CN112616202B - 一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电热毯温度控制技术，其针对目前普通的电热毯，提出一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，动态控制电热毯的发热温度，提高用户睡眠的舒适性。本发明在外置控制器中预设睡眠曲线和功率控制曲线程序；所述功率控制曲线至少包括控制功率和被褥内温度的映射关系；该控制方法包括：外置控制器根据所述睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，从而调整电热毯在不同睡眠阶段的发热温度。

Description

一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法

技术领域

本发明涉及电热毯温度控制技术，具体涉及一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，特别适用于提高现有普通电热毯的使用舒适度。

背景技术

电热毯是一种接触式电暖器具，它将特制的电热元件缝入毛毯中，通电时发出热量。主要用于人们睡眠时提高被褥内温度，达到取暖目的。由于电热毯具有耗电量少，使用方便的特点，是老年人冬季睡眠床褥取暖主要方式。

现代医学认为睡眠一般包含非快速眼动(non-rapid eye movement，NREM)睡眠和快速眼动(rapid eye movement，REM)睡眠、觉醒等状态组成，其中NREM第1、2期为浅睡眠，第3、4期为深睡眠。睡眠过程并非一入睡就由浅入深并持续到天明，而是深一阵，浅一阵，深浅睡眠不断交替，期间伴随觉醒。

现代医学针对睡眠的研究证明，环境温度对睡眠质量和热舒适的影响都是显著的，可以认为睡眠过程热舒适的评价结果和睡眠质量的评价结果是一致的，即睡眠时所处环境温度舒适，睡眠质量高，睡眠时所处环境温度不舒适，睡眠质量低。电热毯使用时，在被褥内部营造出一个较被褥外温度高的环境，能使为用户带来舒适的睡眠环境。

然而，现有市面上的电热毯绝大部分仅存在几个档位，通过机械温控方式来调整发热温度，温度控制精度差，且不能根据用户需求实现连续调整曲线。一般只能通过睡前选择需要的档位，由于档位对应的发热功率固定，而人体在睡眠过程中所需要的热量相对于睡前要少，因此，如果整个睡眠过程都开着电热毯，容易被“热醒”；为了避免此情况，多数用户在实际使用中，在开启电热毯一段时间后，在入睡前再关闭电热毯，但是在用户睡眠后期有可能会被“冻醒”，影响睡眠质量。

现有技术中有专利提出通过设置温度传感器进行温度检测反馈从而实现电热毯加热功率控制，如申请号为201821794891.2，名称为《一种生命体征检测的智能电热毯》的专利申请。然而，这是一种针对全新电热毯产品的设计解决方案。并不能适用于目前用户家中已经购买了普通不带温度传感器的普通电热毯的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对目前普通的电热毯，提出一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，动态控制电热毯的发热温度，提高用户睡眠的舒适性。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，应用于包括外置控制器和至少一个电热毯的控制系统，所述外置控制器与电热毯电连接；所述外置控制器中预设睡眠曲线和功率控制曲线程序；所述功率控制曲线至少包括控制功率和被褥内温度的映射关系；该控制方法包括：外置控制器根据所述睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，从而调整电热毯在不同睡眠阶段的发热温度。

作为进一步优化，所述睡眠曲线为被褥内目标温度与睡眠周期的关系曲线，参考人体在睡眠过程中各个时段的代谢率而生成。

作为进一步优化，所述外置控制器中的预设睡眠曲线有多个，分别对应不同人群，该方法还包括：根据用户所属人群，选择对应的预设睡眠曲线。

作为进一步优化，所述电热毯有多个，该控制方法具体包括：外置控制器同时对多个电热毯按照选择的对应睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，来调整电热毯在不同睡眠阶段的发热温度。

作为进一步优化，所述功率控制曲线的建立方法包括：

建立在不同环境温度、不同被褥厚度下，按照不同功率百分比运行电热毯时的被褥温度关系，并采用公式进行拟合生成。

作为进一步优化，所述公式为：

T_被＝(K₁T_环+K₂H_被)*P_{功率百分比}

其中，所述T_被为被褥内温度；K₁为与环境温度相关系数；T_环为环境温度；K₂为与被褥厚度相关系数；H_被为被褥厚度；P_{功率百分比}为控制器输入的功率百分比。

作为进一步优化，所述功率控制曲线的建立方法包括：

建立在不同环境温度、不同被褥厚度以及电热毯与人体之间不同的垫絮或床单厚度下，按照不同功率百分比运行电热毯时的被褥温度关系，并采用公式进行拟合生成。

作为进一步优化，该方法还包括：

用户可通过与外置控制器无线通信的手机app或者与外置控制器配对的遥控器或者外置控制器本体按键来调整期望设定的被褥内目标温度，从而调整睡眠曲线。

作为进一步优化，所述外置控制器根据所述睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，具体包括：

外置控制器根据睡眠曲线获得当前睡眠阶段对应的被褥目标温度；

根据被褥目标温度在功率控制曲线中查找对应环境温度、对应被褥厚度下的控制功率；

根据获得的控制功率控制电热毯。

本发明的有益效果是：

通过在外置控制器中预设依照睡眠特性生成的睡眠曲线和依据不同环境下控制功率和被褥内温度的关系生成的功率控制曲线，外置控制器根据睡眠曲线结合功率控制曲线来控制调整电热毯在整个睡眠周期各个阶段适合的发热功率，可以实现用户整个睡眠过程开启电热毯，避免用户可能被热醒或冻醒，提高用户的睡眠质量，同时节约能源；此外，由于本方案不需要对电热毯本体进行改进，只需要一个外置控制器就能够实现上述功能，尤其适用于不带温度传感器检测等功能的普通电热毯，从而改善睡眠的舒适性；另外，用户可以直接通过调整期望设定的被褥内目标温度就可以调整睡眠曲线，相比直接设定功率，更加直观和便于理解。

附图说明

图1为本发明实施例中的功率控制曲线示意图。

具体实施方式

从睡眠的研究结果来看，睡眠是长达6～8h的一个过程，在此期间不同睡眠阶段交替出现，人体体核温度按24h节律持续变化，耗氧量一般在入睡后1h下降，醒来前2h上升。睡眠时的代谢率比基础代谢率低7.3～13.3％。冬季人体覆盖被褥系统，一般形成和室内环境相对独立的温度场，人体睡眠在入睡后体核温度需要下降，由于人体自身产生新陈代谢热量，在睡眠过程对发热量需求明显减弱。但在醒来2个小时前人体耗氧量增加，体核温度需要升高。可以看出，要实现人体舒适睡眠，需要对外部供热进行动态的适应性调节。为此，本发明提出一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，通过外置的控制器，采取与睡眠规律匹配的控制逻辑来对电热毯发热温度进行动态控制，实现舒适睡眠。

由于普通电热毯没有温度传感器，所以不能获取被褥内温度，但可以参照人体睡眠过程代谢值来推算和建立一种符合睡眠的睡眠曲线，该睡眠曲线的主要思想是：首先是在睡眠过程开始阶段，用较高输出功率，快速加热被褥内温度，使人更容易入睡；结合人体睡眠过程中代谢率变化，在睡眠初期逐步降低功率，睡眠中期保持较低的维持功率，直至结束，或睡眠后期开始回升功率，满足人体核心温度升高，使人自然苏醒。

但是用户并不容易理解功率调整与睡眠过程的冷热感觉习惯，因此本发明还建立电热毯发热功率与被褥内温度关系，用户只需要调整被褥内目标温度即可实现睡眠曲线的调节，使用户调整更加直观或更容易理解。

需要说明的是，本发明中的控制器可以同时对多个电热毯进行控制，即，控制器具备多个控制回路，分别与多个电热毯相连，从而实现一拖N(N≥2)控制功能，并且，本发明的控制器支持对每个电热毯的控制模式选择，控制模式包括：老人、儿童、男成年人、女成年人等。

实施例：

由于被褥内温度不仅与电热毯的功率有关，还与环境温度和被褥厚度有关；因此，本实施例中建立功率百分比与被褥内温度换算关系采用如下手段：

首先，选择多条现有的电热毯，在标准房间内，分别串接外置控制器；

然后，在不同环境温度、不同被褥厚度、不同功率百分比下采用测温器或者热电偶分别检测对应的被褥内温度(为了更加准确，可以取平均温度)；这里的“不同功率百分比”可以按照调整外置控制器的PWM波的占空比来控制电热毯的功率百分比输出；

接着，结合电热毯所处环境温度、被褥厚度建立外置控制器功率百分比与电热毯工作时被褥内温度关系；虽然电热毯的发热器件不均布，会造成初期被褥内温度不均匀，但是最终稳定后是个均匀温度场，故假定被褥内部温度均匀；

再接着，基于上一步的测试数据，梳理多个外置控制器功率百分比与电热毯工作时被褥内温度关系，由于要形成功率控制曲线，所以要对这些数据进行拟合计算：

T_被＝(K₁T_环+K₂H_被)*P_{功率百分比}

T_被：所获得的被褥内温度；

K₁：与环境温度相关系数；

T_环：环境温度；

K₂：与被褥厚度相关系数；

H_被：被褥厚度；

P_{功率百分比}：控制器输入的功率百分比。

获得较能普遍适用的功率控制曲线如图1所示，从图1中可以看出，被褥内温度与功率百分比基本上呈线性关系。

最后，将拟合后的功率控制曲线植入外置控制器。

为了进一步提高温度控制的精确性，还可以将人体与电热毯之间的床单或者垫絮的厚度也作为参数考虑进去，即，建立在不同环境温度、不同被褥厚度以及电热毯与人体之间不同的垫絮或床单厚度下，按照不同功率百分比运行电热毯时的被褥温度关系。

在外置控制器中预置睡眠曲线和上述功率控制曲线后，就可以结合睡眠曲线和功率控制曲线对被褥内温度进行动态调节：外置控制器根据睡眠曲线获得当前睡眠阶段对应的被褥目标温度；根据被褥目标温度在功率控制曲线中查找对应环境温度、对应被褥厚度下的控制功率；根据获得的控制功率控制电热毯，从而获得合适的被褥内温度。

若用户对睡眠曲线不满意，则可通过与外置控制器无线通信的手机app或者与外置控制器配对的遥控器或者外置控制器本体按键来调整期望设定的被褥内目标温度，从而调整睡眠曲线。由于用户直接调节的是温度值，相比调节控制功率值或者功率百分比更加直观和容易理解。

可选的，外置控制器可以通过无线通讯模块与人体穿戴设备等连接，获取人体穿戴设备提供的实时睡眠状态，判断睡眠进程(即当前处于整个睡眠周期的哪个阶段)，根据所述睡眠进程动态调整睡眠曲线，从而实现根据实际睡眠状态对电热毯发热温度的自适应调节，让用户在各个睡眠阶段都能得到舒适睡眠。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

应用于包括外置控制器和至少一个电热毯的控制系统，所述外置控制器与电热毯电连接；所述外置控制器中预设睡眠曲线和功率控制曲线程序；所述功率控制曲线至少包括控制功率和被褥内温度的映射关系；所述方法包括：外置控制器根据所述睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，从而调整电热毯在不同睡眠阶段的发热温度：外置控制器根据睡眠曲线获得当前睡眠阶段对应的被褥目标温度；

根据被褥目标温度在功率控制曲线中查找对应环境温度、对应被褥厚度下的控制功率；

根据获得的控制功率控制电热毯；

所述功率控制曲线的建立方法包括：

建立在不同环境温度、不同被褥厚度下，按照不同功率百分比运行电热毯时的被褥温度关系，并采用下列公式进行拟合生成：

所述公式为：

T_被=（K₁T_环+K₂H_被）*P_{功率百分比}

其中，所述T_被为被褥内温度；K₁为与环境温度相关系数；T_环为环境温度；K₂为与被褥厚度相关系数；H_被为被褥厚度；P_{功率百分比}为控制器输入的功率百分比。

2.如权利要求1所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

所述睡眠曲线为被褥内目标温度与睡眠周期的关系曲线，参考人体在睡眠过程中各个时段的代谢率而生成。

3.如权利要求1所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

所述外置控制器中的预设睡眠曲线有多个，分别对应不同人群，该方法还包括：根据用户所属人群，选择对应的预设睡眠曲线。

4.如权利要求3所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

所述电热毯有多个，该控制方法具体包括：外置控制器同时对多个电热毯按照选择的对应睡眠曲线结合功率控制曲线控制电热毯的功率，来调整电热毯在不同睡眠阶段的发热温度。

5.如权利要求1所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

所述功率控制曲线的建立方法包括：

建立在不同环境温度、不同被褥厚度以及电热毯与人体之间不同的垫絮或床单厚度下，按照不同功率百分比运行电热毯时的被褥温度关系，并采用公式进行拟合生成。

6.如权利要求1所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

该方法还包括：

用户可通过与外置控制器无线通信的手机app或者与外置控制器配对的遥控器或者外置控制器本体按键来调整期望设定的被褥内目标温度，从而调整睡眠曲线。

7.如权利要求1所述的一种基于外置控制器对电热毯发热温度调整的方法，其特征在于，

所述外置控制器还通过无线通讯模块与人体穿戴设备连接，获取所述人体穿戴设备提供的实时睡眠状态，判断睡眠进程，根据所述睡眠进程动态调整预设睡眠曲线。

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