一种用于呼吸检测的智能口罩制造技术

本实用新型专利技术提供一种用于呼吸检测的智能口罩，包括口罩本体，口罩本体上设有呼吸阀，且呼吸阀上集成有呼吸检测模块；其中，呼吸检测模块包括具有蓝牙通信功能及控制功能的ARM芯片；感知呼吸阀上温度并由NTC热敏电阻形成的温度传感器；对NTC热敏电阻上电压信号进行分压并由多个下臂电阻形成的电阻选择电路，其中，多个下臂电阻的一端分别与ARM芯片单独相连并由ARM芯片控制导通接地或关断，另一端并接在一起后与NTC热敏电阻及ARM芯片相连；给各部件供电的供电电源；给供电电源充电的充电电路；以及与ARM芯片相连的天线。实施本实用新型专利技术，不仅可以用于鼻子和嘴呼吸场合且不受人体运动和环境噪声影响，还具备运动时的呼吸检测功能。

An Intelligent Mask for Breathing Detection

【技术实现步骤摘要】
一种用于呼吸检测的智能口罩
本技术涉及口罩
，尤其涉及一种用于呼吸检测的智能口罩。
技术介绍
呼吸是一项重要的生命体征，也是反映基础健康状况、运动强度、睡眠质量的一个重要指标。在运动过程中，心率对于运动强度的反映是滞后，而呼吸不仅能够更及时地反映运动强度，还能够用来主动控制运动强度；比如韵律呼吸法提倡在跑步过程中呼吸应与步调一致(三步一吸、两步一呼，或两步一吸、一步一呼)，并通过调整呼吸与步频的比率控制跑步强度与速度；因此运动过程中的呼吸监测不仅有助于运动者及时了解运动强度，更能通过数据分析帮助运动者找出呼吸控制上的不足并加以改进，以提高运动成绩。然而，现有的呼吸检测设备和方法大都是针对人体动作较少的睡眠场景设计的，难以满足运动时的呼吸检测需求。专利技术人发现，口罩可以用于鼻子和嘴呼吸场合，且不受人体运动和环境噪声影响，但不具备检测功能，因此有必要对口罩进行智能化改造，使得改造后的口罩不仅可以用于鼻子和嘴呼吸场合且不受人体运动和环境噪声影响，还具备运动时的呼吸检测功能。
技术实现思路
本技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种用于呼吸检测的智能口罩，不仅可以用于鼻子和嘴呼吸场合且不受人体运动和环境噪声影响，还具备运动时的呼吸检测功能。为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种用于呼吸检测的智能口罩，包括口罩本体，所述口罩本体上设有呼吸阀，且所述呼吸阀上集成有呼吸检测模块；其中，所述呼吸检测模块包括：具有蓝牙通信功能及控制功能的ARM芯片；用于感知呼吸阀上气流的温度变化情况并转换成电压信号的温度传感器，所述温度传感器设置为NTC热敏电阻；用于对所述NTC热敏电阻上电压信号进行相应分压来提升温度检测灵敏度的电阻选择电路，所述电阻选择电路由多个下臂电阻形成；其中，所述多个下臂电阻的一端分别与所述ARM芯片单独相连并由所述ARM芯片控制导通接地或关断，所述多个下臂电阻的另一端并接在一起后与所述NTC热敏电阻相连及所述ARM芯片相连；用于供电的供电电源，所述供电电源与所述温度传感器、电阻选择电路及ARM芯片均相连；用于给所述供电电源充电的充电电路，所述充电电路与所述供电电源相连；以及天线，所述天线与所述ARM芯片相连。其中，所述NTC热敏电阻的型号为Murata公司的NCP15WL473J03RC，其对应的B值为4485、标称电阻为47KΩ、实测热时间常数为0.27s。其中，所述ARM芯片的型号为DialogSemiconductor的DA14580，其在0dBm发射功率下5.1mA的发射电流和4.8mA的接收电流。其中，所述多个下臂电阻有六个，分别对应的电阻值为4MΩ、2MΩ、1MΩ、500KΩ、250KΩ和125KΩ。其中，所述供电电源采用100mAh锂聚合物可充电电池。其中，所述充电电路由BQ21040线性充电IC形成。实施本技术实施例，具有如下有益效果：本技术在口罩本体的呼吸阀上集成有呼吸检测模块，通过呼吸检测模块上选用的NTC热敏电阻对呼吸阀的温度变化情况采集以及通过呼吸检测模块上的ARM芯片控制电阻选择电路中下臂电阻的数目智能调节温度检测灵敏度来实现对运动状态下的呼吸检测，从而达到不受人体运动和环境噪声影响，还具备运动时的呼吸检测功能的目的。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本技术的范畴。图1为本技术实施例提供的用于呼吸检测的智能口罩的平面结构图；图2为图1中呼吸检测模块的工作原理图；图3为图1中呼吸检测模块的系统结构示意图；图4为图1中呼吸检测模块采用不同下臂电阻和参考电压情况下AD采样值相对于温度的变化率的示意图。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述。如图1至图3所示，为本技术实施例中，提供的一种用于呼吸检测的智能口罩，包括口罩本体T，该口罩本体T上设有呼吸阀H，且呼吸阀H上集成有呼吸检测模块M；其中，该呼吸检测模块M包括：具有蓝牙通信功能及控制功能的ARM芯片1；用于感知呼吸阀H上气流的温度变化情况并转换成电压信号的温度传感器2，该温度传感器2设置为NTC热敏电阻；用于对NTC热敏电阻上电压信号进行相应分压来提升温度检测灵敏度的电阻选择电路3，该电阻选择电路3由多个下臂电阻(R1-Rn)形成；其中，多个下臂电阻(R1-Rn)的一端分别与ARM芯片1单独相连并由ARM芯片1控制导通或关断接地，多个下臂电阻(R1-Rn)的另一端并接在一起后与NTC热敏电阻相连及ARM芯片1相连；用于供电的供电电源4，该供电电源4与温度传感器2、电阻选择电路3及ARM芯片1均相连；用于给供电电源4充电的充电电路5，该充电电路5与供电电源4相连；以及天线6，该天线6与ARM芯片1相连；。在本技术实施例中，该呼吸检测模块M的模块尺寸为24mm×20mm×8mm，重4.6g，其中，供电电源为2.9g的电池，其它硬件电路为1.7g。在本技术实施例中，NTC热敏电阻的选型主要考虑B值(热敏指数)、热时间常数、标称阻值三个参数；B值反映两个温度之间的电阻变化，B值越大阻值随温度变化越明显，测量增益越高；热时间常数反映阻值随温度变化的速度，热敏电阻体积越小的热容量越小，相应地阻值随温度变化越快；标称阻值与功耗成反比，为降低功耗，在满足ADC输入阻抗要求的情况下应选择尽量大的标称阻值。综合上述因素，我们选择型号为Murata公司的NCP15WL473J03RC，其对应的B值为4485、标称电阻为47KΩ、实测热时间常数为0.27s的热敏电阻作为温度传感器2，并通过增益控制电路将阻值转换成电压由AD采样。在本技术实施例中，为尽量延长系统续航时间，我们选择型号为DialogSemiconductor的DA14580作为具有蓝牙通信功能的ARM芯片1，其在0dBm发射功率下5.1mA的发射电流和4.8mA的接收电流。该ARM芯片1远低于TICC2640(6.1mA发射电流、5.9mA接收电流)、nRF51822(8.0mA发射电流，9.7mA接收电流)等主流蓝牙SOC在相同条件下的工作电流，且休眠电流低至1.2uA。在开发阶段，我们采用W25X20CLSPIFlash存储软件镜像，开发完成后我们用DA14580的OTP(OneTimeProgrammable)存储器代替该Flash存储器以降低成本。在本技术实施例中，出于功耗考虑，我们选择电阻分压电路，并通过控制下臂电阻提升检测灵敏度。其中，上臂采用NTC热敏电阻，其阻值Rt与绝对温度T的关系为：其中：R0为25℃温度下热敏电阻的阻值，T0＝298.15K为相应的绝对温度，B为热敏电阻B值。此时，多个下臂电阻有六个，分别对应的电阻值为4MΩ、2MΩ、1MΩ、500KΩ、250KΩ和125KΩ。使得0-40℃温度范围每隔4℃选择不同的电阻并联改变下臂电阻Rd的阻值，从而在0-40℃温度范围内均能获得较高的温度检测灵敏度。电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于呼吸检测的智能口罩，其特征在于，包括口罩本体，所述口罩本体上设有呼吸阀，且所述呼吸阀上集成有呼吸检测模块；其中，所述呼吸检测模块包括：具有蓝牙通信功能及控制功能的ARM芯片；用于感知呼吸阀上气流的温度变化情况并转换成电压信号的温度传感器，所述温度传感器设置为NTC热敏电阻；用于对所述NTC热敏电阻上电压信号进行相应分压来提升温度检测灵敏度的电阻选择电路，所述电阻选择电路由多个下臂电阻形成；其中，所述多个下臂电阻的一端分别与所述ARM芯片单独相连并由所述ARM芯片控制导通接地或关断，所述多个下臂电阻的另一端并接在一起后与所述NTC热敏电阻相连及所述ARM芯片相连；用于供电的供电电源，所述供电电源与所述温度传感器、电阻选择电路及ARM芯片均相连；用于给所述供电电源充电的充电电路，所述充电电路与所述供电电源相连；以及天线，所述天线与所述ARM芯片相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于呼吸检测的智能口罩，其特征在于，包括口罩本体，所述口罩本体上设有呼吸阀，且所述呼吸阀上集成有呼吸检测模块；其中，所述呼吸检测模块包括：具有蓝牙通信功能及控制功能的ARM芯片；用于感知呼吸阀上气流的温度变化情况并转换成电压信号的温度传感器，所述温度传感器设置为NTC热敏电阻；用于对所述NTC热敏电阻上电压信号进行相应分压来提升温度检测灵敏度的电阻选择电路，所述电阻选择电路由多个下臂电阻形成；其中，所述多个下臂电阻的一端分别与所述ARM芯片单独相连并由所述ARM芯片控制导通接地或关断，所述多个下臂电阻的另一端并接在一起后与所述NTC热敏电阻相连及所述ARM芯片相连；用于供电的供电电源，所述供电电源与所述温度传感器、电阻选择电路及ARM芯片均相连；用于给所述供电电源充电的充电电路，所述充电电路与所述供电电源相连；以及天线，所述天线与所述ARM芯片相连。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：周丹，徐玉，郑燕浪，詹璐茜，李佳佳，范俊强，项茜，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：新型
国别省市：浙江,33