一种智能口罩的制作方法

本发明属于劳保用品和智能设备领域，涉及一种口罩，具体涉及一种智能口罩。

背景技术：

口罩作为重要的劳保用品，具有广泛的应用场景，在日常生活，工业生产都有着十分强烈的需求。口罩成为了越来越多人生活的必需品，现在市面上通常能看到普通的一次性口罩或者一些智能电动口罩，其目的都是为了帮助人们阻挡雾霾或细菌。一次性口罩的重复利用率很低，在面临突发公共卫生事件时，会因消耗过快而造成口罩供给严重不足，并且产生大量难以销毁的医用垃圾，污染环境；目前市面上的智能口罩仅有通风的功能，而且多数智能口罩过滤效率不高，佩戴体验感不好，没有杀菌消毒功能而无法在流感季节佩戴等等。因此，现有技术还有待改进和提高。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种智能口罩。

本发明提供了一种智能口罩，具有这样的特征，包括：口罩本体，呈曲面；阻隔区，设置于口罩本体的中间位置，用于阻挡污染物、细菌以及病毒；佩戴区，具有连接于阻隔区的两侧的左佩戴区和右佩戴区，左佩戴区的末端设置有风机调速按键，右佩戴区的末端设置有电源启动开关按键、led灯和usb充电口；过滤通风区，设置于左佩戴区的转角处的外侧和右佩戴区的凸起处外侧，用于对口罩内部进行过滤通风；陀螺仪，安装于右佩戴区的内侧，用于进行位置校准和初始化，从而获取口罩姿态信息，进而根据口罩姿态信息来判断是否需要进行自动消毒和自动关机，同时，在口罩工作时，陀螺仪获取的姿态信息和与外界实际风向及风速信息进行配合，从而通过主控板自动调节风机旋转速度；包括安装于右佩戴区的内侧并用于获取口罩内外温湿度信息及空气质量信息的温湿度、空气质量传感器以及安装于主控板上并用于对电池电量进行动态监测的电池监测器；动作模块，包括安装于左佩戴区的内侧并用于为口罩内部送入空气的静音风机、安装于右佩戴区的内侧并用于不同功能下的状态提示的led灯、安装于右佩戴区的内侧并用于口罩的紫外线消菌杀毒的紫外线灯珠以及安装于阻隔区内侧并用于保护用户个人隐私的调光膜；主控板，安装于右佩戴区的内侧，且与陀螺仪相邻设置，用于实现对各个模块的调度并基于用户数据进行大数据分析；以及蓝牙模块，安装于右佩戴区的内侧，且与主控板相邻设置，与主控板进行信息交互，其中，口罩本体的内部还设置有换气结构，当口罩内的温湿度高于温湿度、空气质量传感器的的温湿度阈值时，会自动增加静音风机的送风量来除去口罩的内壁雾气。

在本发明提供的智能口罩中，具有这样的特征，还包括：云端服务器，包括用于储存口罩的主控板的控制芯片id、内外温湿度信息、空气质量信息、外界环境风向、风速、口罩使用信息和用户的健康情况的数据库；以及移动端模块，与蓝牙模块进行配对，包括微信小程序和手机app，用于接收通过蓝牙模块传递的主控板采集到的信息，而后将信息上传至数据库进行存储，同时也用于向主控板发送微信小程序和手机app获取的风向与风速信息，而后将信息与口罩本体所处方向相匹配。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，微信小程序和手机app上设有实时监测状态界面、功能界面以及健康评估界面，实时监测状态界面用于看到口罩内外温湿度信息及空气质量信息、口罩电量信息、是否吸入有害气体、过滤效率、当天的气温信息、所在区域的风速和风向信息、空气质量信息以及定位信息，功能界面用于进行风量调节、口罩辨认、丢失查找、手动消毒以及隐私模式等功能的开启或关闭，健康评估界面用于看到口罩佩戴累计次数、每日心率统计、佩戴口罩期间是否吸入有害气体信息、每日出门温馨提示、每日累计送风量统计以及记录运动轨迹。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，阻隔区为透明亚克力罩阻隔区。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，led灯为rgb三色灯，具有四个引脚，一个引脚接地，另外三个引脚分别接入主控板的io口，且每一个引脚可控制一个颜色，在不同io口输出高电平后，led灯将呈现红色、绿色和蓝色这三种颜色，当进行充电时，led灯呈红色常亮状态，当电充满时，led灯呈绿色常亮状态，当正常工作且蓝牙模块接入时，led灯呈蓝色常亮状态，当正常工作且未接入蓝牙模块时，led灯呈蓝色闪烁状态，当电量不足，低于10％时，led灯呈红色闪烁状态，led灯的光线可通过右佩戴区的的电源启动按键开关与usb充电口缝隙中透出观察。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，主控板根据采集到的陀螺仪的姿态信息、空气质量信息和湿度信息来判断是否摘下口罩，当确定口罩摘下后，在微信小程序和手机app的功能界面实现手动消毒、口罩辨识和口罩定位的功能，当有人不慎将自己智能口罩和他人的智能口罩混淆，点击功能界面的相同口罩辨识按钮，led灯将蓝灯闪烁2秒熄灭1秒来提示用户。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，当温度阈值为口罩内部温度为35或35摄氏度以上且大于外界环境温度时，湿度阈值在34％以上时，静音风机自动启动，排除雾气。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，左佩戴区和右佩戴区的上盖上均通过卡槽嵌入有嵌入结构，该嵌入结构由上部、下部以及中间部分的十字件组成，，上部和下部用于包夹和固定静音风机外侧安装的滤网，十字件用于将滤网与上盖内表面紧密贴合。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，左佩戴区和右佩戴区之间还设置有贴合脸部的硅胶，该硅胶的上下两端与口罩本体内侧的上下两侧相贴合，左佩戴区的末端连接有第一绑带，右佩戴区的末端连接有第二绑带，第一绑带与第二绑带通过铰链的方式相互连接，固定于人体后颈部，且能够适用不同使用者的头围。

在本发明提供的智能口罩中，还可以具有这样的特征：其中，左佩戴区的内部设置有引流管道，用于使得静音风机从外部抽入口罩的空气全部送到口罩的内腔，从而供使用者呼吸，引流管道与静音风机之间安装有扩展板，且扩展板和主控板之间通过接线的形式连接。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的智能口罩，因为具有阻隔区、基于流体力学原理设计的曲面结构和过滤通风区，所以能够实现对污染物、细菌以及病毒的阻挡，还能够对口罩内部进行过滤通风；因为具有陀螺仪，所以能够进行位置校准和初始化，从而获取口罩姿态信息，进而根据口罩姿态信息来判断是否需要进行自动消毒和自动关机，此外通过陀螺仪的姿态判断出口罩的方向，同时与小程序通过蓝牙模块反馈到主控板的风向情况进行匹配，当口罩方向与风向一致时，会依据风力等级自动调节静音风机的送风量来通入适量的空气供人体呼吸。；因为监测模块包括温湿度、空气质量传感器以及电池监测器，所以能够获取口罩内外温湿度信息及空气质量信息并能够对电池电量进行动态监测；因为动作模块包括静音风机、led灯、紫外线灯珠以及调光膜，所以能够为口罩内部送入空气、能够用于不同功能下的状态提示、能够对口罩进行紫外线消菌杀毒、还能够用于保护用户个人隐私；因为具有主控板，所以能够实现对所属口罩中各个功能的调度和协调各个模块的稳定运行；因为具有蓝牙模块，所以能够与主控板进行信息交互。

综上，本发明的智能口罩通过嵌入式系统和口罩本体结构，实现为口罩内提供过滤后的健康空气、促进人体呼吸、实时监测口罩内外温度、湿度和空气质量、对口罩的及时杀菌消毒，建立重复利用率高、体验感极佳、安全健康的智能防霾防病毒口罩解决方案。另外，用户可以佩戴颠覆传统造型的的口罩上街，并且在佩戴最高标准防护级别的口罩时也能顺畅的呼吸新鲜的健康空气；不必重复购买一次性口罩，节省用户个人花销、降低生产车间和口罩废弃处理的人力成本、同时也改善全球环境，此外，口罩与口鼻处有一定空间，这一人性化的设计给涂口红的女性带来了便利，还能够通过微信小程序和手机app为用户实时了解身边环境信息和个人健康信息带来了便利。

因此，本发明的智能口罩解决了现有智能口罩中外观传统、佩戴体验感不好、无法杀菌消毒、重复利用率低、无法进行大数据分析等问题，还能为用户提供智能化的口罩及健康评估服务，并可降低一次性口罩销毁时造成的环境污染。

附图说明

图1是本发明的实施例中智能口罩的立体结构示意图；

图2是本发明的实施例中智能口罩不同视角的立体结构示意图；

图3是本发明的实施例中智能口罩不同视角的立体结构示意图；

图4是本发明的实施例中智能口罩不同视角的立体结构示意图；

图5是本发明的实施例中智能口罩的正视图；

图6是本发明的实施例中智能口罩的后视图；

图7是本发明的实施例中智能口罩的俯视图；

图8是本发明的实施例中智能口罩的仰视图；

图9是本发明的实施例中智能口罩的左视图；

图10是本发明的实施例中智能口罩的右视图；

图11是本发明的实施例中智能口罩的扩展板示意图；

图12是本发明的实施例中智能口罩的系统框图；

图13是本发明的实施例中智能口罩的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

实施例：

如图1-图12所示，本实施例的一种智能口罩100，用于佩戴在人体面部，包括：口罩本体1、阻隔区2、佩戴区3、过滤通风区4、陀螺仪5、监测模块6、动作模块7、主控板8、蓝牙模块9、云端服务器10以及移动端模块11。

口罩本体1呈曲面，其外形是基于流体力学与人体工学设计。由于自然风属于流体，当流体流过曲面表面时，除曲面迎风点的压强最高以外，流体的流速越快，曲面表面压强就越低，因此进风口位置偏向于压强较高的左佩戴区301转角处，而出风口位置偏向于压强较低的右佩戴区302侧面凸起部分。当口罩正面方向与风向匹配时，由流体力学原理，进风口受曲面表面高压影响，空气自动被压进口罩本体100的左佩戴区内，同时静音风机701也会将空气抽入口罩本体100的左佩戴区301内，这样将保证口罩内部空气充足且口罩内的气体无法从进风口流出，与之相反，出风口受曲面表面低压影响，口罩内部呈高压状态，因此人体呼出的气体将自动被抽出出气口。通过陀螺仪5的姿态判断出口罩的方向，同时与小程序通过蓝牙模块9反馈到主控板8的风向情况进行匹配，当口罩方向与风向一致时，会依据风力等级自动调节静音风机701的送风量来通入适量的空气供人体呼吸。

口罩本体1的内部还设置有换气结构101，该换气结构101具有设置有滤网并用于通入过滤好的新鲜空气的进风口以及设置有滤网并用于排出人体呼出的二氧化碳的出风口，该出风口可防止口罩内的细菌或病毒向外部扩散，也可防止口罩外的细菌病毒，颗粒污染物向内扩散；当口罩内的温湿度高于温湿度、空气质量传感器601的的温湿度阈值时，会自动增加静音风机701的送风量来除去口罩的内壁雾气。

本实施例中，当温度阈值为口罩内部温度为35或35摄氏度以上且大于外界环境温度时，湿度阈值在34％以上时，静音风机701自动启动，排除雾气。

阻隔区2设置于口罩本体1的中间位置，用于阻挡污染物、细菌以及病毒。

本实施例中，阻隔区2由透明的亚克力罩和调光膜704组成，透明玻璃层与周围严格密封，可有效阻挡任何污染物和细菌病毒，调光膜704为智能调光膜且贴附与透明玻璃之上，可在特殊情况下形成雾化效果，保护用户隐私，此外，不但为涂口红的女性带来了便利，对于聋哑人群之间的交流也带来了便利。

佩戴区3具有连接于阻隔区2的两侧的左佩戴区301和右佩戴区302，左佩戴区301末端设置有控制静音风机转速的风机调速按键1202、右佩戴区302的末端设置有电源启动开关按键1201、led灯702和usb充电口13，启动按键1201和调速按键1202用于和主控板8进行人机交互。

本实施例中，左佩戴区301和右佩戴区302的上盖上均通过卡槽嵌入有嵌入结构303，该嵌入结构303由上部、下部以及中间部分的十字件组成，上部和下部用于包夹和固定过滤通风区4的滤网，十字件用于将滤网与上盖内表面紧密贴合，左佩戴区301和右佩戴区302之间还设置有贴合脸部的硅胶304，该硅胶304的上下两端与口罩本体内侧的上下两侧相贴合，左佩戴区301的末端连接有第一绑带305，右佩戴区302的末端连接有第二绑带306，第一绑带305与第二绑带306通过铰链的方式相互连接，固定于人体后颈部，且能够适用不同使用者的头围，此外，左佩戴区301的内部还设置有引流管道(图中未示出)，用于使得静音风机701从外部抽入口罩的空气全部送到口罩的内腔，从而供使用者呼吸，此外，引流管道与静音风机701之间安装有扩展板13，用于连接佩戴区301左侧的硬件，从而简化接线步骤，使电路连接更加简洁和方便，且扩展板13和主控板8之间通过接线的形式连接，且左右两块扩展板13上均装有母头接插件，同时两头均装有公头接插件的软排线或杜邦线安装于口罩内舱的走线管道309，这样即可保证左右两边的扩展板13互联，同时也保证线路的简洁和安全。

进一步地，扩展板13连接的佩戴区左侧的硬件为静音风机、温湿度、空气质量传感器和左佩戴区的开关按键，扩展板13的作用就是仅将上述硬件进行电路连接，供电和控制信号通过主控板8从走线管的软排线连接到扩展板13进行，并且扩展板13中不设置任何主动产生的供电线路和控制信号，扩展板13中的所有供电来源和控制信号均来自主控板8。

此外，该嵌入结构303为滤布嵌入结构，易拆卸，易安装，兼容所有滤布，可节省成本。具体地，滤布材料可以直接选择原装滤布，也可以选择市面上的各类医用口罩，将其与该嵌入结构303贴合，按该嵌入结构303形状裁剪，即可安装，并且可以达到一次性口罩也能多用的效果。另外，硅胶304为软硅胶材料，通过其弹性与各类人群的脸部紧密贴合，已达到密封效果。

过滤通风区4设置于左佩戴区301的转角处的外侧和右佩戴区302的凸起处外侧，用于对口罩内部进行过滤通风。

本实施例中，左佩戴区301的转角处的外侧为出风口307，且内部没有设置通气孔，同时右佩戴区302的凸起处外侧为进风口308，且内部设置了通气孔，有助于气体进入。

陀螺仪5安装于右佩戴区302的内侧，用于进行位置校准和初始化，从而获取口罩姿态信息，进而根据口罩姿态信息来判断是否需要进行自动消毒和自动关机。此外，在口罩100工作时，陀螺仪5获取的姿态信息和与外界实际风向及风速信息进行配合，从而通过主控板8自动调节静音风机701旋转速度。

本实施例中，陀螺仪5选用mpu6050模组。

监测模块6包括安装于左佩戴区301的内侧并用于获取口罩内外温湿度信息及空气质量信息的温湿度、空气质量传感器601以及安装于主控板8上并用于对电池电量进行动态监测的电池监测器602。

本实施例中，温湿度、空气质量传感器601选用ccs811hdc1080模组，具有稳定性高的精准性可靠特性。且本实施例中，可以使用1个温湿度、空气质量传感器601获取口罩内的温度、湿度及空气质量，通过i2c协议将采集到的信息发送给主控板8。

本实施例中，电池监测器602具体安装在主控板8上。

动作模块7包括安装于左佩戴区301的内侧并用于为口罩内部送入空气的静音风机701、安装于右佩戴区302的内侧并用于不同功能下的状态提示的led灯702、安装于右佩戴区302的内侧并用于口罩的紫外线消菌杀毒的紫外线灯珠703以及安装于阻隔区2内侧并用于保护用户个人隐私的调光膜704。

本实施例中，静音风机701外侧安装滤网，用于过滤口罩外部的空气，防止飞沫、颗粒污染物和细菌病毒进入口罩内腔，且本实施例中，使用1个静音风机701为口罩内的空间提供新鲜空气。

本实施例中，紫外线灯珠703有两颗，且两颗紫外线灯珠703对称设置。

本实施例中，用户可通过微信小程序1101和手机app1102的功能界面开启隐私保护，这时贴附有调光膜704的透明口罩将调节为雾化状态，以保护用户个人隐私。

主控板8安装于右佩戴区302的内侧，且与陀螺仪5相邻设置，用于实现对各个模块的调度并基于用户数据进行大数据分析。

本实施例中，主控板为stm32系列单片机，作为整个智能口罩100的核心器件，用于实现对所属口罩中各个功能的调度和协调各个模块的稳定运行。

本实施例中，主控板8根据采集到的陀螺仪5的姿态信息、空气质量信息和湿度信息来判断是否摘下口罩，当确定口罩摘下后，在微信小程序1101和手机app1102的功能界面实现手动消毒、口罩辨识和口罩定位的功能，当有人不慎将自己智能口罩和他人的智能口罩混淆，点击功能界面的相同口罩辨识按钮，led灯702将蓝灯闪烁2秒熄灭1秒来提示用户。

蓝牙模块9安装于右佩戴区302的内侧，且与主控板8相邻设置，与主控板8进行信息交互。

本实施例中，蓝牙模块9选用hc05模组。

云端服务器10包括用于储存口罩储存口罩的主控板的控制芯片id、内外温湿度信息、空气质量信息、外界环境风向、风速、口罩使用信息和用户的健康情况的数据库1001，同时，数据库1001长期存储用户信息，并可在移动端模块11中的微信小程序1101和手机app1102中进行查看。

移动端模块11与蓝牙模块9进行配对，包括微信小程序1101和手机app1102，用于接收通过蓝牙模块9传递的主控板8采集到的信息，而后将信息上传至数据库1001进行存储，也可以从数据库1001下载信息，同时也用于向主控板8发送微信小程序1101和手机app1102获取的风向与风速信息，而后将信息与口罩本体1所处方向相匹配。

微信小程序1101和手机app1102上设有实时监测状态界面、功能界面以及健康评估界面，实时监测状态界面用于看到口罩内外温湿度信息及空气质量信息、口罩电量信息、是否吸入有害气体、当天的气温信息、风速和风向信息、所在区域的外界环境的空气质量信息以及定位信息，功能界面用于进行风量调节、口罩辨认、丢失查找、手动消毒以及隐私模式等功能的开启或关闭，健康评估界面用于看到口罩佩戴累计次数、每日心率统计、佩戴口罩期间是否吸入有害气体信息、每日出门温馨提示、每日累计送风量统计以及记录运动轨迹。

本实施例的智能口罩的工作过程如下：

如图13所示，本实施例的智能口罩100，在按一下按键开关1201后，智能口罩100启动，led灯702呈蓝色闪烁状态；连按三下按键开关1201后，可使用微信小程序1101或手机app1102与智能口罩100进行蓝牙配对，配对成功时，led灯702呈蓝色常亮状态，且陀螺仪5开始位置校准和初始化；佩戴口罩后，静音风机给口罩内部送风，风量大小可通过口罩外侧按键开关调节，也可通过微信小程序1101和手机app1102调节；取下口罩后，可进行usb直流充电，usb充电口13位于右佩戴部，当进入充电状态时，紫外线灯珠703启动，开始对口罩内壁和外壁进行2分钟杀菌消毒；口罩可通过长按按键开关1201主动关机，当久置不用时，智能口罩100会自动关机，关机前将信息存入本地flash及上传云服务器。口罩具备软起动校准功能，系统重启时会自动对陀螺仪5和温湿度、空气质量传感器601进行校准。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的智能口罩，因为具有阻隔区、基于流体力学和人体工学设计的曲面结构和过滤通风区，所以能够实现对污染物、细菌以及病毒的阻挡，还能够对口罩内部进行过滤通风；因为具有陀螺仪，所以能够进行位置校准和初始化，从而获取口罩姿态信息，进而根据口罩姿态信息来判断是否需要进行自动消毒和自动关机，此外通过陀螺仪的姿态判断出口罩的方向，同时与小程序通过蓝牙模块反馈到主控板的风向情况进行匹配，当口罩方向与风向一致时，会依据风力等级自动调节静音风机的送风量来通入适量的空气供人体呼吸；因为检测模块包括温湿度、空气质量传感器以及电池监测器，所以能够获取口罩内温湿度信息及空气质量信息并能够对电池电量进行动态监测；因为动作模块包括静音风机、led灯、紫外线灯珠以及调光膜，所以能够为口罩内部送入空气、能够用于不同功能下的状态提示、能够对口罩进行紫外线消菌杀毒、还能够用于保护用户个人隐私；因为具有主控板，所以能够实现对所属口罩中各个功能的调度和协调各个模块的稳定运行；因为具有蓝牙模块，所以能够与主控板进行信息交互。

根据本实施例所涉及的智能口罩，因为云端服务器包括数据库，所以能够对口罩内外温湿度信息、空气质量信息、是否吸入有害气体信息、口罩使用信息和用户的健康情况进行储存，还便于后台进行大数据研究操作；因为移动端模块与蓝牙模块进行配对并包括微信小程序和手机app，所以能够接收通过蓝牙模块传递的主控板采集到的信息，而后将信息上传至数据库进行存储。

综上，本实施例的智能口罩通过嵌入式系统，实现为口罩内提供过滤后的健康空气、实时监测口罩内外温度、湿度和空气质量、对口罩的及时杀菌消毒，建立重复利用率高、体验感极佳、安全健康的智能防霾防病毒口罩解决方案。另外，用户可以佩戴颠覆传统造型的的口罩上街，并且在佩戴最高标准防护级别的口罩时也能呼吸新鲜的健康空气；不必重复购买一次性口罩，节省用户个人花销、降低生产车间和口罩废弃处理的人力成本、同时也改善全球环境，此外，口罩与口鼻处有一定空间，这一人性化的设计给涂口红的女性带来了便利，还能够通过微信小程序和手机app为用户实时了解身边环境信息和个人健康信息带来了便利。

因此，本实施例的智能口罩解决了现有智能口罩中外观传统、佩戴体验感不好、无法杀菌消毒、重复利用率低、无法进行大数据分析等问题，还能为用户提供智能化的口罩及健康评估服务，并可降低一次性口罩销毁时造成的环境污染。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。