[发明专利]一种基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩

说明书

技术领域

本发明属于电工电子技术，传感器，单片机编程领域，尤其涉及一种基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩。

背景技术

Ble低功耗蓝牙传输技术，BMP180传感器的气压监测校准技术，PWM调制技术，手动调风口罩。

传统的口罩，以及市面上已存在的带风扇口罩，由于其密封性强，且不能时刻监测佩戴者的呼吸情况，给佩戴者造成了极大的麻烦，很多佩戴者在雾霾天气时长时间佩戴口罩会出现头晕，缺氧的现象。

综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术的口罩不能通过控制风扇给佩戴者主动供氧，不能时刻监测佩戴者的呼吸情况；而且无法记录下佩戴者一天的使用情况，并且不能配合手机APP获取佩戴者的使用时间及地点，方便监测使用者的实时健康状况；

现有技术的口罩不能进行呼吸量监测的缺陷是：没有引入智能芯片以及算法对呼吸量进行有效监测。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩。解决目标人群在使用口罩时由于呼吸量不同而造成口罩供氧量不足的问题。本发明通过现代电子技术结合传感器对呼吸量进行监测，并通过新一代蓝牙技术进行数据传输，解决了现有技术存在的问题。

本发明是这样实现的，一种基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩，所述基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩包括：

蓝牙模块，通过内置编写算法的单片机并调用单片机的协议栈，实现用以接收外部气压监测模块传输的数据，分析人一天的呼吸状况，并记录呼吸状况数据，来调整风扇的功率；同时在有上位机请求时，通过广播的形式，向外发送蓝牙信号；上位机在接收到信号时把它作为从机，与单片机互联，向单片机不同的通道发送特定的指令，上位机循环发送单片机一天的使用情况及呼吸情况；

进一步，所述气压监测模块，用于采集口罩内的压力和温度，并使用气压-温度联合校正公式来获取口罩内的气压变化，通过口罩内的气压的变化，来感知佩戴者的呼吸情况。

进一步，所述基于BLE蓝牙模块的呼吸探测智能口罩还包括：

升压模块，利用DC-DC对锂电池进行升压，其核心模块是FP6293芯片，将3.7V的锂电池直流电压，转换成6.0V用于为风扇提供动力的电压；

稳压模块，用于调整并稳定升压模块输出的电压；稳压模块采用了cx6206作为主芯片，它是一款以CMOS工艺制造高精度，低功耗，低压差线性稳压器；

MICROUSB插座，用于给锂电池充电，其VCC正电压端为输入电压，输入到锂电池充电模块的4引脚，用于给锂电池充电；MICROUSB插座GND端与主电路共地；

TP4056锂电池充电模块，用于为蓝牙模块、气压监测模块提供能源；TP4056模块是一款应用了PMOSFET架构的充电模块，此模块可以给单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电。

开关按钮，用于主芯片的工作状态切换，其一端接IO口，一端接高电平，当开关按下时，IO口电平发生变化，主芯片接受到信号，即可转换工作状态；

LED灯以及外部连接端子，用于工作状态的指示和外部物理连接。

本发明的另一目的在于提供一种呼吸探测方法包括：

单片机利用扫描的方式，并利用内置的256K内存记录一分钟内的气压数值；

人的呼吸过程可分为呼气-保持-吸气这三个过程，传统口罩由于其对密封性要求极高，因此可以简化为一个封闭空间模型，在一个封闭的空间中，若以x轴作为时间t，y轴作为空间内部气压，在若干个呼吸周期内，其函数相对于原始内部气压在正向的积分与呼出气体的量成正比，其比例系数设为k，同理，逆向积分即为吸入气体量，因此，利用此积分值即可获得一个周期内佩戴口罩者的呼吸情况。

由于电子系统采集的离散性，本发明测得的数据是离散的，根据香农采样定理，本发明采集的样品频率只要大于函数频率的二倍，即可在可接受范围内还原函数，医学研究表明，正常成年人人每分钟呼吸频率为每分钟16-18次，儿童呼吸频率为每分钟20次左右，因此本发明只要在1秒间隔内采集数据，即可得到有效的值，本发明使用200ms间隔扫描，可最大限度还原其呼吸情况，再通过实时的呼吸量和算出平均值比较，将得出的差值进行累积，利用离散域的积分运算来算出一分钟内的呼吸量平均值，对于离散域，其积分值等于

通过这一等式，将一定时间内的气压量累加，确定此时呼吸的急缓，再将这一数据记录；