一种止痒仪及其多温区可控梯度加温的方法与流程

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种止痒仪及其多温区可控梯度加温的方法。

背景技术：

现有的各种加热器件在加热过程中在开始时接触皮肤部位会在一定时间内升至其设定的温度值，且由于现有设备基本上采用高导热效率的基材，在设备使用初期由于温度低于正常体温会带来冰凉刺感，在设备加热温度超过人体皮肤温度后，由于升温速度过快导致人体有灼热感无法忍受，尤其对儿童的肌肤体感来说，这种现象尤其明显；且一般的加热器件与人体皮肤接触的材质为不锈钢，在接触皮肤初期会明显感受到金属低温。人体皮肤耐受温度一般在50~60℃，儿童的耐受温度更低，若直接将加热器件升至50℃或高于50℃后作用于人体皮肤，成人会感觉到过热，而儿童则可能会产生灼伤，严重时会产生水泡，甚至皮肤局部坏死。

中国专利文献（申请号：201320854617.0）公开了一种多温区可控梯度加温保健电热服装，包括服装；在服装内设置有加热器件夹层和移动电源；所述加热器件夹层内设置有加热器件；所述的加热器件和移动电源之间通过带插头电源导线相互电连接。但该技术方案并没有公开是如何实现多温区可控梯度加温的。

因此，有必要开发一种能够减少加热方法中的带来的不适应感，精准地控制温度上升的过程的加热方法及使用该加热方法的止痒仪，进一步提高了用户使用体验。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够减少加热方法中的带来的不适应感，精准地控制温度具有消除蚊虫叮咬反应的止痒仪。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：该止痒仪，包括外壳、电源、电源开关、主控芯片mcu和加热器件，所述外壳包括壳盖和壳体，所述壳盖可拆卸套接在所述壳体上连接成一体；所述壳体的后端内嵌有电源槽用于放置电源，所述壳体的前端设有槽口，所述加热器件镶嵌在所述槽口中且与所述槽口的表面相齐平或凸出高于所述槽口的表面；所述加热器件在所述壳体内通过支撑柱支撑且与所述主控芯片mcu相连接；所述壳体上镶嵌有电源开关，所述电源开关与所述主控芯片mcu相连接，所述主控芯片mcu设置在所述壳体内；所述电源的输出端与所述主控芯片mcu的输入端相连接；所述加热器件与所述主控芯片mcu呈双向连接，并反馈工作温度给主控芯片mcu。采用上述技术方案，按下电源开关按钮，消肿止痒枪开始正常运行，10s之内将加热片加热到工作温度40°到50°之间，最高不超过50°，不使用时，按下电源开关关闭电源实现了快速升温。

作为本发明的优选技术方案，所述电源包括电池和连接导线，所述电池放置在所述电源槽内且所述电池的输出端通过所述连接导线与所述主控芯片mcu相连接。

作为本发明的优选技术方案，所述壳体上镶嵌有led状态指示灯，用于显示加热器件是否处于加热中和用于指示电池充电是否正常和是否充满。led状态指示灯，显示绿灯亮表示加热片处于工作温度，设备进入工作状态；显示红灯亮时则表示非工作温度或设备非工作状态；灯灭时则表示设备断电；led状态指示灯同时复用为充电状态灯，充电过程中，红灯亮，充电结束，绿灯亮。这样可以清晰地显示出加热片的状态以及电池充电的状态。

作为本发明的优选技术方案，所述壳体的后端在所述电源槽所在的位置处可拆卸连接有电池盖，用于取出电池进行电池的更换。

作为本发明的优选技术方案，所述壳体的前端在所述主控芯片mcu的上方位置可拆卸连接有前盖，用于检修该止痒仪。

作为本发明的优选技术方案，所述壳体的前端内设有蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述主控芯片mcu相连接。加热器件超过工作温度时，具有超温断电功能，伴有警告，警告可以是led灯红灯警告或震动马达震动或语音提示（蜂鸣器）；且支持时间控制，到达最高温度时，保持10s后，断电停止加热，从而实现消肿止痒。

作为本发明的优选技术方案，所述加热器件包括陶瓷片和加热板，所述陶瓷片镶嵌在所述槽口上，所述加热板在所述壳体内紧贴着所述陶瓷片；所述加热板上设有温度传感器。

作为本发明的优选技术方案，所述陶瓷片沿边缘向外延伸设有圆环凸台，所述陶瓷片通过所述圆环凸台与所述槽口镶嵌连接；所述陶瓷片的厚度为2~4mm，直径为0.5~1cm。

本发明要解决的技术问题是，提供一种能够减少加热方法中的带来的不适应感，精准地控制温度上升的过程的加热方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：该多温区可控梯度加温的方法，包括以下步骤：

（1）主控芯片mcu产生脉宽调制波形pwm，启动加热；

（2）所述主控芯片mcu获取加热启动信号及温度档位信号，并细分脉宽调制波形pwm调节档位；

（3）所述主控芯片mcu测量加热器件的实时温度，并根据加热器件的实时温度所在的温度区间模式与所述主控芯片mcu测量的上一次温度值，调整输出的脉宽调制波形pwm的占空比；直至达到温度档位的设定温度，则保持该温度；

（4）判断预设的整体加热时间是否到达，若到达则结束加热；若未到达，则判断预设检测温度时间的是否到达，若到达，则检测当前的实时温度并更新当前的实时温度，再根据更新的当前的实时温度，循环步骤（3）；若未到达，则等待预设检测温度时间到达，再检测当前的实时温度。

采用上述技方案，通过主控芯片mcu中编写相应的程序控制脉宽调制波形pwm与信号的输入和输出，通过主控芯片mcu对采集的信息进行比较并计算数据差同时将新的数据传输给主控芯片，从而实现对加热器件的温度进行调节，实现减少加热方中带来的不适应感，精准地控制温度上升的过程；当到达预设的整体加热时间，哪怕温度没有到达档位预设的温度也只能结束加热，这样可以控制加热时间，防止低温烫伤；当加热器件作用于人体皮肤，若直接将加热器件升至50℃或高于50℃后作用于人体皮肤，成人会感觉到过热，而儿童则可能会产生灼伤，严重时会产生水泡，甚至皮肤局部坏死；因此采用阶梯式逐渐升温，然后再保持，通过控制脉宽调制波形pwm调节可以将温升过程控制在1℃的差别内；从而使加热器件刚接触皮肤时不会有灼热感，给皮肤一个缓慢的适应过程，符合温度从肤向下皮下组织传导的规律，也符合人体从皮肤到体内吸收热量的逐步平衡的规律。

本发明进一步改进在于，所述步骤（3）具体包括以下步骤：

s31所述主控芯片mcu获取电池电压，并修正加热功率系数；

s32获取当前实时温度与温升调整所需的参数；

s33根据s32中获取的实时温度和温升调整所需的参数，调整脉宽调制波形pwm的占空比，然后判断此时的温度；

s34若此时的温度大于预热温度，则判断此时的温度是否大于温度档位的设定温度；若此时的温度大于等于温度档位的设定温度，则通过保温段pid运算再设置占空比，并保持此时的温度；

s35若步骤s34中此时的温度大于预热温度且小于温度档位设定的温度时，则运行恒温升段pid运算，再设置占空比，直至此时的温度大于温度档位设定的温度；

s36若步骤s34中此时的温度小于预热温度，则通过快速升温端设置占空比，且循环步骤s32至步骤s35直至此时的温度大于温度档位设定的温度。通过至少一个温度传感器不断的反馈温度，再通过主控芯片mcu不断的调节温度加热模式从而不断地调节加热器件的温度，使温度保持在1℃内的偏差中。

本发明进一步改进在于，所述步骤（3）还包括调整输出的脉宽调制波形pwm的占空比后存储当前的数据至主控芯片mcu。

本发明进一步改进在于，所述步骤（3）中的所述温度区间模式包括模式1、模式2和模式3，所述模式1为满功率加热，所述模式2为恒定温升速率加热，所述模式3为保持档位温度恒定。其中满功率的功率值范围在1.2~1.5w。

作为本发明的优选技术方案，所述预热温度为37℃，所述档位温度为45~49℃。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤s32中的温升调整所需要的参数包括温度偏差、温升速度、温升速度偏差、温升速度变化率和上一次温度值；

所述温度偏差的计算公式为：es(k)=tempset-temp(n）；其中es(k)为当前采集的温度值与设置值偏差；tempset为设置的保温值，此处等于49℃；temp(n)为当前采集的温度值；

所述温升速度的计算公式为：v(k)=temp(n)-temp(n-1)；其中v(k)为当前温度变化的速率；temp(n)为当前采集的温度值；temp(n-1)：为上一次采集的温度值；

所述温升速度偏差的计算公式为：e(k)=r-v(k)；其中e(k)为当前温度变化的速率；r为恒速率温升的设定值，为常数；v(k)为当前温度变化的速率；

所述温升速度变化率的计算公式为：ec(k)=e(k)-e(k-1)；其中ec(k)为当前温度速率的变化率；e(k)：为当前温度变化的速率；e(k-1)为上一次温度速率的变化率。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤s34中的所述保温段pid运算的公式为：

δkp1=p1*es(k)（1）；

δki1=i1*v(k)（2）；

δkd1=d1*(v(k)-v(k-1))（3）；

duty(n)=duty(n-1)+δkp1+δki1+δkd1；

其中p1、i1、d1为修正后的常量；duty(n)为当前需要设置的占空比；duty(n-1)为上一次设置的占空比；es(k)为当前采集的温度值与设置值偏差；v(k)为当前温度变化的速率；v(k-1)为上一次温度变化的速率。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤s35中的所述恒温升段pid运算的公式为：

δkp2=p2*e(k)（4）；

δki2=i2*ec(k)（5）；

δkd2=d2*(ec(k)-ec(k-1))（6）；

duty(n)=duty(n-1)+δkp2+δki2+δkd2（7）；

其中p2、i2、d2为修正后的常量；duty(n)为当前需要设置的占空比；duty(n-1)为上一次设置的占空比；e(k)为当前温度变化的速率；ec(k)为当前温度速率的变化率；e(k-1)为上一次温度速率的变化率。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤s36采用快速升温端设置占空比为80%。通过不断测试，设置80%的占空比可以实现快速的升温。

作为本发明的优选技术方案，所述步骤（4）中预设的整体加热时间为20~600秒；所述预设检测温度时间为1~5秒。

作为本发明的优选技术方案，该多温区可控加温的方法用于止痒仪。

与现有技术相比，本发明的多温区可控加温的方法可以实现对加热器件的温度进行调节，实现减少加热方中带来的不适应感，精准地控制温度上升的过程；避免加热器件一开始接触皮肤的不适感或避免加热器件一开始温度过高造成皮肤的灼热感或灼伤。

附图说明

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案：

图1是本发明实施例1的止痒仪的结构图；

图2是本发明实施例1的止痒仪的截面剖图；

图3是本发明实施例1的止痒仪的加热器件的放大结构图；

图4是本发明实施例1的止痒仪的原理图；

图5是本发明的多温区可控梯度加温的方法的流程图；

图6是本发明的多温区可控梯度加温的方法的温升控制流程图；

其中，1-外壳；101-壳盖；102-壳体；103-槽口；104-支撑柱；105-连接线；106-led状态指示灯；107-电池盖；108-前盖；109-蜂鸣器；2-电源；3-电源开关；4-主控芯片mcu；5-加热器件；501-陶瓷片；5011-圆环凸台；502-加热板。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

实施例1：如图1~4所示，采用该多温区可控梯度加温的方法制造的止痒仪，包括外壳1、电源2、电源开关3、主控芯片mcu4和加热器件5，所述外壳1包括壳盖101和壳体102，所述壳盖101可拆卸套接在所述壳体102上连接成一体；所述壳体102的后端内嵌有电源槽用于放置电源2，所述壳体102的前端设有槽口103，所述加热器件5镶嵌在所述槽口103中且与所述槽口103的表面相齐平或凸出高于所述槽口103的表面；所述加热器件5在所述壳体102内通过支撑柱104支撑且通过连接线105与所述主控芯片mcu4相连接；所述壳体102上镶嵌有电源开关201，所述电源开关201与所述主控芯片mcu4相连接，所述主控芯片mcu4设置在所述壳体102内；所述电源2的输出端与所述主控芯片mcu4的输入端相连接；所述加热器件5与所述主控芯片mcu4呈双向连接，并反馈工作温度给主控芯片mcu；所述电源2包括电池和连接导线，所述电池放置在所述电源槽内且所述电池的输出端通过所述连接导线与所述主控芯片mcu4相连接；所述壳体102上镶嵌有led状态指示灯106，用于显示加热器件5是否处于加热中和用于指示电池充电是否正常和是否充满；所述壳体102的后端在所述电源槽所在的位置处可拆卸连接有电池盖107，用于取出电池进行电池的更换；所述壳体102的前端在所述主控芯片mcu4的上方位置可拆卸连接有前盖108，用于检修该止痒仪；所述壳体102的前端内设有蜂鸣器109，所述蜂鸣器109与所述主控芯片mcu4相连接；所述加热器件5包括陶瓷片501和加热板502，所述陶瓷片501镶嵌在所述槽口103上，所述加热板502在所述壳体102内紧贴着所述陶瓷片501；所述加热板502上设有温度传感器；所述陶瓷片501沿边缘向外延伸设有圆环凸台5011，所述陶瓷片501通过所述圆环凸台5011与所述槽口103镶嵌连接；所述陶瓷片501的厚度为2~4mm，直径为0.5~1cm；所述主控芯片mcu4采用单片机作为核心控制部件；主控芯片mcu4采用stm8单片机作为核心控制部件；热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制；具有过充电保护，过放电保护，过电流保护，短路保护等特点；对于该止痒仪时，该止痒仪采用多温区可控梯度加温的方法进行加温和保持温度恒定，所述多温区可控梯度加温的方法具体包括以下步骤：

（1）主控芯片mcu4产生脉宽调制波形pwm，启动加热；

（2）所述主控芯片mcu4获取加热启动信号及温度档位信号，并细分脉宽调制波形pwm调节档位；

（3）所述主控芯片mcu4测量加热器件的实时温度，并根据加热器件的实时温度所在的温度区间模式与所述主控芯片mcu4测量的上一次温度值，调整输出的脉宽调制波形pwm的占空比；直至达到温度档位的设定温度，则保持该温度；

所述步骤（3）具体包括以下步骤：

s31所述主控芯片mcu4获取电池电压，并修正加热功率系数；

s32获取当前实时温度与温升调整所需的参数；

s33根据s32中获取的实时温度和温升调整所需的参数，调整脉宽调制波形pwm的占空比，然后判断此时的温度；

s34若此时的温度大于预热温度37℃，则判断此时的温度是否大于温度档位的设定温度45~50℃；若此时的温度大于等于温度档位的设定温度45~50℃，则通过保温段pid运算再设置占空比，并保持此时的温度；

s35若步骤s34中此时的温度大于预热温度37℃且小于温度档位的设定温度45~50℃时，则运行恒温升段pid运算，再设置占空比，直至此时的温度大于温度档位设定的温度；

s36若步骤s34中此时的温度小于预热温度37℃，则通过快速升温端设置占空比，且循环步骤s32至步骤s35直至此时的温度大于温度档位的设定温度45~50℃；

（4）判断预设的整体加热时间是否到达，若到达则结束加热；若未到达，则判断预设检测温度时间的是否到达，若到达，则检测当前的实时温度并更新当前的实时温度，再根据更新的当前的实时温度，循环步骤（3）；若未到达，则等待预设检测温度时间到达，再检测当前的实时温度；

所述步骤（4）中预设的整体加热时间为30秒；所述预设检测温度时间为1秒。

实施例2：如图5~6所示，该多温区可控梯度加温的方法，包括以下步骤：

（1）主控芯片mcu4产生脉宽调制波形pwm，启动加热；

（2）所述主控芯片mcu4获取加热启动信号及温度档位信号，并细分脉宽调制波形pwm调节档位；

（3）所述主控芯片mcu4测量加热器件的实时温度，并根据加热器件的实时温度所在的温度区间模式与所述主控芯片mcu4测量的上一次温度值，调整输出的脉宽调制波形pwm的占空比；直至达到温度档位的设定温度，则保持该温度；

s31所述主控芯片mcu4获取电池电压，并修正加热功率系数；

s32获取当前实时温度与温升调整所需的参数；

s33根据s32中获取的实时温度和温升调整所需的参数，调整脉宽调制波形pwm的占空比，然后判断此时的温度；

s34若此时的温度大于预热温度，则判断此时的温度是否大于温度档位的设定温度；若此时的温度大于等于温度档位的设定温度，则通过保温段pid运算再设置占空比，并保持此时的温度；

s35若步骤s34中此时的温度大于预热温度且小于温度档位设定的温度时，则运行恒温升段pid运算，再设置占空比，直至此时的温度大于温度档位设定的温度；

s36若步骤s34中此时的温度小于预热温度，则通过快速升温端设置占空比，且循环步骤s32至步骤s35直至此时的温度大于温度档位设定的温度。

（4）判断预设的整体加热时间是否到达，若到达则结束加热；若未到达，则判断预设检测温度时间的是否到达，若到达，则检测当前的实时温度并更新当前的实时温度，再根据更新的当前的实时温度，循环步骤（3）；若未到达，则等待预设检测温度时间到达，再检测当前的实时温度。

所述步骤（3）还包括调整输出的脉宽调制波形pwm的占空比后存储当前的数据至主控芯片mcu4；所述步骤（3）中的所述温度区间模式包括模式1、模式2和模式3，所述模式1为满功率加热，所述模式2为恒定温升速率加热，所述模式3为保持档位温度恒定；所述步骤s32中的温升调整所需要的参数包括温度偏差、温升速度、温升速度偏差、温升速度变化率和上一次温度值；

所述温度偏差的计算公式为：es(k)=tempset-temp(n）；其中es(k)为当前采集的温度值与设置值偏差；tempset为设置的保温值，此处等于49℃；temp(n)为当前采集的温度值；

所述温升速度的计算公式为：v(k)=temp(n)-temp(n-1)；其中v(k)为当前温度变化的速率；temp(n)为当前采集的温度值；temp(n-1)：为上一次采集的温度值；

所述温升速度偏差的计算公式为：e(k)=r-v(k)；其中e(k)为当前温度变化的速率；r为恒速率温升的设定值，为常数；v(k)为当前温度变化的速率；

所述温升速度变化率的计算公式为：ec(k)=e(k)-e(k-1)；其中ec(k)为当前温度速率的变化率；e(k)：为当前温度变化的速率；e(k-1)为上一次温度速率的变化率。

所述预热温度为37℃，所述档位温度为45~49℃；所述步骤s36采用快速升温端设置占空比为80%；所述步骤（4）中预设的整体加热时间为20~600秒；所述预设检测温度时间为1~5秒。

所述步骤s34中的所述保温段pid运算的公式为：

δkp1=p1*es(k)（1）；

δki1=i1*v(k)（2）；

δkd1=d1*(v(k)-v(k-1))（3）；

duty(n)=duty(n-1)+δkp1+δki1+δkd1；

其中p1、i1、d1为修正后的常量；duty(n)为当前需要设置的占空比；duty(n-1)为上一次设置的占空比；es(k)为当前采集的温度值与设置值偏差；v(k)为当前温度变化的速率；v(k-1)为上一次温度变化的速率。

所述步骤s35中的所述恒温升段pid运算的公式为：

δkp2=p2*e(k)（4）；

δki2=i2*ec(k)（5）；

δkd2=d2*(ec(k)-ec(k-1))（6）；

duty(n)=duty(n-1)+δkp2+δki2+δkd2（7）；

其中p2、i2、d2为修正后的常量；duty(n)为当前需要设置的占空比；duty(n-1)为上一次设置的占空比；e(k)为当前温度变化的速率；ec(k)为当前温度速率的变化率；e(k-1)为上一次温度速率的变化率。

对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。