智能检测空气质量的变色口罩

关键词：智能检测，变色口罩，空气质量

1、所提出问题描述（100-200）

为了帮助有呼吸道疾病的患者避免加重感染，快速痊愈，本创意设计了一款能可以智能检测周围空气微粒指数的变色口罩。口罩内装置了一个微型空气质量检测仪，表面嵌入一组三色LED灯。空气质量为良好，绿灯亮；空气质量为一般，黄灯亮；空气质量较差，红灯亮。此款变色口罩可以及时提醒呼吸道疾病患者远离空气质量差的地方，有效控制疾病恶化，加快痊愈时间。同时耗电量小，只需光照能便可满足用电需求。

2、背景综述和分析（ 300-800 字）

2.1选题的目的、意义

    19世纪末口罩开始应用于医护领域。德国病理学专家莱德奇开始建议医护人员使用纱布罩具以防止细菌感染。20世纪初，口罩首次成为大众生活必备品。席卷全球的西班牙流感夺走了约5000万人的生命，普通人群被要求用口罩抵御病毒。20世纪中后期，口罩的大规模使用次数明显频繁。载入史册的历次大流感中口罩在预防和阻断病菌传播方面数度扮演重要角色。但是，相比于口罩对大众的细菌保护效果，发明者没有对一些有呼吸道疾病的患者进行考虑。所以对智能检测空气质量的变色口罩的设计对广大患者有着非常重要的意义，后续还可以将产品推向市场。

2.2国内外相关领域的现状分析

如今，新冠疫情在全世界蔓延，人们为避免传染而不得不戴口罩。随着城市工业化进程的加快，城市的空气质量日益下降。经常看天气预报的人们可以观察到，天气预报中已经开始报道城市的空气质量等级，这说明空气质量问题已经得到人们的普遍重视。在家居环境中，特别是刚装修完的室内，一些挥发性的有毒物质存在于空气中，人们的鼻子闻不出异味，但并不代表这些有害物质不存在。 长时间待在这样的环境中，对于人们的呼吸道有着不可逆的伤害。而那些呼吸道疾病患者，他们几乎都无时无刻佩戴口罩，但还是无法有效的控制自己疾病恶化。就在去年，赵勇成等研究人员就对空气质量检测装置进行过研究与设计，但其设计笨重，不易装置于这款口罩之内，而本款口罩硬件轻便，不会对使用者产生负担感。故此款变色口罩必会成为帮助患者康复的首选。

3、设计模型/解决方案（400-1000 字）  

此口罩装配了一个微型空气质量检测仪，能实时检测甲醛，PM2.5，TVOC和温湿度的仪器。通过其内部空气检测传感器，能准确测量出污染物浓度，并计算出空气质量指数AQI，当浓度超标时，使嵌入的三色LED灯亮红色，警示佩戴者远离。空气质量检测仪工作原理为：内部的甲醛传感器，PM2.5传感器，TVOC传感器以及温湿度传感器的信号，通过运算放大器将传感器的微弱信号放大，并通过滤波电路去除噪声干扰，然后通过AD采集，并采用32位高精度CPU处理计算，然后转化为污染物浓度值。三色LED灯是由红、绿两色LED组成的。它可以单独发出红光或绿光，当亮色光混合时，便呈现出黄色。此口罩还使用了一种新型高效的瓷－铝复合太阳能板，由铝合金基体板、导流汇集管和纳米结构吸热涂层等组成。铝合金基体板为循环管与曲翅板集成化一体结构，采用 6063 耐蚀铝合金通过型材挤出机一次挤制成型; 循环管和导流汇集管内壁涂覆厌水涂层，防止管道吸附水垢，增强耐蚀性能; 将黑瓷粉、消光剂和树脂结合剂等原料粉末合成纳米黑瓷复合粉料，通过静电喷涂和高温固化工艺制成纳米结构吸热涂层，阳光吸收率高达0.96。

4、参考文献

[1]庞晓艳,马文哲,雷雨,姚锐斌,殷鑫,马俊金.智能LED光导照明系统研究设计[J].中国科技信息,2022(02):79-80.

[2]刘勃妮,肖军,刘洲洲,王威.智能太阳能LED路灯控制系统的研究[J].自动化技术与应用,2022,41(01):27-29.

[3]Acquisdata. GLOBAL - GLOBAL - LED DECEMBER 9, 2021[M].Acquisdata Pty Ltd 2021:2021-12-09.

[4]赵勇成,王新陇,冉香坤.一种空气质量检测装置的设计与研究[J].中国高新科技,2021(16):31-32.

[5]熊亮.PM2.5空气质量检测报警器的设计[J].中国新通信,2021,23(07):161-162.

[6]修大鹏,张新恩,许建华,赵国辰,蒋孝平,张素卿,王杰,洪善强.一种新型的瓷-铝复合太阳能板[J].山东科学,2021,34(06):68-76.