一种可监测呼吸参数的电声通话装置及使用方法与流程

1.本发明属于防毒面具通话技术领域，特别涉及一种可监测呼吸参数的电声通话装置及使用方法。

背景技术：

2.电声通话是防毒面具的一项重要功能，目前，现有防毒面具电声通话功能较为单一，仅具备扩声能力，当作业人员进入地下、山区等特殊场所进行作业时，经常需要进行远距离应急通话，目前电声无法满足此需求，给作业人员现场作业带来了极大的不便，同时现有电声不能对呼吸参数进行监测，作业人员进入现场进行作业出现呼吸及生理异常，无法进行监测及预警，同时防毒面具面罩漏气无法监测，给作业人员增加了潜在的风险。针对上述问题，急需设计一种可监测呼吸参数的电声通话装置及方法。
3.例如专利号为“cn201410598124.4”名称为“防毒面具无线通话器”的专利，公开了一种防毒面具无线通话器，由主体、拾音器、耳塞式受话器组成，主体、拾音器隔腔安装在防毒面具前端，且拾音器上连接送话插座；主体由壳体和壳体内的扬声器、电池、电路板及壳体外的天线构成；壳体外具有送话插头和受话插座，且送话插头与送话插座连接，受话插座与耳塞式受话器连接；电路板上设有dsp数字信号处理器、音频编解码器、射频收发电路、射频前端放大器、音频功率放大器；音频编解码器的模拟话音信号输入端与送话插头连接，第一、第二模拟话音信号输出端分别与音频功率放大器输入端及受话插座连接，音频功率放大器输出端接扬声器；壳体下部的呼气通路与防毒面具的呼气阀对应，实现多人同时无线通话，并兼有扩声通话功能，但是不具备对作业人员进行生理监测的功能，也无法及时提供预警。
4.因此，需要设计一种可监测呼吸参数的电声通话装置及使用方法来解决上述问题。

技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种可监测呼吸参数的电声通话装置及使用方法，不仅可以进行远距离应急通话，解决远距离应急通信问题，还通过设置压力传感器以及微控制器，对多个呼吸区间的压力数据进行监测和计算，通过该区域的压力数据与平均值数据的对比可以有效检测面罩密封性能是否完好；装置还可以对作业人员的呼吸频率以及温湿度、二氧化碳阈值情况进行监测分析，对生理异常参数进行实时监测及预警，有效保障作业人员生命安全。
6.为实现上述技术效果，本发明所采用的技术方案是：一种可监测呼吸参数的电声通话装置，包括无线收发腔体和信号采集腔体；无线收发腔体设置于防毒面具外部，通过防毒面具接口底座与防毒面具连接；信号采集腔体设置于防毒面具内部，正对人体口部位置；无线收发腔体内部设置有无线收发模块、天线、蓝牙模块、音频模块组以及电源模块组，无线收发腔体正面设置有扩音腔体和按键面板，无线收发腔体侧面设置有耳机接口和充电接
口，无线收发腔体背面设置有第一插头，无线收发模块、蓝牙模块、按键面板、音频模块组以及电源模块组均与微控制器电性连接。
7.优选地，音频模块组包括报警模块、音频放大模块和微型扩音器；电源模块组包括电池仓内部的电池以及电压转换模块。
8.优选地，信号采集腔体设置有第一麦克风、第二微控制器和第二麦克风设置于内部；信号采集腔体正面表面设置有压力传感器、温湿度传感器和二氧化碳传感器；信号采集腔体背面设置有第二插头。
9.优选地，压力传感器、温湿度传感器以及二氧化碳传感器均与第二微控制器的i/o口电连接，第二微控制器的串口与第二插头电连接。
10.优选地，第一麦克风和第二麦克风与第二插头电连接，第二插头与第一插头电连接，第一微控制器的串口与第一插头电连接且通过第二插头以及第一插头与第二微控制器的串口连接。
11.优选地，音频放大模块的输入口与第一插头电连接，且通过第二插头以及第一插头与第一麦克风电连接；优选地，无线收发模块的音频输入口与第一插头电连接，通过第二插头以及第一插头与第二麦克风电连接；优选地，天线以及耳机接口均与无线收发模块电连接，音频放大模块输出口与微型扩音器电连接，充电接口与电池电连接。
12.优选地，压力传感器、温湿度传感器和二氧化碳传感器均采用mems传感器；按键面板包括第一按键、第二按键和第三按键，分别为电源/音量按键、信号发射按键和频段调节按键。
13.优选地，上述一种可监测呼吸参数的电声通话装置的使用方法，包括以下步骤：s1：初始化压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器、第二微控制器、第一微控制器、无线收发模块、蓝牙模块和第一微控制器，打开第二微控制器以及第一微控制器中断；s2：读取第一麦克风和第二麦克风数据；s3：读取压力传感器、温湿度传感器和二氧化碳传感器数据；s4，第二微控制器对n个呼气区间压力数据进行累加，计算n个呼气区间压力平均值，n为小于4的自然数；s5：第一控制器打开音频放大模块；音频放大模块获取第一麦克风音频数据，微型扩音器对音频信号进行扩声；s6：无线收发模块获取第二麦克风音频数据，按压第二按键，无线收发模块将音频信号发送至其他同频段的电声通话装置，通过第三按键对频段进行调节；s7：无线收发模块获取外部音频信号，音频信号通过耳机接口发送至耳机；s8：第二微控制器将压力传感器、温湿度传感器、二氧化碳传感器以及n个呼气区间压力平均值数据发送至第一微控制器；s9：第一微控制器比较压力传感器数据，当某一呼气区间压力数据相较于前n个呼气区间压力平均值数，出现较大幅度降低，则判断防毒面具面罩密封出现问题，面罩出现漏气，报警模块报警；
s10：第一微控制器根据压力传感器数据在设定的呼吸切换参考点的变化，可获取作业人员的呼吸频率，当作业人员的呼吸频率超出设定的安全范围，报警模块报警；s11：第一微控制器分别比较压力传感器、温湿度传感器和二氧化碳传感器数据，与呼气的压力、温湿度和二氧化碳阈值比较，当某一项或多项传感器数值超过阈值时，则判断作业人员呼吸及生理异常，报警模块报警；s12：蓝牙模块将压力、温湿度、二氧化碳浓度以及报警数据发送至外部便携式通信装置；s13：循环上述s2~s12。
14.进一步地，所述电池与电压转换模块给整个装置提供电源。
15.进一步地，所述无线收发模块为射频收发模块。
16.进一步地，所述第一插头和第二插头采用小型八芯插头。
17.进一步地，所述耳机接口和充电接口采用micro母座接口。
18.进一步地，所述电压转换模块可输出多种电压。
19.进一步地，所述电池采用可充电锂电池。
20.进一步地，所述报警模块采用蜂鸣器。
21.进一步地，所述第一微控制器和第二微控制器均采用单片机。
22.本发明的有益效果为：本发明的电声通话装置具备无线通信及呼吸参数监测功能，实现了远距离应急通话，解决远距离应急通信问题，仅通过压力、温湿度和二氧化碳数据，即可对作业人员的呼吸及生理异常参数进行实时监测及预警，有效解决了作业人员呼吸异常难以监测预警的问题，同时可对防毒面具面罩密封进行判断，对面罩漏气进行监测预警，有效解决面罩密封气密难以监测预警的问题；预警准确，模块化设计，结构简单，操作方便，有效保障作业人员生命安全。
附图说明
23.图1 为本发明总体结构内部示意图；图2 为本发明总体结构正面示意图；图3 为本发明总体结构背面示意图；图4 为本发明信号采集腔体结构内部示意图；图5 为本发明信号采集腔体结构正面示意图；图6 为本发明信号采集腔体结构背面示意图；图7 为本发明电路总体结构框图；图中附图标记为：无线收发模块1，第一麦克风2，天线3，耳机接口4，第一微控制器5，蓝牙模块6，第一按键7，第二按键8，第三按键9，报警模块10，音频放大模块11，微型扩音器12，电池13，电池仓14，电压转换模块15，第一插头16，第二插头17，无线收发腔体18，信号采集腔体19，充电接口20，压力传感器21，温湿度传感器22，二氧化碳传感器23，第二微控制器24，扩音腔体25，防毒面具接口底座26，第二麦克风27。
具体实施方式
24.实施例1：如图1~图7所示，一种可监测呼吸参数的电声通话装置，包括无线收发腔体18和信号采集腔体19；无线收发腔体18设置于防毒面具外部，通过防毒面具接口底座26与防毒面具连接；信号采集腔体19设置于防毒面具内部，正对人体口部位置；无线收发腔体18内部设置有无线收发模块1、天线3、蓝牙模块6、音频模块组以及电源模块组，无线收发腔体18正面设置有扩音腔体25和按键面板，无线收发腔体18侧面设置有耳机接口4和充电接口20，无线收发腔体18背面设置有第一插头16，无线收发模块1、蓝牙模块6、按键面板、音频模块组以及电源模块组均与微控制器电性连接。
25.进一步地，通过无线收发模块1与天线3实现与外部远距离语音通信；通过第一麦克风2、第二麦克风27可获取面罩内部作业人员独立的两路语音数据，两路数据分别用于无线传输和扩声，互不干扰，简化音频处理流程，提高无线传输和扩声音频质量；通过耳机接口4可将外部音频发送至耳机；通过第一微控制器5、第二微控制器24分别进行逻辑运算控制和传感器数据获取及处理发送，两个位控制器独立工作，互不干扰，提升装置运行效率，同时可实现面罩内外装置的模块化设计；通过蓝牙模块6将传感及报警数据发送至外部设备；通过第一按键7、第二按键8、第三按键9来发送操作指令；通过报警模块10实现作业人员呼吸及生理异常报警；通过音频放大模块11、微型扩音器12实现装置扩声功能；通过第一插头16、第二插头17实现装置面罩内外电连接；通过充电接口20对电池13进行充电或者外部供电，提供多种供电方式选择；通过压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23分别对作业人员的呼吸参数进行检测。
26.优选地，音频模块组包括报警模块10、音频放大模块11和微型扩音器12；电源模块组包括电池13仓内部的电池13以及电压转换模块15。
27.优选地，信号采集腔体19设置有第一麦克风2、第二微控制器24和第二麦克风27设置于内部；信号采集腔体19侧表面设置有压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23；信号采集腔体19背面设置有第二插头17。
28.优选地，压力传感器21、温湿度传感器22以及二氧化碳传感器23均与第二微控制器24的i/o口电连接，第二微控制器24的串口与第二插头17电连接。
29.优选地，第一麦克风2和第二麦克风27与第二插头17电连接，第二插头17与第一插头16电连接，第一微控制器5的串口与第一插头16电连接且通过第二插头17以及第一插头16与第二微控制器24的串口连接。
30.优选地，音频放大模块11的输入口与第一插头16电连接，且通过第二插头17以及第一插头16与第一麦克风2电连接；优选地，无线收发模块1的音频输入口与第一插头16电连接，通过第二插头17以及第一插头16与第二麦克风27电连接；优选地，天线3以及耳机接口4均与无线收发模块1电连接，音频放大模块11输出口与微型扩音器12电连接，充电接口20与电池13电连接。
31.优选地，压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23均采用mems传感器；按键面板包括第一按键7、第二按键8和第三按键9，分别为电源/音量按键、信号发射按键和频段调节按键。
32.实施例2：优选地，上述一种可监测呼吸参数的电声通话装置的使用方法，包括以下步骤：s1：初始化压力传感器21、温湿度传感器22、二氧化碳传感器23、第二微控制器24、第一微控制器5、无线收发模块1、蓝牙模块6和第一微控制器5，打开第二微控制器24以及第一微控制器5中断；s2：读取第一麦克风2和第二麦克风27数据；s3：读取压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23数据；s4，第二微控制器24对n个呼气区间压力数据进行累加，计算n个呼气区间压力平均值，n为小于4的自然数；s5：第一控制器打开音频放大模块11；音频放大模块11获取第一麦克风2音频数据，微型扩音器12对音频信号进行扩声；s6：无线收发模块1获取第二麦克风27音频数据，按压第二按键8，无线收发模块1将音频信号发送至其他同频段的电声通话装置，通过第三按键9对频段进行调节；s7：无线收发模块1获取外部音频信号，音频信号通过耳机接口4发送至耳机；s8：第二微控制器24将压力传感器21、温湿度传感器22、二氧化碳传感器23以及n个呼气区间压力平均值数据发送至第一微控制器5；s9：第一微控制器5比较压力传感器21数据，当某一呼气区间压力数据相较于前n个呼气区间压力平均值数，出现较大幅度降低，则判断防毒面具面罩密封出现问题，面罩出现漏气，报警模块10报警；s10：第一微控制器5根据压力传感器21数据在设定的呼吸切换参考点的变化，可获取作业人员的呼吸频率，当作业人员的呼吸频率超出设定的安全范围，报警模块10报警；s11：第一微控制器5分别比较压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23数据，与呼气的压力、温湿度和二氧化碳阈值比较，当某一项或多项传感器数值超过阈值时，则判断作业人员呼吸及生理异常，报警模块10报警；s12：蓝牙模块6将压力、温湿度、二氧化碳浓度以及报警数据发送至外部便携式通信装置；s13：循环上述s2~s12。
33.进一步地，所述电池13与电压转换模块15给整个装置提供电源。
34.进一步地，所述无线收发模块1为射频收发模块。
35.进一步地，所述第一插头16和第二插头17采用小型八芯插头。
36.进一步地，所述耳机接口4和充电接口20采用micro母座接口。
37.进一步地，所述电压转换模块15可输出多种电压。
38.进一步地，所述电池13采用可充电锂电池13。
39.进一步地，所述报警模块10采用蜂鸣器。进一步地，所述第一微控制器5和第二微控制器24均采用单片机。
40.实施例3：本发明的工作过程和工作原理为：当防毒面具使用电声通话功能时，作业人员按照所明书的要求将，防毒面具接口底座26与防毒面具连接，信号采集腔体19安装于防毒面具内部，佩戴好防毒面具，按压第一
按键7开机，按压第三按键9对频段进行调节。第二微控制器24读取压力传感器21、温湿度传感器22、二氧化碳传感器23数据；第二微控制器24对n个呼气区间压力数据进行累加，计算n个呼气区间压力平均值，n为小于4的自然数；第一微控制器5打开音频放大模块11使能位，音频放大模块11获取第一麦克风2音频数据，音频放大模块11驱动微型扩音器12对音频信号进行扩声；无线收发模块1获取第二麦克风27音频数据，按压第二按键8，无线收发模块1通过天线3将音频信号发送至其他同频段的电声通话装置，通过第三按键9对频段进行调节；无线收发模块1获取外部音频信号，音频信号通过耳机接口4发送至耳机；第二微控制器24将压力传感器21、温湿度传感器22、二氧化碳传感器23以及n个呼气区间压力平均值数据发送至第一微控制器5；第一微控制器5比较压力传感器21数据，当某一呼气区间压力数据相较于前n个呼气区间压力平均值数，出现较大幅度降低，则判断防毒面具面罩密封出现问题，面罩出现漏气，第一微控制器5驱动报警模块10报警；第一微控制器5根据压力传感器21数据在设定的呼吸切换参考点的变化，可获取作业人员的呼吸频率，当作业人员的呼吸频率超出设定的安全范围，第一微控制器5驱动报警模块10报警；第一微控制器5分别比较压力传感器21、温湿度传感器22和二氧化碳传感器23数据，与呼气的压力、温湿度和二氧化碳阈值比较，当某一项或多项传感器数值超过阈值时，则判断作业人员呼吸及生理异常，第一微控制器5驱动报警模块10报警；第一微控制器5控制蓝牙模块6将压力、温湿度、二氧化碳浓度以及报警数据发送至外部便携式通信装置。
41.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，本技术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。

技术特征：

1.一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：包括无线收发腔体（18）和信号采集腔体（19）；无线收发腔体（18）设置于防毒面具外部，通过防毒面具接口底座（26）与防毒面具连接；信号采集腔体（19）设置于防毒面具内部，正对人体口部位置；无线收发腔体（18）内部设置有无线收发模块（1）、天线（3）、蓝牙模块（6）、音频模块组以及电源模块组，无线收发腔体（18）正面设置有扩音腔体（25）和按键面板，无线收发腔体（18）侧面设置有耳机接口（4）和充电接口（20），无线收发腔体（18）背面设置有第一插头（16），无线收发模块（1）、蓝牙模块（6）、按键面板、音频模块组以及电源模块组均与微控制器（5）电性连接。2.根据权利要求1所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述音频模块组包括报警模块（10）、音频放大模块（11）和微型扩音器（12）；电源模块组包括电池仓（14）内部的电池（13）以及电压转换模块（15）。3.根据权利要求2所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述信号采集腔体（19）设置有第一麦克风（2）、第二微控制器（24）和第二麦克风（27）设置于内部；信号采集腔体（19）表面设置有压力传感器（21）、温湿度传感器（22）和二氧化碳传感器（23）；信号采集腔体（19）背面设置有第二插头（17）。4.根据权利要求3所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述压力传感器（21）、温湿度传感器（22）以及二氧化碳传感器（23）均与第二微控制器（24）的i/o口电连接，第二微控制器（24）的串口与第二插头（17）电连接。5.根据权利要求3所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述第一麦克风（2）和第二麦克风（27）与第二插头（17）电连接，第二插头（17）与第一插头（16）电连接，第一微控制器（5）的串口与第一插头（16）电连接且通过第二插头（17）以及第一插头（16）与第二微控制器（24）的串口连接。6.根据权利要求2所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述音频放大模块（11）的输入口与第一插头（16）电连接，且通过第二插头（17）以及第一插头（16）与第一麦克风（2）电连接；根据权利要求1所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述无线收发模块（1）的音频输入口与第一插头（16）电连接，通过第二插头（17）以及第一插头（16）与第二麦克风（27）电连接；根据权利要求1所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述天线（3）以及耳机接口（4）均与无线收发模块（1）电连接，音频放大模块（11）输出口与微型扩音器（12）电连接，充电接口（20）与电池（13）电连接。7.根据权利要求3所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置，其特征在于：所述压力传感器（21）、温湿度传感器（22）和二氧化碳传感器（23）均采用mems传感器；按键面板包括第一按键（7）、第二按键（8）和第三按键（9），分别为电源/音量按键、信号发射按键和频段调节按键。8.根据权利要求1~9任意一项所述的一种可监测呼吸参数的电声通话装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：初始化压力传感器（21）、温湿度传感器（22）、二氧化碳传感器（23）、第二微控制器（24）、第一微控制器（5）、无线收发模块（1）、蓝牙模块（6）和第一微控制器（5），打开第二微控制器（24）以及第一微控制器（5）中断；
s2：读取第一麦克风（2）和第二麦克风（27）数据；s3：读取压力传感器（21）、温湿度传感器（22）和二氧化碳传感器（23）数据；s4，第二微控制器（24）对n个呼气区间压力数据进行累加，计算n个呼气区间压力平均值，n为小于4的自然数；s5：第一控制器（5）打开音频放大模块（11）；音频放大模块（11）获取第一麦克风（2）音频数据，微型扩音器（12）对音频信号进行扩声；s6：无线收发模块（1）获取第二麦克风（27）音频数据，按压第二按键（8），无线收发模块（1）将音频信号发送至其他同频段的电声通话装置，通过第三按键（9）对频段进行调节；s7：无线收发模块（1）获取外部音频信号，音频信号通过耳机接口（4）发送至耳机；s8：第二微控制器（24）将压力传感器（21）、温湿度传感器（22）、二氧化碳传感器（23）以及n个呼气区间压力平均值数据发送至第一微控制器（5）；s9：第一微控制器（5）比较压力传感器（21）数据，当某一呼气区间压力数据相较于前n个呼气区间压力平均值数，出现较大幅度降低，则判断防毒面具面罩密封出现问题，面罩出现漏气，报警模块（10）报警；s10：第一微控制器（5）根据压力传感器（21）数据在设定的呼吸切换参考点的变化，可获取作业人员的呼吸频率，当作业人员的呼吸频率超出设定的安全范围，报警模块（10）报警；s11：第一微控制器（5）分别比较压力传感器（21）、温湿度传感器（22）和二氧化碳传感器（23）数据，与呼气的压力、温湿度和二氧化碳阈值比较，当某一项或多项传感器数值超过阈值时，则判断作业人员呼吸及生理异常，报警模块（10）报警；s12：蓝牙模块（6）将压力、温湿度、二氧化碳浓度以及报警数据发送至外部便携式通信装置；s13：循环上述s2~s12。

技术总结

本发明公开了一种可监测呼吸参数的电声通话装置及使用方法，包括无线收发腔体和信号采集腔体；无线收发腔体设置于防毒面具外部，通过底座与防毒面具连接；信号采集腔体设置于防毒面具内部，正对人体口部位置；无线收发腔体内部设置无线收发模块、天线、蓝牙模块、音频模块组以及电源模块组，无线收发腔体正面设置有扩音腔体和按键面板，无线收发腔体侧面设置有耳机接口和充电接口，无线收发腔体背面设置有第一插头，无线收发模块、蓝牙模块、按键面板、音频模块组以及电源模块组均与微控制器电性连接；不仅可以进行远距离应急通话，解决远距离应急通信问题，还能对作业人员的呼吸及生理异常参数进行实时监测及预警，保障作业人员生命安全。生命安全。生命安全。