一种生物压电式智能口罩及其智能控制方法

摘要

本发明涉及一种生物压电式智能口罩，包括口罩本体，口罩本体的两侧设置挂耳和呼吸窗口，呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯由多层相互绝缘的薄膜构成，每层薄膜自左而右依次由第一电极层、第一芯材层、透气层、第二芯材层、第二电极层组成，所述芯材层采用生物式压电水凝胶，中心位置处设置透明窗口，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生物压电式智能口罩的智能控制方法。本发明可在呼吸气压下产生电能，从而有静电吸附灰尘与病毒的功能；同时，本发明通过智能控制装置可实现滤芯的工作电压与人的呼吸气压相匹配，基于数据挖掘技术，预测且补偿工作电压，从而保证长时间使用时，呼吸畅通的过滤性、吸附性及节能性。

权利要求

1.一种生物压电式智能口罩，其特征在于：包括口罩本体，口罩本体的两侧设置挂耳和呼吸窗口，呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯由多层相互绝缘的薄膜构成，每层薄膜自左而右依次由第一电极层、第一芯材层、透气层、第二芯材层、第二电极层组成，所述第一芯材层和第二芯材层采用生物式压电水凝胶；口罩本体的中心位置处设置可以看见使用者面部表情的透明窗口，所述口罩本体上还设置智能控制装置；所述智能控制装置包括：电压转换模块，采用桥式整流电路，得到直流电压，作为呼吸时产生的电压，供控制模块检测，且能给电源模块充电；

控制模块，采用微型单片机，用于读取口罩滤芯的呼吸信息，并向报警模块、电压补偿模块供电；根据采样时间,基于数据挖掘技术得到衰减系数；

电源模块，采用可充电纤维状电池，用于收集呼吸时产生的能量并向控制模块提供稳定电压；补偿口罩滤芯的电压衰减，从而向口罩滤芯提供工作电压；

电压补偿模块，基于衰减系数，预测且补偿生物式压电水凝胶长时间工作时的电压衰减；

报警模块，采用LED指示灯和蓝牙组成，用于检测生物压电式智能口罩是否正常工作，LED指示灯亮时表示正常工作，灭时表示停止工作，闪烁时表示呼吸异常；当无法补偿生物式压电水凝胶的电压衰减时，通过蓝牙向手机发出报警，提醒更换口罩滤芯。

2.根据权利要求1所述的生物压电式智能口罩，其特征在于：所述口罩本体采用乙烯制成，所述透明窗口采用聚碳酸酯制成，所述生物式压电水凝胶产生的压电电压随使用时间衰减。

3.根据权利要求1所述的生物压电式智能口罩，其特征在于：所述第一电极层和第二电极层均采用碳纤维。

4.根据权利要求1所述的生物压电式智能口罩，其特征在于：所述电压转换模块和电压补偿模块设置于口罩本体的左、右两侧，所述电源模块、控制模块和报警模块设置于口罩本体的下方。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的生物压电式智能口罩的智能控制方法，其特征在于：该方法包括：第一芯材层和第二芯材层采用的生物式压电水凝胶在呼吸气压下可产生电压，经过电压转换模块的桥式整流后被电源模块收集；开始阶段，通过数据挖掘技术，根据采样时间，得到衰减系数；工作阶段，电源模块向控制模块提供电压，同时电压转换模块循环获取呼吸电压信息并发送至控制模块，经电压补偿模块成功补偿后得到工作电压，当无法补偿衰减时，蓝牙向用户手机发出警告，提示更换口罩滤芯；获取工作电压后与用户正常呼吸电压预设值对比，通过调节控制模块向口罩滤芯提供工作电压，在呼吸电压安全预设值范围内，使得口罩滤芯工作电压随着呼吸气压的增大而增大；当呼吸气压脱离安全预设值范围，达到气压危险值时，LED指示灯闪烁，发出危险警告。

说明书

一种生物压电式智能口罩及其智能控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及智能口罩技术领域，尤其是一种生物压电式智能口罩及其智能控制方法。

背景技术

[0002] 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静电吸附减弱，佩戴不舒适，不够智能化，无法自供电，无法实时监测呼吸状
况，供电模块无法降解，不节能环保等。此外，还出现很多起戴口罩运动窒息的案例，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，使用者的安全也应得到充分
的保护。

发明内容

[0003] 本发明的首要目的在于提供一种在保证对病菌防除和呼吸状况监测的基础上，实现呼吸状况实时监测与危险警告，实现呼吸气流的均匀，实现长时间使用静电吸附不变的
生物压电式智能口罩。

[0004] 为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种生物压电式智能口罩，包括口罩本体，口罩本体的两侧设置挂耳和呼吸窗口，呼吸窗口内设有口罩滤芯，口罩滤芯由多层
相互绝缘的薄膜构成，每层薄膜自左而右依次由第一电极层、第一芯材层、透气层、第二芯
材层、第二电极层组成，所述第一芯材层、第二芯材层均采用生物式压电水凝胶作为压电
层；口罩本体的中心位置处设置可以看见使用者面部表情的透明窗口，所述口罩本体上还
设置智能控制装置。

[0005] 所述口罩本体采用乙烯制成，所述透明窗口采用聚碳酸酯制成，所述生物式压电水凝胶产生的压电电压随使用时间衰减。

[0006] 所述第一电极层和第二电极层均采用碳纤维。

[0007] 所述智能控制装置包括：

[0008] 电压转换模块，采用桥式整流电路，得到直流电压，作为呼吸时产生的电压，供控制模块检测，且能给电源模块充电；

[0009] 控制模块，采用微型单片机，用于读取口罩滤芯的呼吸信息，并向报警模块、电压补偿模块供电；根据采样时间,基于数据挖掘技术得到衰减系数；

[0010] 电源模块，采用可充电纤维状电池，用于收集呼吸时产生的能量并向控制模块提供稳定电压；补偿口罩滤芯的电压衰减，从而向口罩滤芯提供工作电压；

[0011] 电压补偿模块，基于衰减系数，预测且补偿生物式压电水凝胶长时间工作时的电压衰减；

[0012] 报警模块，采用LED指示灯和蓝牙组成，用于检测生物压电式智能口罩是否正常工作，LED指示灯亮时表示正常工作，灭时表示停止工作，闪烁时表示呼吸异常；当无法补偿生
物式压电水凝胶的电压衰减时，通过蓝牙向手机发出报警，提醒更换口罩滤芯。

[0013] 所述电压转换模块和电压补偿模块设置于口罩本体的左、右两侧，所述电源模块、控制模块和报警模块设置于口罩本体的下方。

[0014] 本发明的另一目的在于提供一种生物压电式智能口罩的智能控制方法，该方法包括：第一芯材层和第二芯材层采用的生物式压电水凝胶在呼吸气压下可产生电压，经过电
压转换模块的桥式整流后被电源模块收集；开始阶段，通过数据挖掘技术，根据采样时间，
得到衰减系数；工作阶段，电源模块向控制模块提供电压，同时电压转换模块循环获取呼吸
电压信息并发送至控制模块，经电压补偿模块成功补偿后得到工作电压，当无法补偿衰减
时，蓝牙向用户手机发出警告，提示更换口罩滤芯；获取工作电压后与用户正常呼吸电压预
设值对比，通过调节控制模块向口罩滤芯提供工作电压，在呼吸电压安全预设值范围内，使
得口罩滤芯工作电压随着呼吸气压的增大而增大；当呼吸气压脱离安全预设值范围，达到
气压危险值时，LED指示灯闪烁，发出危险警告。

[0015] 由上述技术方案可知，本发明的有益效果为：本发明的电压补偿模块可根据衰减系数智能补偿工作电压，可使生物式压电水凝胶长期使用，本发明的口罩滤芯含有生物式
压电水凝胶，可在呼吸气压下产生电能，且具有静电吸附功能；同时，本发明可实现供电电
压与呼吸电压相匹配，能够很好的保证长时间使用呼吸畅通的过滤性及吸附性及节能性；
本发明在监测用户呼吸异常时，可以发出危险警告和节能环保。

附图说明

[0016] 图1为本发明中口罩滤芯的结构示意图；

[0017] 图2为本发明的电路框图；

[0018] 图3为本发明的方法流程图；

[0019] 图4、5、6均为本发明的结构示意图。

具体实施方式

[0020] 如图1、4、5、6所示，一种生物压电式智能口罩，包括口罩本体13，口罩本体13的两侧设置挂耳12和呼吸窗口，呼吸窗口内设有口罩滤芯7，口罩滤芯7由多层相互绝缘的薄膜
构成，每层薄膜自左而右依次由第一电极层1、第一芯材层2、透气层3、第二芯材层4、第二电
极层5组成，所述第一芯材层2、第二芯材层4均采用生物式压电水凝胶作为压电层，在呼吸
气压作用下，第一芯材层2和第二芯材层4中产生压电，基于静电吸附作用，其吸附透气层中
空气里的病菌、微小颗粒等；口罩本体13的中心位置处设置可以看见使用者面部表情的透
明窗口14，所述口罩本体13上还设置智能控制装置。

[0021] 所述口罩本体13采用乙烯制成，所述透明窗口14采用聚碳酸酯制成，所述生物式压电水凝胶产生的压电电压随使用时间衰减。

[0022] 所述第一电极层1和第二电极层5均采用碳纤维。

[0023] 如图2所示，所述智能控制装置包括：

[0024] 电压转换模块8，采用桥式整流电路，得到直流电压，作为呼吸时产生的电压,供控制模块6检测，且能给电源模块9充电；

[0025] 控制模块6，采用微型单片机，用于读取口罩滤芯7的呼吸信息，并向报警模块10，电压补偿模块11供电；根据采样时间,基于数据挖掘技术得到衰减系数；

[0026] 电源模块9，采用可充电纤维状电池，用于收集呼吸时产生的能量并向控制模块6提供稳定电压；补偿口罩滤芯7的电压衰减，从而向口罩滤芯7提供工作电压；

[0027] 电压补偿模块11，基于衰减系数，预测且补偿生物式压电水凝胶长时间工作时的电压衰减；

[0028] 报警模块10，采用LED指示灯和蓝牙组成，用于检测生物压电式智能口罩是否正常工作，LED指示灯亮时表示正常工作，灭时表示停止工作，闪烁时表示呼吸异常；当无法补偿
生物式压电水凝胶的电压衰减时，通过蓝牙向手机发出报警，提醒更换口罩滤芯7。

[0029] 所述电压转换模块8和电压补偿模块11设置于口罩本体13的左、右两侧，所述电源模块9、控制模块6和报警模块10设置于口罩本体13的下方。

[0030] 如图3所示，本方法包括：第一芯材层2和第二芯材层4采用的生物式压电水凝胶在呼吸气压下可产生电压，经过电压转换模块8的桥式整流后被电源模块9收集；开始阶段，通
过数据挖掘技术，根据采样时间，得到衰减系数；工作阶段，电源模块9向控制模块6提供电
压，同时电压转换模块8循环获取呼吸电压信息并发送至控制模块6，经电压补偿模块11成
功补偿后得到工作电压，当无法补偿衰减时，通过报警模块10中的蓝牙向用户手机发出警
告，提示更换口罩滤芯7；获取工作电压后与用户正常呼吸电压预设值对比，通过调节控制
模块6向口罩滤芯7提供工作电压，在呼吸电压安全预设值范围内，使得口罩滤芯7工作电压
随着呼吸气压的增大而增大；当呼吸气压脱离安全预设值范围，达到气压危险值时，LED指
示灯闪烁，发出危险警告。

[0031] 以下结合图1至6对本发明作进一步的说明。

[0032] 控制模块6内部预设了一个用户正常呼吸时对应的电压值，当呼吸加快时电压转化模块8获取了呼吸电压信息，当控制模块6接收到这个信息之后，会调节对口罩滤芯7的工
作电压，使得不同的呼吸气压匹配不同的电压，使得呼吸/电压平均值相同，保证速度/电压
的一致性。

[0033] 本发明的口罩滤芯7组装成的是对称电极。在自供电智能系统下，具有静电吸附能力(稳定吸附，耐用)，传统口罩滤芯采用驻极充体电，静电吸附作用不稳定，吸附作用随时
间大幅降低。

[0034] 佩戴口罩后，各模块开始工作，口罩滤芯7在呼吸气压下，经电压转换模块8，电源模块9，向控制模块6供电；控制模块6向报警模块10和电压补偿模块11提供电压信号，同时
电压转换模块8循环获取呼吸电压信息，控制模块6获取数据后，基于衰减系数，经过电压补
偿与用户正常呼吸气压对比，通过调节控制模块6向口罩滤芯7提供的工作电压，在气压安
全范围内，使得口罩滤芯7工作电压随着呼吸气压的增大而增大，减小而减小。呼吸强度的
不同会导致电压转换模块8输出不同的电压值，当呼吸气压脱离安全预设值范围，达到气压
危险值时，LED指示灯闪烁，从而实现智能的、安全的防病毒和呼吸情况监测的功能。

[0035] 综上所述，本发明中口罩滤芯7的第一芯材层2、第二芯材层4均采用生物式压电水凝胶作为压电层，在呼吸气压作用下，第一芯材层2和第二芯材层4中产生压电，基于静电吸
附作用，其吸附透气层中空气里的病菌、微小颗粒等。本发明的控制模块6可通过数据挖掘
技术，得到衰减系数，在工作时，电压补偿模块11可根据衰减系数智能补偿工作电压，可使
生物式压电水凝胶长期使用，本发明呼吸过程中气压的变化会使口罩滤芯7产生电压，具备
静电吸附作用，可对病菌产生吸附性，也可以向电源模块9充电，同时，本发明通过智能控制
装置可实现口罩滤芯7电压变化与呼吸气压的匹配，并且通过报警模块10将呼吸状况实时
传递到手机上，能够很好得保证口罩长时间使用寿命，静电吸附性及安全性。