CN109947155A

CN109947155A - 一种多温区可控梯度加温的方法

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Publication number: CN109947155A
Application number: CN201910285533.1A
Authority: CN
Inventors: 樊晓东
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2019-06-28

Abstract

本发明涉及一种多温区可控梯度加温的方法，包括以下步骤：（1）MCU产生脉宽调制波形PWM，启动加热；（2）MCU获取加热启动信号及温度档位信号，并细分PWM调节档位；（3）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MCU测量的上一次温度值，调整输出的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。

Description

一种多温区可控梯度加温的方法

技术领域

本发明涉及热交换技术领域，尤其涉及一种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，进一步提高了用户使用体验。

发明内容

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是本发明的多温区可控梯度加温的方法的流程图；

图2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；

图3是本发明实施例2的止痒仪的结构图；

图4是本发明实施例2的止痒仪的截面剖图；

其中，1-外壳；101-上壳；102-下壳；103-支撑柱一；104-支撑柱二；105-圆台；106-压柱；107-支撑柱三； 2-电源开关；3-主控芯片MCU；4-加热器件；5-档位调节开关；6-充电接口；7-LED状态指示灯。

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1~2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MCU产生脉宽调制波形PWM，启动加热；

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；

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。

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；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；

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）；

实施例2：如图3~4所示，包括外壳1、电源、电源开关2、控制板3和加热器件4，所述外壳1经由上壳101与下壳102密封对接围合形成防水性空间；所述下壳102的后端的底部内嵌有电源槽，所述下壳102内通过支撑柱一103和支撑柱二104连接所述控制板；所述下壳102的前端向下延伸并逐渐向内缩小形成一个圆台105，所述圆台105与所述下壳102为一体成型；所述圆台105的上表面开有槽口，所述加热器件4镶嵌在所述槽口上且穿过所述槽口，露在外壳1外的高度不超过2mm；所述加热器件4在所述下壳102内通过压柱106支撑，所述压柱106与所述上壳101内的支撑柱三107相插合连接，所述上壳101镶嵌有电源开关2，所述电源开关2与所述控制板3相连接，所述电源的输出端与所述控制板3的输入端相连接；所述加热器件4与所述控制板3呈双向连接，所述加热器件4上设有至少一个温度传感器用于监测并反馈工作温度给控制板3；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控制板3相连接；该实施例的电池为可更换式电池，所述下壳在所述电源槽的相应的位置设有槽盖，用于更换电池；所述上壳101的表面镶嵌有LED状态指示灯7，用于显示加热器件4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7显示绿灯亮表示加热器件4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7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器件4的状态以及电池充电的状态；所述上壳101上还镶嵌设有温度档位调节开关5，所述温度档位调节开关5为前后滑动档位开关；所述圆台105的截面为等腰梯形，等腰梯形的斜边与下底的角度为45度；所述加热器件4沿边缘向外延伸设有圆环凸台，所述加热器件4通过所述圆环凸台与所述槽口镶嵌连接；所述加热器件4为陶瓷加热器件，厚度为4mm，直径为0.6cm，所述圆环凸台的外径为0.7cm；所述控制板3采用单片机作为核心控制部件；控制板3采用STM8单片机作为核心控制部件；所述上壳101的前端和后端均为弧形，相应的，所述下壳102的前端和后端也为弧形；该止痒仪还包括震动马达或/和语音模块，所述震动马达或/和语音模块均与所述控制板电连接，所述震动马达或/和语音模块用于警告提示。通过震动马达震动或者和语音模块语音提示警告加热器件的工作温度是否过热，同时对该止痒仪所处的工作状态进行语音提示；所述加热器件4的加热的温度为40~50℃，所述加热器件4预热到工作温度的时间小于10秒；按下电源开关2按钮，止痒仪开始正常运行，10s之内将加热器件加热到工作温度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；可更换式电池为常用的7号或5号电池。对于该止痒仪时，使用该多温区可控加温的方法时，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。

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。

Claims

1.一种多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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.根据权利要求1所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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；

3.根据权利要求2所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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。

4.根据权利要求2所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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。

5.根据权利要求3所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，所述预热温度为37℃，所述档位温度为45~49℃。

6.根据权利要求3所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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；

7.根据权利要求4所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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；

8.根据权利要求4所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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）；

9.根据权利要求4所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，所述步骤S36采用快速升温端设置占空比为80%。

10.根据权利要求3所述的多温区可控梯度加温的方法，其特征在于，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。