一种基于ARM的耳口一体高性能防检雾霾口罩

梁付强 赵伟 吴泓怡 赵鑫 谢思映

摘要：如今，随着社会工业的发展，空气质量问题日益严重，给人们生活带来不便，甚至危害健康，防雾霾口罩应运而生。本文基于ARM处理器研究设计了一种耳口一体高性能防检雾霾口罩，是一种具有低成本、佩戴舒适、隔离效果佳的智能防护口罩。采用ARM作为核心处理器，再通过高速WIFI模块连接手机，根据口罩内温、湿度实际情况实时控制智能口罩的送风模式，从而调节口罩内环境参数，同时具有显示功能。实验结果表明，本智能口罩的研究与设计极具推广价值。

关键词：ARM处理器；防雾霾口罩；高速WIFI；参数调节

引言

传统的防雾霾口罩只有单纯的防雾霾功效，无法得知口罩内部环境是否良好，温湿度是否适宜，散热散湿效果差，冬天易导致眼睛起雾等。针对以上问题，设计一个有效降低佩戴者使用负荷且能显示口罩内环境的防雾霾口罩是十分有必要的。因此，本文對智能防雾霾口罩的研究就非常具有现实意义。

1 ARM处理器

ARM（Advanced RISC Machine）处理器是一种以低成本低功耗功能强为特点的RISC微处理器。本文设计口罩使用的处理器拥有UART以及SPI（Serial PeriPheral Interface，串行外设接口）接口，而nRF2401用的是DRI、CLK和DATA三线传输。由于受到速率影响，本文使用SPI接口实现处理器与nRF2401的连接。MCU与各种诸如网络控制器、Flash RAM、LCD显示驱动器等外围设备的通信可以使用SPI接口进行，以交换通信信息。外围设备包括和MUC等。如图1所示，为典型的SPI接口主从式总线结构。

本研究设计的口罩在最前端装有风扇通风，内部装有STM32、蓝牙、电池、温湿度测量仪、无线充电圈以及灰尘测量仪，内壁装有OLED显示屏，能够显示实时温度湿度。

2 WIFI模块

WIFI模块使用ESP8266，它集成了业界领先的Tensilica L106超低功耗32位微型MCU。带有16位精简模式，主频支持80MHz和160MHz，支持 RTOS，集成 Wi- Fi MAC/ BB/ RF/ PA/ LNA板载天线。支持标准的IEEE802.11 b/g/n 协议，完整的TCP/IP协议栈。用户可以使用此模块向现有设备添加网络功能或构建单独的网络控制器。MCU与ESP8266之间的通信模式采用AT命令模式。通过移动终端发送指令，ESP8266共有8个接口，接口图如图2所示。

ESP8266模块支持STA/AP/STA+AP 三种工作模式。STA模式，即ESP8266模块，通过路由器连接到Internet，移动电话或计算机通过Internet远程控制设备。AP模式，即ESP8266模块，充当热点，使移动电话或计算机能够直接与模块通信，实现局域网的无线控制。STA + AP模式是上述两种模式的共存模式，即无缝控制可以通过Internet控制实现，操作方便。在本设计中，使用 AP模式，MCU的串口中断波特率设置为9600。在将 ESP8266模块连接到 MCU硬件之前，首先将 ESP8266模块与 USB- TTL模块连接，然后使用 AT命令将 ESP8266模块更改为波特率9600。

3 实验结果

本实验通过手机软件与蓝牙模块的连接，达到在OLED 显示屏与手机软件上的数据显示，证明了口罩的实时监控效果优良。在人为调高温湿度时，风扇自动调整转速，并平稳转动，使其达到舒适状态，证明口罩的调控能力比较稳定且精准。图3为口罩外壁上的OLED 显示屏。

结论

本文针对广大人群设计了一种基于ARM处理器的新型智能控制呼吸口罩，实验证明口罩的保护能力是完全可行的，可以为日常和恶劣的环境工作者提供更好的保护能力，具有很大的医疗和商业推广前景和实用价值。

参考文献

[1]章哲豪，万兆新，苏同生.智能呼吸净化防雾霾口罩的设计[J].电子世界.2018（05）

[2]胡汪洋.口罩防雾霾效果与原理研究[J].中国战略新兴产业.2018（04）

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