书 附 图 5/6 页 11 CN 205215977 U 11 图10 说 明 书 附 图 6/6 页 12 CN 205215977 U 12 。