防毒面具送风器多效能控制系统及方法

技术领域

本发明属于防毒面具技术领域，涉及一种防毒面具送风器多效能控制系统及方法。

背景技术

目前，过滤空呼一体化防毒面具智能化程度低，作业人员使用时，需要现场作业人员根据实际经验来对过滤毒罐过滤通风或者空气呼吸器两种工作模式进行手动切换，且现场作业人员不能准确的判断滤毒罐是否失效或者空气呼吸器内空气是否消耗完毕，如果滤毒罐失效或者空气呼吸器内空气消耗完毕，现场作业人员手动切换不及时，会极大的增加现场作业的风险，且给现场作业带来极大的不便，同时，现有过滤空呼一体化防毒面具不能对环境毒气浓度及尾气浓度进行监测，给过滤空呼一体化防毒面具的使用带来了很大局限性，针对上述缺陷，急需设计一种防毒面具送风器多效能控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防毒面具送风器多效能控制系统及方法,结构简单，采用将开闭装置和通风装置设置于送风器本体的腔体内，开闭装置的蜗杆两端与通风装置的过滤通风口和送风器本体的空呼口对应，通风装置的涡轮风机与过滤通风口和送风器本体的进气口连通，涡轮风机出口侧连接的过滤通风口，涡轮风机的进口侧与送风器本体的进气口连通，滤毒罐与进气口连通，空呼气瓶与送风器本体的空呼口连通，控制系统控制开闭装置和通风装置工作，蜗杆往复运动开闭过滤通风口和空呼口，实现防毒面具滤毒罐与空呼的防护状态的自动转换，还能对环境气体浓度及尾气浓度进行监测，并对空呼剩余时间进行预警，安全可靠，极大的提高了现有防毒面具的智能化程度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防毒面具送风器多效能控制系统，它包括送风器本体、开闭装置、通风装置和控制系统；所述开闭装置和通风装置位于送风器本体内，开闭装置的蜗杆两端与通风装置的过滤通风口和送风器本体的空呼口对应，通风装置的涡轮风机与过滤通风口和送风器本体的进气口连通，控制系统与开闭装置和通风装置电性连接。

所述送风器本体为中空的箱体结构，位于下端前侧设置与其连通的进气口，位于上端和上端一侧设置与其连通空呼口和出气孔。

所述送风器本体前侧上端的面板上安装有控制系统的显示模块、按键模块、第二通讯模块、第二微控制器、气体传感器阵列、蓝牙模块和蜂鸣器。

所述开闭装置包括蜗轮配合的蜗杆，以及与蜗轮连接蜗轮电机，竖直的蜗杆往复运动时两端开闭过滤通风口或空呼口。

所述通风装置包括涡轮风机出口侧连接的过滤通风口，涡轮风机的进口侧与送风器本体的进气口连通。

所述控制系统的电池、电源转换模块、尾气探测模块、第一微控制器、涡轮风机驱动模块、开闭驱动模块和第一通讯模块安装在送风器本体内。

还包括滤毒罐和空呼气瓶；所述滤毒罐与进气口连通，空呼气瓶与送风器本体的空呼口连通。

所述空呼气瓶与空呼口连通的管路上设置压力采集模块。

所述控制系统电源转换模块与电池、第一微控制器和第二微控制器电性连接；第一微控制器与尾气探测模块、涡轮风机驱动模块、开闭驱动模块和第一通讯模块电性连接，蜗轮电机和涡轮风机分别与开闭驱动模块和涡轮风机驱动模块电性连接；第二微控制器与显示模块、按键模块、第二通讯模块、气体传感器阵列、蓝牙模块和蜂鸣器电性连接，压力采集模块与蓝牙模块电性连接；第一通讯模块和第二通讯模块之间建立通讯连接。

如上所述的防毒面具送风器多效能控制系统的控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：初始化尾气探测模块、第一微控制器、第二微控制器、涡轮风机驱动模块、开闭驱动模块、第一通讯模块、第二通讯模块、显示模块、蓝牙模块、气体传感器阵列，按键模块、蜂鸣器，打开第一微控制器、第二微控制器中断，过滤通风口关闭，空呼口打开；

步骤2，通过按键模块切控制系统的工作模式，工作模式设置为：停机模式、待机模式、自动模式、空呼运行模式、过滤通风模式，并通过显示模块显示；

步骤3：第一微控制器读取尾气探测模块的数据，同时将数据传输给第二微控制器；

步骤4：第二微控制器读取气体传感器阵列、压力采集模块的数据；

步骤5：第二微控制器读取的传感器数据并进行运算，当气体传感器阵列低于设定阈值，或者尾气探测模块低于设定阈值，第二微控制器发送指令给第一微控制器，第一微控制器控制蜗轮电机运动，打开过滤通风口，关闭空呼口，同时第一微控制器驱动涡轮风机工作；当气体传感器阵列高于设定阈值，或者尾气探测模块高于设定阈值，第二微控制器发送指令给第一微控制器，同时第一微控制器控制涡轮风机停止工作，第一微控制器控制蜗轮电机运动，关闭过滤通风口，打开空呼口，同时第二微控制器根据压力采集模块的采集的空呼压力值大小变化，判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器驱动蜂鸣器报警；

步骤6：第二微控制器通过蓝牙模块将工作状态、传感器数据上传至信息终端；

步骤7：循环运行步骤2至步骤6；

步骤8：按键模块切换至待机模式，返回步骤2至步骤4，同时通过第二微控制器通过蓝牙模块将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行；

步骤9：按键模块切至换空呼运行模式，返回步骤2至步骤4，第二微控制器发送指令给第一微控制器，第一微控制器控制蜗轮电机运动，关闭过滤通风口，打开空呼口，同时第一微控制器控制涡轮风机停止工作，第二微控制器根据压力采集模块的采集的空呼压力值大小变化，判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器驱动蜂鸣器报警；并通过第二微控制器通过蓝牙模块将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行；

步骤10：按键模块切换至过滤通风模式，返回步骤2至步骤4，第二微控制器发送指令给第一微控制器，第一微控制器控制蜗轮电机运动，打开过滤通风口，关闭空呼口，同时第一微控制器驱动涡轮风机工作；并通过第二微控制器通过蓝牙模块将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行，通过按键模块可手动调节风机风量；

步骤11：按键模块切换至停机模式，系统停止运行。

本发明的主要有益效果在于：

具备防毒面具滤毒罐过滤通风与空呼的防护状态的自动转换能力.

还能对环境气体浓度及尾气浓度进行监测.

可对空呼剩余时间进行预警，并将数据无线传输至信息终端。

结构简单、操作方便，极大的提高了现有防毒面具的智能化程度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的主视示意图。

图2为本发明送风器本体内部的布局示意图。

图3为本发明送风器本体与空呼气瓶连接的示意图。

图4为本发明的控制系统图。

图中：进气口11，空呼口12，出气孔13，蜗轮21，蜗杆22，蜗轮电机23，涡轮风机31，过滤通风口32，显示模块41，按键模块42，第二通讯模块43，第二微控制器44，气体传感器阵列45，蓝牙模块46，蜂鸣器47，电池51，电源转换模块52，尾气探测模块53，第一微控制器54，涡轮风机驱动模块55，开闭驱动模块56，第一通讯模块57，滤毒罐6，空呼气瓶7，压力采集模块71。

具体实施方式

如图1~图4中，一种防毒面具送风器多效能控制系统，它包括送风器本体、开闭装置、通风装置和控制系统；所述开闭装置和通风装置位于送风器本体内，开闭装置的蜗杆22两端与通风装置的过滤通风口32和送风器本体的空呼口12对应，通风装置的涡轮风机31与过滤通风口32和送风器本体的进气口11连通，控制系统与开闭装置和通风装置电性连接。使用时，滤毒罐6与进气口11连通，空呼气瓶7与送风器本体的空呼口12连通，控制系统控制开闭装置和通风装置工作，蜗杆22往复运动开闭过滤通风口32和空呼口12，实现防毒面具滤毒罐与空呼的防护状态的自动转换，还能对环境气体浓度及尾气浓度进行监测，并对空呼剩余时间进行预警，安全可靠，极大的提高了现有防毒面具的智能化程度。

优选的方案中，所述送风器本体为中空的箱体结构，位于下端前侧设置与其连通的进气口11，位于上端和上端一侧设置与其连通空呼口12和出气孔13。

优选的方案中，所述送风器本体前侧上端的面板上安装有控制系统的显示模块41、按键模块42、第二通讯模块43、第二微控制器44、气体传感器阵列45、蓝牙模块46和蜂鸣器47。

优选地，气体传感器阵列45内含一氧化碳传感器、氧气传感器、温湿度传感器、压力传感器。

优选的方案中，所述开闭装置包括蜗轮21配合的蜗杆22，以及与蜗轮21连接蜗轮电机23，竖直的蜗杆22往复运动时两端开闭过滤通风口32或空呼口12。使用时，蜗杆22两侧设置堵头，通过设置的堵头来实现空呼口12与过滤通风口32的开闭。

优选的方案中，所述通风装置包括涡轮风机31出口侧连接的过滤通风口32，涡轮风机31的进口侧与送风器本体的进气口11连通。

优选的方案中，所述控制系统的电池51、电源转换模块52、尾气探测模块53、第一微控制器54、涡轮风机驱动模块55、开闭驱动模块56和第一通讯模块57安装在送风器本体内。使用时，通过涡轮风机驱动模块6驱动涡轮风机31工作，对防毒面具进行送风；通过开闭驱动模块56驱动蜗轮电机23带动蜗杆22进行往复运动，实现空呼口12与过滤通风口32的开闭；通过第一通讯模块57进行通信，第一微控制器54进行逻辑运算。

优选的方案中，还包括滤毒罐6和空呼气瓶7；所述滤毒罐6与进气口11连通，空呼气瓶7与送风器本体的空呼口12连通。

优选的方案中，所述空呼气瓶7与空呼口12连通的管路上设置压力采集模块71。使用时，通过尾气探测模块53对滤毒罐6的尾气进行监测，确保滤毒罐6穿透时，进行防护状态切换。

优选地，压力采集模块71内含蓝牙模块，实现压力数据的无线传输。

优选的方案中，所述控制系统电源转换模块52与电池51、第一微控制器54和第二微控制器44电性连接；第一微控制器54与尾气探测模块53、涡轮风机驱动模块55、开闭驱动模块56和第一通讯模块57电性连接，蜗轮电机23和涡轮风机31分别与开闭驱动模块56和涡轮风机驱动模块55电性连接；第二微控制器44与显示模块41、按键模块42、第二通讯模块43、气体传感器阵列45、蓝牙模块46和蜂鸣器47电性连接，压力采集模块71与蓝牙模块46电性连接；第一通讯模块57和第二通讯模块43之间建立通讯连接。使用时，通过第二通讯模块43与第一微控制器54进行通讯；显示模块41显示当前工作状态等信息；蓝牙模块46将工作状态、传感器数据、空呼剩余时间发送至信息终端；气体传感器阵列45对环境毒气浓度进行监测，毒气浓度高于设定值进行防护状态切换；按键模块42可对防护状态进行手动调节；蜂鸣器47进行报警；第二微控制器44进行逻辑运算；压力采集模块71实时采集空呼气瓶7的压力数据，通过压力变化获取瓶内的剩余工作时间。

优选地，第一微控制器54通过第一通讯模块57与第二通讯模块43互相通讯。

优选地，电池51为可充电电池，电源转换模块52提供多种电压输出，用于整个系统供电，给模块提供合适的工作电压。

优选地，尾气探测模块53内部分别含四个MEMS气体传感器。

优选地，第一通讯模块57、第二通讯模块43均采用485通讯模块。

优选的方案中，如上所述的防毒面具送风器多效能控制系统的控制方法，它包括如下步骤：

步骤1：初始化尾气探测模块53、第一微控制器54、第二微控制器44、涡轮风机驱动模块55、开闭驱动模块56、第一通讯模块57、第二通讯模块43、显示模块41、蓝牙模块46、气体传感器阵列45，按键模块42、蜂鸣器47，打开第一微控制器54、第二微控制器44中断，过滤通风口32关闭，空呼口12打开；

步骤2，通过按键模块42切控制系统的工作模式，工作模式设置为：停机模式、待机模式、自动模式、空呼运行模式、过滤通风模式，并通过显示模块41显示；

步骤3：第一微控制器54读取尾气探测模块53的数据，同时将数据传输给第二微控制器44；

步骤4：第二微控制器44读取气体传感器阵列45、压力采集模块71的数据；

步骤5：第二微控制器44读取的传感器数据并进行运算，当气体传感器阵列45低于设定阈值，或者尾气探测模块53低于设定阈值，第二微控制器44发送指令给第一微控制器54，同时第一微控制器54控制涡轮风机31停止工作，第一微控制器54控制蜗轮电机23运动，打开过滤通风口32，关闭空呼口12，同时第一微控制器54驱动涡轮风机31工作；当气体传感器阵列45高于设定阈值，或者尾气探测模块53高于设定阈值，第二微控制器44发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54控制蜗轮电机23运动，关闭过滤通风口32，打开空呼口12，同时第二微控制器44根据压力采集模块71的采集的空呼压力值大小变化，判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器44驱动蜂鸣器47报警；

步骤6：第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端；

步骤7：循环运行步骤2至步骤6；

步骤8：按键模块42切换至待机模式，返回步骤2至步骤4，同时通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行；

步骤9：按键模块42切至换空呼运行模式，返回步骤2至步骤4，第二微控制器44发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54控制蜗轮电机23运动，关闭过滤通风口32，打开空呼口12，同时第一微控制器54控制涡轮风机31停止工作，第二微控制器44根据压力采集模块71的采集的空呼压力值大小变化，判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器44驱动蜂鸣器47报警；并通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行；

步骤10：按键模块42切换至过滤通风模式，返回步骤2至步骤4，第二微控制器44发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54控制蜗轮电机23运动，打开过滤通风口32，关闭空呼口12，同时第一微控制器54驱动涡轮风机31工作；并通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行，通过按键模块42可手动调节风机风量；

步骤11：按键模块42切换至停机模式，系统停止运行。

本发明的工作过程和工作原理为：

当作业人员进行现场作业时，作业人员通过按键模块42启动控制系统，控制系统进入自动模式开始工作。

第一微控制器54读取尾气探测模块53的数据，同时通过第一通讯模块57将数据传输给第二微控制器44；第二微控制器44读取气体传感器阵列45、压力采集模块71于蓝牙模块46连接将空气呼吸器的压力数据发送至第二微控制器44；第二微控制器44读取的传感器数据并进行运算，当气体传感器阵列45低于设定阈值，或者尾气探测模块53低于设定阈值，第二微控制器44通过第二通讯模块43发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54通过开闭驱动模块56控制蜗轮电机23运动，蜗轮电机23控制蜗杆22运动，打开过滤通风口32，关闭空呼口12，同时第一微控制器54通过涡轮风机驱动模块55驱动涡轮风机31工作，进入过滤通风模式，显示模块41控制系统当前工作状态。

当气体传感器阵列45高于设定阈值，或者尾气探测模块53高于设定阈值，第二微控制器44通过第二通讯模块43发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54通过开闭驱动模块56控制蜗轮电机23运动，蜗轮电机23控制蜗杆22运动，关闭过滤通风口32，打开空呼口12，同时第二微控制器44根据压力采集模块71的采集的空呼压力值大小变化，压力大空呼剩余工作时间长，压力减小空呼剩余工作时间减小，可判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器44控制蜂鸣器47报警；提醒作业人员及时撤离。第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端。

按键模块42切换至待机模式，则通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行。

按键模块42切至换空呼运行模式，第二微控制器44通过第二通讯模块43发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54通过开闭驱动模块56控制蜗轮电机23运动，关闭过滤通风口32，打开空呼口12，同时第二微控制器44根据压力采集模块71的采集的空呼压力值大小变化，可判断空呼的剩余工作时间，当剩余工作时间低于设定阈值时，第二微控制器44驱动蜂鸣器47报警；并通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端。

按键模块42切换至过滤通风模式，第二微控制器44发送指令给第一微控制器54，第一微控制器54通过开闭驱动模块56控制蜗轮电机23运动，打开过滤通风口32，关闭空呼口12，同时第一微控制器54驱动涡轮风机31工作；并通过第二微控制器44通过蓝牙模块46将工作状态、传感器数据上传至信息终端，并循环运行，通过按键模块42可手动调节风机风量；

按键模块42切换至停机模式，系统停止运行。

上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。