一种温控服装夹层及其温度控制方法

技术领域

本发明属于智能服装夹层领域，具体涉及一种温控服装夹层及其温度控制方法。

背景技术

目前加热型服装夹层市场越来越大，各种温控型服装夹层层出不穷。一般分为传统电热丝型加热服和基于碳基材料（如碳纳米、石墨烯和碳纤维等）的加热服。前者成本较低，但是温度一致性、控制精度较差，由于材料本身偏硬，穿着不舒适，并且有不小的安全隐患。后者可以用5V充电宝供电，材料更加柔软耐折，温度一致性和控制精度较好，但是成本偏高。无论是使用哪种加热材料，控制逻辑基本一致，且整个组件直接集成在服装夹层本身，造成整品服装夹层价格偏高。

现有技术中的存在以下问题：

1.调温组件直接集成在整品服装夹层上，成品价格过高，一般消费者难以承受；

2.集成式组件拆卸和清洗都不方便，而且发热区数量在出厂后无法更改，只能主动调温，无法根据环境温度以及体温自动调节。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种温控服装夹层及其温度控制方法，能够搭配任意服装外套，成本较低，且内置加热控制组件可拆卸，有利于清洗和消毒，发热区数量，温湿度传感器等组件均可以根据需求增减。

本发明的技术方案如下所示：

一种温控服装夹层，所述服装夹层内部设置有加热控制组件，所述加热控制组件包括发热布、控制线路、温湿度传感器、电源线和组件控制器；所述组件控制器通过控制线路电性连接至发热布，所述电源线从组件控制器引出，所述组件控制器电性连接至温湿度传感器。

优选的，所述组件控制器包括MCU，所述MCU通过MOSFET驱动电路连接至发热布，所述发热布内置温度传感器，所述温度传感器连接至MCU；所述MCU还电性连接至天线、指示灯、按键模块和运动传感器；所述MCU通过电源线连接至供电模块，所述供电模块还电性连接至发热布。

优选的，所述天线采用板载PCB天线，所述指示灯采用RGB LED指示灯。

优选的，所述运动传感器采用板载惯性导航单元，包括3轴加速度计和3轴陀螺仪，所述运动传感器采用I2C接口连接到MCU。

优选的，所述发热布采用新型碳基发热材料制成，所述新型碳基发热材料包括但不限于碳纳米管、石墨烯、碳纤维中的一种或多种。。

优选的，还包括外置的温湿度监测扣，所述温湿度监测扣包括蓝牙处理器和温湿度传感器，所述蓝牙处理器电性连接至PCB天线、LED指示灯、温湿度传感器，所述温湿度监测扣中还包括纽扣电池，所述纽扣点电池直接为温湿度监测器各部件供电。

本发明还提供了一种用于温控服装夹层的温度控制方法，包括以下步骤：

S1：用户通过按键操作来设定要加热的档位；

S2：组件控制器中的MCU通过档位信息输出PWM控制信号；

S3：S1中控制信号驱动MOSFET电路实现特定的电流输出到发热布；

S4：加热过程中，MCU实时检测发热布的实时电流；

S5：加热过程中，MCU通过发热布上的温度传感器检测实时温度；

S6：实时电流过大时，MCU切断MOSFET驱动电路停止加热；实时温度过高时，MCU切断与供电模块的连接并报警。

优选的，所述发热布上的实时电流使用大功率低阻抗的功率电阻作为电流检测点，通过高精度电流检测芯片对电流信号进行放大，将放大信号输出至MCU检测引脚以供MCU判断实时电流的大小。

优选的，所述发热布上的温度传感器将实时温度的数值以引脚电压的形式输入至MCU，由MCU根据温度传感器引脚输出的电压判断实时温度。

优选的，在进行步骤S2中向发热布加热过程之前，还包括：通过组件控制器上的蓝牙装置与外置的温湿度监测扣进行无线通讯，并将外界的温湿度数据传输至组件控制器，为组件控制器提供外部数据支持。

本发明的有益效果为：

1、本发明的加热控制组件设置于服装夹层的夹层中，能够搭配任意服装外套，成本较低。

2、本发明中的加热控制组件内置，可拆卸，有利于清洗和消毒。

3、本发明中的发热区数量，温湿度传感器等组件均可以根据需求增减。

4、本发明利用内置温湿度传感器和外部温湿度监测扣，通过预先设定的算法自动调节加热温度。

附图说明

图1为本发明中带有内外装置的服装夹层的结构示意图。

图2为本发明中内置的加热控制组件的结构连接图。

图3为发热布的设置位置示意图。

图4为组件控制器内部的结构连接图。

图5为外置的温湿度监测扣的内部结构连接图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1、图2所示，本发明提供了一种温控服装夹层，包括设置于服装夹层中的加热控制组件，加热控制组件包括发热布（即图中的发热片）、控制线路、温湿度传感器、电源线和组件控制器；组件控制器通过控制线路电性连接至发热布，电源线从组件控制器引出，组件控制器电性连接至温湿度传感器。

其中组件控制器用于加热发热布及监控发热布的温度和电流，温湿度传感器用来监测夹层内部的温度和湿度，并通过数字总线接口I2C和组件控制器进行通信，发热布用于发热。

作为本发明的一种实施方式，发热布采用新型碳基发热材料（碳纳米管、石墨烯、碳纤维等），具有低压供电（＜36V）、安全、超薄、高效、柔软、耐水洗等特点，适合应用在服装服饰类产品上；电源线采用USB 4芯电源线，用来接充电宝给系统供电，端子一般为USBType-A或Type-C。

如图3所示，发热布置于夹层内部缝制的带拉链口袋之内，所有的走线通过夹层内部缝制的导线通道（带拉链），便于拆卸和安装，组件控制器和温湿度传感器分别固定在夹层右上方和背部的的带拉链小口袋内，便于拆卸和安装。

如图4所示，组件控制器包括MCU、供电模块、按键模块和指示灯、天线、MOSFET驱动电路与检测电路、运动传感器，MCU通过MOSFET驱动电路连接至发热布，发热布内置温度传感器，温度传感器连接至MCU，MCU电性连接至天线、指示灯、按键模块和运动传感器，MCU还通过电源线连接至供电模块，供电模块还电性连接至发热布；检测电路由温度传感器、高精度电流检测芯片、MCU组成用于检测发热布的实时温度和实时电流。

作为本发明的一种实施方式，其中MCU采用BLE SoC处理器，芯片本身具有AD、PWM、I2C等多种模拟和数字接口，功能扩展性较强；供电模块使用充电宝供电，支持快充型充电宝(例如5V2A /9V2A等)，经过DC-DC芯片转换成3.3V供给后端处理电路，USB D+和D-连接到核心处理器，可以通过快充协议输出指定电压给发热布，以提高加热功率；按键模块用来切换档位和工作模式，指示灯用来显示运行状态，采用RGB LED，可自定义多种颜色；天线采用板载PCB天线，可以降低成本。

作为本发明的一种实施方式，运动传感器采用板载IMU（惯性导航单元），由1个3轴加速度计和1个3轴陀螺仪组成，通过I2C接口连接到控制器。

并可以通过姿态检测算法，可以实现如下功能：

1、脱衣停止：

脱掉衣服30s左右能够检测到，自动停止加热和发光。用户脱掉衣服后静置，3轴加速度计上将会获取到特定的数值。在30s采样周期内，如果一直获取到该数值，则认为是用户脱掉了衣服，此时关闭加热电路。

2、跌倒报警：

检测到用户意外摔倒，可以闪红灯报警。用户摔倒的动作涉及到自由落体和身体姿态调整。三轴加速度计会触发自由落体中断，同时三轴陀螺仪会检测到人体倾斜的角度。两个数据送入MCU处理之后，会判断为用户跌倒。此时会在APP上给出跌倒通知，同时设备本身会红灯闪烁报警。

3、轻拍换挡：

在控制器周围轻拍两次，即可切换温度档位。利用加速度传感器，检测到控制器附近有连续两次的敲击动作（幅度和频率都可以调整），即认为用户触发了轻拍换挡功能，此时设备自动切换到下一个档位加热。

4、运动监测：

能够实时监测用户的坐、走、跑等运动状态，并且自动开启相应的加热档位。通过加速度计+陀螺仪，能够检测到用户坐、走、跑等运动状态，如果处于坐的状态，设备按照用户自定义的档位加热；如果处于走的状态，利用加速度传感器获取用户行走的步数。如果检测到用户走了2000步以上，则会自动降低1个档位加热；如果处于跑的状态，且连续跑超过5分钟，则自动降低2个档位加热直至关闭。（跑步时间超过5分钟后人体会产生一定的热量，此时不宜再进行加热）。

作为本发明的一种实施例，还可在服装外侧外置温湿度监测扣，主要用于采集外接气温和湿度，通过蓝牙传给内置的组件控制器，通过别针等方式固定在外套的外侧或帽子上（必须暴露在外界环境中）。

如图1、图5所示，温湿度监测扣包括温湿度传感器和蓝牙处理器，蓝牙处理器电性连接至PCB天线、LED指示灯、温湿度传感器，温湿度监测扣中还包括纽扣电池，纽扣电池电性连接至稳压器，稳压器上引出线路为温湿度监测扣各部件供电。

外置温湿度监测扣对最终产品来说是可选项，内置组件控制器在上电时会自动扫描是否存在外置温湿度监测扣，若有，则自动配对，并获取外接温湿度信息，并通过算法实现智能调节温度。

本发明还提供了一种用于温控服装夹层的温度控制方法，包括以下步骤：

S1：用户通过按键操作来设定要加热的档位；

S2：组件控制器中的MCU通过档位信息输出PWM控制信号；

S3：S1中控制信号驱动MOSFET电路实现特定的电流输出到发热布；

S4：加热过程中，MCU实时检测发热布的实时电流；

S5：加热过程中，MCU通过发热布上的温度传感器检测实时温度；

S6：实时电流过大时，MCU切断MOSFET驱动电路停止加热；实时温度过高时，MCU切断与供电模块的连接并报警。

上述方法中通过电流检测以及PWM功率调整功能，可以有效控制设备总输出功率，满足不同加热材料实际生产一致性差异时，避免出现负载功率过高造成意外损坏等风险。

作为本发明的一种实施方式，发热布上的实时电流使用大功率低阻抗的功率电阻作为电流检测点，通过高精度电流检测芯片对电流信号进行放大，将放大信号输出至MCU检测引脚以供MCU判断实时电流的大小。

作为本发明的一种实施方式，所述发热布上的温度传感器将实时温度的数值以引脚电压的形式输入至MCU，由MCU根据温度传感器引脚输出的电压判断实时温度。

作为本发明的一种实施方式，在进行步骤S2中向发热布加热之前，还包括：通过组件控制器上的蓝牙装置与外置的温湿度监测扣进行无线通讯，并将外界的温湿度数据传输至组件控制器，为组件控制器提供外部数据支持。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。