一种防雾霾智能口罩的设计_蓝牙_口罩

(四川大学 电子信息学院，四川 成都 610000)

设计了一款防霾、环保、透风、可改换滤芯，具有听歌、接电话、发短信等智能功能的雾霾口罩。
口罩主体上有防雾霾滤芯、风扇、PCB主控板、蓝牙模块、耳机、麦克风、电源。
PCB主控板以C8051F020芯片为掌握核心，并搭配上蓝牙模块，不仅可以有效地防止雾霾的吸入，更能通过按键开启语音识别拨打电话、发送短信等功能。
蓝牙模块采取BK8000L芯片，内置的麦克风和耳机让利用者在穿着口罩时依然可以有高品质的通话质量。
利用口罩不仅能够通过滤网有效地过滤PM2.5，而且还能够听音乐和接电话。
智能口罩在实用领域上具有广阔的运用前景。

中图分类号：TP99文献标识码：ADOI：10.19358/j.issn.2096-5133.2018.08.018

引用格式：徐磊，周渊平，黄思远，等.一种防雾霾智能口罩的设计［J］.信息技能与网络安全，2018,37（8）：88-90,100.

Design of an anti-fog and haze intelligent mask

Xu Lei， Zhou Yuanping， Huang Siyuan，Liu Quan

(College of Electronic and Information Engineering,Sichuan University,Chengdu 610000,China)

Abstract: An anti-mite, environment-friendly, ventilated, replaceable filter element was designed, and a smog mask with smart functions such as listening to songs, answering calls, and sending text messages was designed. There are anti-fog filters, fans, PCB main control boards, Bluetooth modules, headphones, microphones, and power supplies on the mask body. The PCB main control board uses the C8051F020 chip as the control core, and is equipped with a Bluetooth module, which can not only effectively prevent the inhalation of haze, but also enable voice recognition to make calls, send messages, and realize other functions through buttons. The Bluetooth module uses the BK8000L chip. Built-in microphones and headphones allow users to have high-quality call quality when wearing masks. The use of masks can not only effectively filter PM2.5 through the filter, but also can listen to music and answer the phone. Smart masks have broad application prospects in practical fields.

Key words: mask; anti haze; single chip microco mputer; Bluetooth

0 弁言

当前，随着我国经济的高速持续发展，日益恶劣的空气质量给广大公民的事情和生活带来不便,乃至严重威胁人们的康健。
我国已经有许多城市涌现了较为严重的雾霾，在大街上也有越来越多的人穿着口罩出门，目前市情上的口罩大多只有防雾霾功能一种，并且不会把人们呼出的废气及时地排出保持空气流利。
调查创造，许多人在穿着口罩时接听电话会对通话质量有一定影响。
为了肃清这一影响，人们或者选择提高音量，或者选择摘下口罩。
而且许多年轻人在穿着口罩的同时还有利用耳机听音乐的习气。
无论是利用蓝牙耳机还是有线耳机，它们都有各自的弊端。
人们在利用无线蓝牙耳机时会有耳机丢失的担忧；在利用有线耳机时又会有耳机线缠绕带来的烦恼。
为此，本文设计了一种防雾霾的智能口罩，拟办理上述的问题，并给利用者创造一种新的实用型口罩体验。

1 系统总体设计

1.1 系统构造的紧张构成部分

智能口罩紧张由PCB主控板、电源、风扇、麦克风、耳机、口罩和可改换滤芯组成，如图1所示。

智能口罩以PCB主控板为核心，包括蓝牙掌握模块、电源模块和风扇及按键。
利用者在穿着口罩后开启电源，系统启动并与移动端通过蓝牙连接，风扇开启主动排气，能够把口罩内呼出的废气全部排掉，促进新鲜空气从其他方向经由滤片过滤后流进，以达到持续新风的目的。
在口罩外部嵌入有高拾音的麦克风和高品质的耳机，利用者在防雾霾的同时也能享受到动听的音乐，在通话时也可以有更好的通话质量。
其余为口罩专配有长度较短的高品质耳机从而办理了耳机线缠绕带来的烦恼。
全体系统均安装在口罩右外侧，在右外侧开了一个2 cm2的小口并将风扇嵌入密闭，由于只管即便采取较小的器件，减少不必要的配件，末了将全体系统安装在口罩上后，并不会影响到利用者的舒适度。

1.2 系统设计的可行性比拟剖析

与当前盛行的口罩比较，该智能口罩在以下两个方面具有明显的上风：一是具有风扇支持的空气循环系统，可以给用户更舒适的体验；二是具有蓝牙功能，可以支持蓝牙接听电话和播放音乐，可以给用户更全面的实用体验。
文献［1］采取了防雾霾面罩，同时也有风扇循环口罩内空气，但并未整合蓝牙，不能接听电话和播放音乐。
文献［2］构造繁芜，生产本钱过高。

2 硬件电路设计

2.1 C8051F020先容

C8051F020的内部电路包括CIP-51微掌握器内核及RAM、ROM、I/O口、定时/计数器、ADC、DAC、SPI和SMBus等部件，即把打算机的基本组成单元以及仿照和数字外设集成在一个芯片上，构成一个完全的片上系统。
虽然其与80C51在指令系统上完备一样，但是其在运行速率、I/O端口配置办法、内部功能和外部接口上都有着很大程度的改进和提高，从而广泛运用于工业掌握、数据采集、网络通信等领域［3］。

2.2 蓝牙掌握模块

蓝牙掌握模块电路图如图2所示。
蓝牙掌握模块紧张由蓝牙芯片、音频输出部分和音频获取部分组成。
蓝牙芯片选用BEKEN的BK8000L芯片［4-5］，该块芯片不仅具有本钱低、性价比高的优点，还为蓝牙模块供应了更高品质的音乐和兼容性。
该芯片的蓝牙规格为Bluetooth2.0。
出于耳机功率放大的考虑，选用了TPA6132芯片，该芯片为一款立体声耳机放大器。
其特点是无需利用外部直流阻隔电容器，拥有卓越的低频保真度，并能抑制喀哒/噼啪噪声。
为了能识别蓝牙连接状态，设计了一蓝一红两个LED(D2、D3)，当两灯交替闪烁时表示蓝牙未连接并正在考试测验连接，当蓝牙已连接时，蓝灯慢闪。
S6-S10为蓝牙的掌握按键，在播放音乐时分别掌握音乐的上一曲、下一曲、音量增、音量减、播放与停息功能；来电时由播放与停息键卖力接听功能，并由播放与接听键卖力语音监听的开启。
C13-C25起到隔绝直流噪声的浸染。
耳机功放电路如图3所示。

2.3 风扇、按键及LED

口罩右部嵌有微型风扇，采取+5 V驱动。
此风扇用户将利用者呼出的废气排出，起到清新空气的浸染。
PCB主控板内具有5个按键与2个LED。
所有的按键及LED都集成在PCB主控板上，个中有5个按键位于蓝牙掌握模块，分别为上一曲、下一曲、音量增、音量减和停息/接通［6］，个中停息按键兼具接通键和语音监听，会自动根据场景选择不同功能。
别的5个用于单片机的掌握，末了4个作为PCB主控板的外围控件，用于往后的功能扩展。
一个LED灯作为系统启动指示灯，在通电开启时保持常亮。
此LED指示PCB主控板是否事情，为了降落功耗，其余两个LED灯（一蓝一红）作为连接蓝牙芯片指示灯，在蓝牙未连接（即搜索状态）时两灯交替闪烁，当蓝牙连接上时转换为一个蓝灯慢闪烁。
将常亮的蓝牙指示灯变为闪烁式的指示灯可以有效地减少能源的花费。

2.4 电源模块

智能口罩的电源模块卖力风扇的驱动和PCB主控板的电源供给，电源模块采取+5 V的直流电源，在向PCB主控板供电时，为了尽可能减少功耗，一是通过降落电压可以成平方级别地降落电能花费，以是采取AMS111芯片将+5 V转变为+3.3 V，该芯片输出电流为100 mA；二是可以进行手动掌握风扇的开启与关闭，减少电能花费；三是将蓝牙连接状态指示灯设计成慢闪形式，摒弃长亮模式从而减少功耗。
以上三点均为低功耗设计。
考虑到口罩须要频繁利用，在电源模块内有USB接口的充电模块，能够为口罩供应续航。
5 V转3.3 V电源转换电路如图4所示。

3 系统软件设计

PCB主控板软件流程图如图5所示，PCB主控板开启后，首先进行晶振初始化、引脚初始化和串口初始化与使能。
之后程序进入循环，对按键的触发做出相应，当有按键按下时，会对按键进行识别，当识别为语音按键时，系统会先发送SPP数传开启指令给移动端开启数据传输，之后若有数据从移动端通过蓝牙发送过来，蓝牙会将数据通过串口发送给单片机，此时会引起串口中断，串口中断时会引动身序中断并实行串口中断子程序［7］。
该程序会将发送过来的数据以字节的形式全部吸收并保存，退出子程序后会连续主程序的实行，主程序将保存的数据进行解析，通过解析提取里面的有用信息，若有用信息有与之对应的指令，则实行指令完针言音掌握；当识别为风扇掌握按键时，按键按下会把掌握开关颠倒达到掌握风扇开闭的效果。

4 实验验证

在系统完成后，进行了一系列的实验验证。
完成后的口罩如图6所示。
分别对透风情形、蓝牙连接情形、音乐播放效果和麦克风通信等功能进行了验证。
实验结果表明:利用者对透风效果给予了高度评价，蓝牙连接的成功率非常高，只需一次手动连接，之后便可以自动连接且不会发生连接中断的情形，移动端音乐播放后利用者可以通过耳机听到高品质的音乐，用户体验较好。
末了验证了蓝牙连接下的通话质量，结果表明此系统完备支持正常的通话。

5 结论

本文设计了一种防雾霾的智能口罩。
该系统由移动端、PCB主控板、风扇、麦克风、电源和耳机等部件组成。
本文给出了整体构造图，并对该系统的硬件电路设计和软件设计等难点进行了必要的阐述解释，在硬件中选择了易于调试的CF8051F020单片机模块和BK8000L蓝牙芯片。
该智能口罩一方面可以有效地防止雾霾，并排出呼出的废气给利用者更舒适的新风体验；另一方面可实现更加可靠的通话指令和更舒适的音乐享受。
本系统因其基本分开了对手部的过分依赖，适宜于很多场景，例如手脚不便的残障人士、正在驾驶的快递职员等，因此具有较好的实用性［8］。

参考文献

［1］ 关天屹.一种新型智能雾霾口罩的设计［J］.工业掌握打算机,2017,30(11):95-96，99.

［2］ 白喜宗.一种用于防尘防雾霾的音乐随行智能新风口罩:中国，CN201710547323.6［P］.2017-09-19.

［3］ 周时伟，谢维波. 基于Android的智能家居终端设计与实现［J］. 微型机与运用，2012，31(14):10-13.

［4］ 罗成立，张洁，赖增桂. 基于语音识别及蓝牙的“无纠缠”家居系统［J］. 福建电脑，2016，32(3):30-31，35.

［5］ 黄辉健，程良鸿，黄明杰，等. 基于语音识别的家居掌握系统设计［J］. 无线互联科技，2014(3):57-58.

［6］ 张燕红. 蓝牙技能在智能家居中的运用［D］.北京：北京工业大学，2003.

［7］ 熊狮，吴效明.基于Android系统的生理数据蓝牙传输技能［J］. 中国医学物理学杂志，2012，29(6):3801-3803.

［8］ 张驰程，周渊平. 基于Android的蓝牙通信头盔运用［J］. 打算机系统运用，2017，26(2):37-42.

（收稿日期：2018-04-24）

作者简介：

徐磊（1994-），男，硕士研究生，紧张研究方向：旗子暗记与信息处理。

周渊平（1955-），男，博士生导师，紧张研究方向：通信与信息系统、旗子暗记与信息处理。

黄思远（1994-），男，硕士研究生，紧张研究方向：旗子暗记与信息处理。