一种温控式口罩

1.本发明涉及防护口罩结构技术领域，具体为一种温控式口罩。


背景技术：

2.口罩在人们的日常出行中，在空气污染和病毒防护等方面有着巨大的应用，尤其是在流感病毒等病毒的高发时期，口罩更是成为人们日常生活必备用品，目前市场上的口罩的功能主要集中在面部防护、过滤空气和加热保暖等方向，功能较为单一，目前大多数的口罩都是直接将外部的空气简单过滤后由佩戴者吸入口鼻，在秋冬季节外空气较冷的情况下，哮喘、鼻炎等患者佩戴这种口罩时，对他们的防护效果较差，因此市场上逐渐出现了一种能够加热的口罩。
3.公开号为cn111213933a提供的一种充电式加热口罩及其加工方法，其通过在两层口罩层集成加热结构，供电后能够持续加热，虽然能够加热口罩，但是该口罩仍旧存在着以下的不足：1、该口罩使用外部充电进行加热，一旦断开充电后,温度仅能够维持一定的时间，而且无法保证恒温，加热的效果较差，加热时无法准确的知晓加热地温度；2、在口罩的使用过程中，由于口罩需要起到过滤和防护的作用，所以口罩的内层和外层十分容易受到污染，该口罩的内外层不能够进行更换，一旦被污染后，虽然能够通过加热消毒和配合普通口罩进行使用的方法解决，但是因加热温度较低，消毒效果较差等原因，依旧需要对整个口罩进行更换，这不符合循环利用的绿色环保理念。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种温控式口罩，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种温控式口罩，包括安装层、外罩层、内罩层、连接按扣、电池模块、温控模块、连接机构、口罩系带、温度传感器、纤维电加热丝和软件终端，其中：
7.所述安装层的两侧固定有连接按扣，所述外罩层和内罩层靠近安装层的侧面上也固定有连接按扣，所述外罩层和内罩层通过连接按扣可拆卸的固定在安装层的内外侧面，所述安装层外侧面上固定有电池模块和温控模块，所述电池模块和温控模块电性连接，用于为温控模块的工作提供电能，所述安装层的侧边上固定有连接机构，所述口罩系带通过连接机构可拆卸的安装在安装层的侧边；
8.所述安装层的中间夹层安装有柔性的纤维电加热丝和温度传感器，所述纤维电加热丝、温度传感器和温控模块电性连接，所述温控模块用于根据温度传感器所测量的温度参数控制纤维电加热丝工作，所述软件终端安装在硬件终端内部，用于和温控模块进行通讯，并在软件终端内显示温度传感器的测量参数和改变温控模块内部的参数。
9.优选的，所述电池模块包括电池底座、连接触点、磁铁条、锂电池、电池极板和磁吸条，所述锂电池插在电池座的内部，所述电池底座的内侧底部设置有连接触点和磁铁条，所述锂电池底部与连接触点和磁铁条的对应处分别设置有电池极板和磁吸条，所述连接触点
和温控模块电性连接，所述电池底座的侧面设置有安装口。
10.优选的，所述温控模块由保护外壳和控制电路板构成，所述控制电路板封装在保护外壳内，所述保护外壳固定在安装层外侧面上，所述控制电路板上集成有主控模块、执行模块和无线模块，所述主控模块和电池模块、温度传感器电性连接，用于读取温度传感器的测量参数，所述执行模块和主控模块、纤维电加热丝电性连接，用于在主控模块的控制下操控纤维电加热丝进行工作，所述无线模块和主控模块电性连接，用于在主控模块和软件终端之间提供通讯支持。
11.优选的，所述主控模块内嵌有针对温度传感器所处环境温度控制的pid控制算法。
12.优选的，所述软件终端包括实时显示单元、温度遥控单元和温度预警单元，所述实时显示单元用于在硬件终端上显示温度传感器的测量参数，所述温度遥控单元用于控制主控模块内部的控制温度设定阈值，所述温度预警单元用于设定温度传感器的测量数值的安全阈值，并在温度越过阈值时控制硬件终端发出告警信号。
13.优选的，所述连接机构由固定带、插扣盒和插扣构成，所述固定带将插扣盒安装在安装层侧边，所述插扣可拆卸的安装在插扣盒内，所述口罩系带固定在插扣上。
14.优选的，所述纤维电加热丝从安装层中心螺旋向外部设置，所述纤维电加热丝由复合导电纤维丝与本征导电纤维丝混合组成实现。
15.优选的，所述复合导电纤维丝由高分子基体材料与导电填充材料组成。
16.优选的，所述安装层厚度为1000
‑
5000μm。
17.优选的，所述外罩层、内罩层均采用无纺布，无纺布中纤维直径为10
‑
1000μm，孔隙率为50％
‑
90％，上下表层的厚度为0.5
‑
2mm，其中外罩层中心上方设有透气区，透气孔直径为0.5
‑
2.5mm。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.1、本发明通过隐藏在安装层内部的纤维电加热丝进行加热，并且加热的温度由温控模块进行智能控制，能够让整个口罩的温度保持在一定的范围内，配合为其供电的电池模块，能够持续性的保证口罩的温度，并且通过安装在手机等终端设备内的软件终端，能够及时地查看并设定加热的温度，让口罩的使用更加的智能化；
20.2、本发明位于安装层内外的容易受到污染的外罩层和内罩层能够通过连接按扣进行拆卸更换，而且佩戴在耳朵上的口罩系带也能够通过连接机构进行拆卸更换，在口罩使用一段时间后，能够更换外罩层、内罩层和口罩系带，无须更换整个口罩，其他的电池模块和温控模块等能够进行循环的使用，降低了使用的成本。
附图说明
21.图1为本发明整体分解结构示意图；
22.图2为本发明中安装层剖面的纤维电加热丝结构示意图；
23.图3为本发明中电池模块的分解结构示意图；
24.图4为本发明中a处的放大示意图；
25.图5为本发明中温控模块的内部结构示意图；
26.图6为本发明中控制电路板的系统示意图；
27.图7为本发明中软件终端的系统示意图。
28.图中：1安装层、2外罩层、3内罩层、4连接按扣、5电池模块、501电池底座、502连接触点、503磁铁条、504锂电池、505电池极板、506磁吸条、51安装口、6温控模块、601保护外壳、602控制电路板、6021主控模块、6022执行模块、6023无线模块、7连接机构、701固定带、702插扣盒、703插扣、8口罩系带、9温度传感器、10纤维电加热丝、11软件终端、1101实时显示单元、1102温度遥控单元、1103温度预警单元。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例：
31.请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：
32.一种温控式口罩，包括安装层1、外罩层2、内罩层3、连接按扣4、电池模块5、温控模块6、连接机构7、口罩系带8、温度传感器9、纤维电加热丝10和软件终端11，其中：
33.所述安装层1的两侧固定有连接按扣4，所述外罩层2和内罩层3靠近安装层1的侧面上也固定有连接按扣4，所述外罩层2和内罩层3通过连接按扣4可拆卸的固定在安装层1的内外侧面，外罩层2和内罩层3能够自由的进行更换，所述安装层1厚度为1000
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5000μm，所述外罩层2、内罩层3均采用无纺布，无纺布中纤维直径为10
‑
1000μm，孔隙率为50％
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90％，上下表层的厚度为0.5
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2mm，其中外罩层2中心上方设有透气区，透气孔的直径为0.5
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2.5mm，上下表层的外罩层2和内罩层3一方面为安装层1提供高强度的保护作用，另一方面起到过滤的作用。
34.所述安装层1外侧面上固定有电池模块5和温控模块6，所述电池模块5和温控模块6电性连接，用于为温控模块6的工作提供电能，所述电池模块5包括电池底座501、连接触点502、磁铁条503、锂电池504、电池极板505和磁吸条506，所述锂电池504插在电池座501的内部，所述电池底座501的内侧底部设置有连接触点502和磁铁条503，所述锂电池504底部与连接触点502和磁铁条503的对应处分别设置有电池极板505和磁吸条506，在锂电池504安装时，磁铁条503能够吸附住磁吸条506，从而对锂电池504起到固定的作用，而且锂电池504固定后，连接触点502和锂电池504的电池极板505相接触，让连接触点502和电池极板505完成电性连接，而且所述连接触点502和温控模块6电性连接，实现锂电池504在安装完毕后为温控模块6供能的效果，所述电池底座501的侧面设置有安装口51，方便安装和拆卸锂电池504。
35.所述安装层1的侧边上固定有连接机构7，所述口罩系带8通过连接机构7可拆卸的安装在安装层1的侧边，安装层1的每一个侧边设置有两个连接机构7，口罩系带8的两端分别固定在一侧的两个连接机构7上，所述连接机构7由固定带701、插扣盒702和插扣703构成，所述固定带701将插扣盒702安装在安装层1侧边，所述插扣703可拆卸的安装在插扣盒702内，所述口罩系带8固定在插扣703上，此方式方便更换口罩系带8，在更换口罩系带8时，将插扣703从插扣盒702中拔下，更换上新的口罩系带8即可。
36.所述安装层1的中间夹层安装有柔性的纤维电加热丝10和温度传感器9，纤维电加
热丝10能够在通电时进行加热，所述纤维电加热丝10从安装层1中心螺旋向外部设置，能够增大加热的面积，所述纤维电加热丝10由复合导电纤维丝与本征导电纤维丝混合组成实现，所述复合导电纤维丝由高分子基体材料与导电填充材料组成，纤维电加热丝10的加热效率高，而且本身具有较高的柔韧性，提高了口罩佩戴时的舒适性。
37.所述纤维电加热丝10、温度传感器9和温控模块6电性连接，所述温度传感器9用于采集安装层1的中间夹层的温度，所述温度传感器9采用选择了美国达拉斯公司的ds18b20集成数字温度传感器，带防水套头，该传感器连接电路简易、精度较高、灵敏度好、不易受干扰，而且是一款数字式的温度传感器，其输出的信号为数字信号，避免了常规的传感器后期还需要进行模数转换的步骤，所述温控模块6用于根据温度传感器9所测量的温度参数控制纤维电加热丝10工作，所述温控模块6由保护外壳601和控制电路板602构成，所述控制电路板602封装在保护外壳601内，保护外壳601对于控制电路板602起到良好的保护作用，所述保护外壳601固定在安装层1外侧面上。
38.所述控制电路板602上集成有主控模块6021、执行模块6022和无线模块6023，所述主控模块6021和电池模块5的连接触点502电性连接，所述温度传感器9连接在主控模块6021的串口上，主控模块6021能够读取温度传感器9的测量参数，所述主控模块6021采用基于stm32系列的微控制器，所述执行模块6022和主控模块6021、纤维电加热丝10电性连接，所述执行模块6022采用pqssr
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da系列的固态继电器，所述纤维电加热丝10连接在固态继电器的输出触点上，所述执行模块6022连接在主控模块6021的通用输出端口上，主控模块6021控制执行模块6022工作后，纤维电加热丝10能够进行工作，从而开始加热，所述主控模块6021内嵌有针对温度传感器9所处环境温度控制的pid控制算法，pid控制算法是一个闭环的控制系统，利用误差信号来对被控量进行控制，是目前控制领域中应用最广泛的控制算法。
39.由于主控模块6021采用基于stm32系列的微控制器，所以pid控制算法的搭建基于keil5软件，内部的库文件包含常用的pid控制算法，只需要通过对其库文件的配置及程序的配置即可实现，在口罩温度调节过程中，纤维电加热丝10负责升温，使实时温度稳定到设定值并且在温控范围内，温度传感器9测量实际的环境温度值，然后将实际的环境温度值上传至主控模块6021和温度设置上限值和下限值，如果实际的环境温度值大于上限值，pid控制算法控制执行模块6022断开，纤维电加热丝10停止工作，实际的环境温度值减小；如果实际的环境温度值小于下限值，则pid控制算法控制执行模块6022导通，纤维电加热丝10工作，实际的环境温度值增大，从而将口罩的加热温度恒定在一定的范围内，能够让整个口罩始终保持在稳定的温度。
40.所述无线模块6023和主控模块6021电性连接，用于在主控模块6021和软件终端11之间提供通讯支持，所述无线模块6023基于nordic nrf52820蓝牙芯片构成，其连接在主控模块6021的通讯端口上，能够和硬件终端内部的蓝牙匹配连接并进行通讯，所述软件终端11安装在硬件终端内部，用于和温控模块6进行通讯，并在软件终端11内显示温度传感器9的测量参数和改变温控模块6内部的参数。
41.所述软件终端11包括实时显示单元1101、温度遥控单元1102和温度预警单元1103，所述实时显示单元1101用于在硬件终端上显示温度传感器9的测量参数，所述温度遥控单元1102用于控制主控模块6021内部的控制温度设定阈值，所述温度预警单元1103用于
设定温度传感器9的测量数值的安全阈值，并在温度越过阈值时控制硬件终端发出告警信号，硬件终端为采用安装操作系统的带有蓝牙功能的设备，软件终端11其本身是一个客户端软件，软件终端11基于android studio开发完成的，软件终端11的界面采用java语言编写构成，采用现有ui界面常用的线性布局linearlayout、相对布局relativelayout、按钮组件button、文本框组件textview、以及图片框组件imageview构成，整个界面具有三个功能单元，即上述的实时显示单元1101、温度遥控单元1102和温度预警单元1103，在无线模块6023建议硬件终端和主控模块6021之间的通讯后，实时显示单元1101的显示过程为，主控模块6021将温度数据通过无线模块6023发送至硬件终端，硬件终端将温度数据转发至软件终端11内，软件终端11根据对应的数据流标签实时显示到对应的文本框中，软件终端11可通过runnable接口能够实时获取来自无线模块6023的温度数据。
42.温度遥控单元1102在应用时首先要绑定温度遥控单元1102的窗口，本实施例中温度遥控单元1102的窗口包括启动开关、档位按钮、温度上限、温度下限，而且每个窗口添加监听器，每个窗口打开输入框设定数据时，监听器触发对应的事件，调用对应的方法来完成该项功能，启动开关主要是向主控模块6021发出开关信号，档位按钮主要是设置主控模块6021内部温度的上限值或者下限值，温度上限和温度下限主要设置软件终端11内部温度的告警阈值，温度预警单元1103的工作过程是在获取数据过程中进行的，当软件终端11从无线模块6023获取温度数据时进行判断，如果温度传感器9测量并发送的温度数据没有超出温度遥控单元1102内用户设置的上下限温度范围，则温度预警单元1103正常运行，反之如果超出了温度遥控单元1102用户设置的温度范围，温度预警单元1103则会弹窗报警，告知用户系统温度出现异常，需及时排查隐患，让口罩的使用更加的智能化，触发预警代码可从现有的android studio开发开源社区内获得。
43.本发明的使用原理：在进行使用时，将锂电池504安装在电池底座501的内部，然后将外罩层2和内罩层3通过连接按扣4分别固定在安装层1的外侧和内侧，再把口罩系带8通过连接机构7连接安装在安装层1上，然后即可正常佩戴口罩，在需要进行加热升温时，打开手机等硬件终端内部安装的软件终端11，在温度遥控单元1102的窗口内启动温控模块6并通过纤维电加热丝10进行加热，并在其内部，设置主控模块6021内部温度的上限值或者下限值，让口罩的加热温度稳定在加热的上限值和下限值之间，并设置软件终端11内部温度的告警阈值，超出该阈值时温度预警单元1103则会弹窗报警；
44.当使用一段时间后，可以通过连接按扣4取下已经使用一段时间的外罩层2和内罩层3，通过连接机构7取下口罩系带8，更换上新的，保证卫生，当锂电池504的电量不足时，可将原有的锂电池504从电池底座501内拆下，更换上新的即可。
45.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。