一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心

技术领域：

本发明涉及穿戴设备领域，更具体地说是一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心。

背景技术：

随着制冷技术的发展，即便是在炎热的夏季，人们如今也能通过空调等制冷设备营造一个清凉的室内工作环境，然而对于一些户外或高温环境工作者来说，却无法避免高温的炙烤。

高温工作环境被广泛认为会对高温作业人员的生产效率造成负面影响，并影响作业人员的健康。例如在室外执勤的交警，会面临35摄氏度乃至40摄氏度以上的高温；一些冶金行业的工人则不可避免地需要工作在60-70摄氏度的车间；消防员更是会进入80摄氏度以上的火灾现场开展救援工作。对于长期在这样高温环境工作的人们，人的生理功能尤其是体温调节、水盐代谢、血液循环等功能都容易出现问题，一日多余的热量无法通过人体的自我调节能力及时散失，就会导致体温上升，大量出汗；并且由于皮肤表面血管扩张，血液循环加快，以至于大脑中枢供血相对不足，使工作者注意力难以集中，轻则降低工作效率，影响工作时的判断力，重则引起中暑或更严重的健康问题，从而发生事故的风险大大增加。对于消防员、冶金工人而言，事故通常意味着生命安全受到威胁。

因此，在没有空调或其他制冷设备的高温环境下，如何通过自身携带的装置降低人体温度而对抗高温环境带来的困扰，是各国科研人员都在研究的课题。为了解决高热环境下工作人员由于热应激效应造成的体能消耗而导致的各种不适，各国科研人员研制出了各款降温工作服。目前现有的主要是运用改善人体散热途径即传导、对流、辐射、蒸发等形式来达到降温效果。但由于技术等原因的限制，各种降温背心都存在着缺陷，如通过空气压缩制冷的降温背心成本高、重量大且不便于移动；采用微型风扇吹汗排热降温的降温背心外形臃肿，并且在高温天气下根本无法满足人体对降温的需求；通过固态冰和液态水循环制冷的降温背心重量大，制冷时间短且需要提前对冰袋进行冷却；通过冷凝胶或相变材料作为冷源注入衣服中的降温背心，则需要提前进行冷却，不够简便。

发明内容：

为了有效解决现有的降温背心使用效果较差的问题，本发明的目的在于提供一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心，能有效降低人体核心温度，轻盈、便携，能适应多种工作场景，并在穿戴人员负重较轻的情况下维持较长时间的降温工作。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心,包括：

织带，所述织带由两层上下缝合而成，夹层中间安装了控制线路，包括肩部及背后部分，向下延伸至人体腰部位置，通过腰带穿插进行连接，所述织带上设有安装孔；

制冷制热装置,所述制冷制热装置设置在安装孔上，制冷制热装置通过控制线路与挂接在腰带上的电源系统连接；

智能温控装置,所述智能温控装置通过具有弹性的线路与电源系统连接。

本发明的进一步技术：

优选的，所述制冷制热装置包括壳体，壳体内嵌在安装孔上，所述外壳上设有进气口和出气口；

所述外壳内依次设置风扇、散热器、电子制冷热芯片、热敏电阻、石墨烯片、热传导片；

所述风扇设置在散热器旁，通过进风口进风，将进风口的风吹向散热器，再经过出风口吹出；

所述热敏电阻集成在电子制冷热芯片内，靠近石墨烯一侧，热敏电阻感知电子制冷热芯片的温度；

所述石墨烯片用于热传导，介于热传导片与电子制冷制热芯片之间；

所述热传导片位于靠近人体一侧，表面设置一层硅胶涂层。

优选的，所述电子制冷制热芯片两端设置铜制传导片。

优选的，所述壳体包括第一外壳和第二外壳，第一壳体位于织带外侧，第二壳体位于织带内侧，第二壳体底部开口，热传导片卡接在第二壳体底部开口内，与人体表接触，第一壳体和第二壳体将织带夹持在中间，安装孔用于连通第一外壳和第二外壳内部空间。

优选的，所述制冷制热装置分为正向散热和侧向散热两种形式；

正向散热形式下，进风口位于第二壳体侧壁，出风口位于第一壳体顶部，风扇和散热器上下布局；

侧向散热形式下，进风口位于第一壳体顶部，出风口位于第一壳体侧壁，风扇和散热器横向布局。

优选的，所述织带上设有圆形钉，所述智能温控装置的外壳上设有不锈钢弹片，不锈钢弹片上设有圆形钉安装卡槽，通过不锈钢弹片和圆形钉将智能温控装置安装在织带上。

优选的，智能温控装置上设有液晶显示器，热敏电阻感知电子制冷热芯片表面的温度反馈至液晶显示器，显示屏会显示热敏电阻感知的电子制冷热芯片的温度，用户可通过控制器外壳表面的薄膜开关，通过电路板控制电子制冷热芯片的电流，电压，从而控制电子制冷芯片的温度。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心，通过织带方案作为制冷模块的平台载体，成本低、重量轻且便于移动，彻底打破传统服装背心固化思维，可以实现外穿、内穿，且能够与各行业工种制服、场景通用融合，兼顾户外休闲与工作；

2、结构小巧，并且根据人体穴位合理分布，避开了颈椎、腰椎等对人体健康有害的部位，同时本方案把系统模块设计为可以在织带方向进行移动调节，不同的人可以根据自身需要对系统模块进行自由移动调节，确保找到最佳人体穴位和适合自己的最佳体感位置，满足人体对降温的需求；

3、本发明在电子制冷制热芯片两端设置铜制传导片，它的使用，大大提升了半导体冷量利用效率，极大降低了电子制冷制热芯片的厚度，让电子制冷制热芯片变得更高效、轻薄、可塑。

附图说明：

图1为实施例1一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心正面示意图；

图2为实施例1一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心背面示意图；

图3为正向散热形式制冷制热装置结构爆炸示意图；

图4为实施例2一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心正面示意图；

图5为实施例2一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心背面示意图；

图6为侧向散热形式制冷制热装置结构爆炸示意图；

图7为智能温控装置结构爆炸示意图；

图中标号：10织带；11安装孔；12制冷制热装置；13腰带；14智能温控装置；15电源系统；16第一壳体；17第二外壳；18进气口；19出气口；20风扇；21散热器；22热敏电阻；23电子制冷热芯片；24石墨烯片；25热传导片；26铜制传导片；27圆形钉；28不锈钢弹片；29卡槽；30液晶显示器；31薄膜开关；32电路板；33多功能收纳包；34硅胶涂层；35控制线路。

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。

实施例1，如图1、2、3、7，本发明提供一种基于可穿戴电子技术的多功能智慧温控背心,包括：

织带10，所述织带10由两层上下缝合而成，夹层中间安装了控制线路35，包括肩部及背后部分，向下延伸至人体腰部位置，通过腰带13穿插进行连接，所述织带10上设有安装孔11；

本实施例中的织带10采用自适应伸缩调节织带10结构，可以很好的解决不同人体身高、体型对产品多尺寸定制的要求，一款产品就可以覆盖正常人体穿着需求，不需要多个尺寸，解决批量生产的问题。

安装孔11的位置可以根据人体穴位合理分布，避开了颈椎、腰椎等对人体健康有害的部位，同时本方案把系统模块设计为可以在织带10方向进行移动调节，不同的人可以根据自身需要对系统模块进行自由移动调节，确保找到最佳人体穴位和适合自己的最佳体感位置。

制冷制热装置12,所述制冷制热装置12设置在安装孔11上，制冷制热装置12通过控制线路与挂接在腰带13上的电源系统15连接；

电子制冷制热系统模块与织带10一体设计，内嵌在织带10内，其中散热部分置于织带10上方，制冷部分置于织带10下方，制冷部分与织带10保持一定间距，通过织带10的一体设计，实现制冷部分与身体紧密贴合。

所述制冷制热装置12包括壳体，壳体内嵌在安装孔11上，所述外壳上设有进气口18和出气口19；

所述外壳内依次设置风扇20、散热器21、热敏电阻22、电子制冷热芯片23、石墨烯片24、热传导片25；

所述风扇20设置在散热器21旁，通过进风口进风，将进风口的风吹向散热器21，再经过出风口吹出；

所述热敏电阻22集成在电子制冷热芯片内，靠近石墨烯一侧，热敏电阻22感知电子制冷热芯片23表面的温度；

传统热敏电阻放置在石墨烯片与热传导片之间，传导效率很低，传导到控制板的温度存在4-5℃的温差，比如制冷片的冷面温度是18℃，而热敏电阻反馈给控制板的温度则是22-23℃。

本方案将热敏电阻融合到电子制冷热芯片的内部，紧贴着制冷热芯片的冷面设置，直接反馈温度到控制板。

第一、实现了一体化设计，减少了复杂的线路传输；

第二、温度传导的更加灵敏，精准，比如制冷片的冷面温度是18℃，热敏电阻传导到控制板的温度就是18℃；

第三、效率更高，功率省耗更低，使控制板可以更精准的感知温度，从而控制电流，电压，减少功率的损耗，提高续航。

所述石墨烯片24纯石墨烯材质，采用石墨烯导热技术，用于热传导，介于热传导片25与电子制冷制热芯片之间；

通过石墨烯片可以把芯片的热/冷量均衡的扩散传导到热传导片，在实现传导面积扩散的同时，又实现了均衡性。

石墨烯片24的使用大大提升了半导体冷量利用效率，热传导更高效、均衡，解决了传统半导体冷量利用率低的问题。

所述热传导片25位于靠近人体一侧，表面设置一层硅胶涂层34，主要用于对人体的冷热传导。

亲肤(硅胶)材料的使用，避免了金属传导片与人体皮肤的直接接触，让冷、热传导更均衡、人体体感更舒适，以及防止冷凝水。

电子制冷制热芯片：TEC，又称热电制冷器，具有直接、高效换热特性，能够快速高效的将热量转移，主要实现制冷、制热功能，TEC制冷器两端设置有铜制传导片26；

相对于传统制冷设备，电子制冷设备结构简单，体积小重量轻、安全、稳定、维护成本低；

传统工艺在TEC制冷器两端多以陶瓷或铝片为主，体积大、厚度高，热转换效率低；本方案在TEC制冷器两端设置铜制传导片26，它的使用，大大提升了半导体冷量利用效率，极大降低了TEC制冷器的厚度，让TEC制冷器变得更高效、轻薄、可塑；

散热器21：主要用于通风、散热功能，采用铜片作为散热器21的主体材质，比传统铝质材料散热效果更好，同时采用拱形(波浪形)矩阵排列工艺，该工艺具有散热面积大、空气流通效果好等特点，在不增加散热器21体积的同时，实现快速散热，大大提高了散热效率；

传统散热片主要采用铝制叶片竖立排列方式，散热效果与散热片的面积、高度、体积成正比，存在体积大、厚度高，散热效果差等弊端；本方案散热器21采用的铜制拱形矩阵风道结构，具有体积小、厚度薄、空气流通强、散热效率高等技术优势，适应场景多，可塑性强；

所述织带10上设有圆形钉27，所述智能温控装置14的外壳上设有不锈钢弹片28，不锈钢弹片上设有圆形钉27安装卡槽29，通过不锈钢弹片和圆形钉27将智能温控装置14安装在织带10上。

智能温控装置14上设有液晶显示器30，热敏电阻22感知电子制冷热芯片23表面的温度反馈至液晶显示器30，显示屏会显示热敏电阻22感知的电子制冷热芯片23的表面温度，用户可通过控制器外壳表面的薄膜开关31，通过电路板32控制电子制冷热芯片23的电流，电压，从而控制电子制冷芯片的温度。

智能温控装置14,所述智能温控装置14通过具有弹性的线路与电源系统15连接。

不用的时候直接固定在织带10上，使用的时候则可以随时取出，并通过具有弹性的线路拉伸到人体使用的舒适位置。

所述壳体包括第一外壳16和第二外壳17，第一壳体16位于织带10外侧，第二壳体位于织带10内侧，第二壳体底部开口，热传导片25卡接在第二壳体底部开口内，与人体表接触，第一壳体16和第二壳体将织带10夹持在中间，安装孔11用于连通第一外壳和第二外壳17内部空间。

本实施例中电源系统15采用市场通用移动电源方案，具有通用适配、防水、体积小、重量轻、低功耗、长续航、体积小、重量轻、低功耗、长续航、过载保护等特点。

与市面常规移动电源通用匹配，遇电源损坏等紧急情况，可以找任一常规移动电源替代使用，为用户使用带来更多便利。

本实施例中腰带13上挂有多功能收纳包33，电源放置在多功能收纳包33内。

本实施例中制冷制热装置12正向散热形式，进风口位于第二壳体侧壁，出风口位于第一壳体16顶部，风扇20和散热器21上下布局。

实施例2，基于实施例1的结构下，更换制冷制热装置12为侧向散热，如图4-7，侧向散热形式下，进风口位于第一壳体16顶部，出风口位于第一壳体16侧壁，风扇20和散热器21横向布局。

风扇20采用涡轮离心静音风扇，与散热器21并列设置，出风口与散热器21无缝衔接，通过将风快速集中吹进散热器21，并借助铜制散热器21的拱形矩阵风道，实现快速通风、散热降温。

传统散热风扇以轴流风扇为主，采用两侧吸风顶部直排方式，风扇体积较大、厚度高、噪音大，散热效果不佳；

本实施例中采用涡轮离心静音风扇，相较常规轴流风扇厚度更薄、体积更小，同时采用侧向散热方案，借助铜制拱形矩阵风道结构，可以加速空气流通，高效散热。厚度的减少，视觉上更美观，可塑性更强。

在本发明中，除非有明确的规定和限定，特征之间相互交错，不一定独立存在。以上显示与描述包括本发明的基本原理、主要特征及其优点。从事该专业的技术人员需知，本发明不局限于上述实施例的限制，上述的实施例与说明书仅为本发明的优选例，而不是用来限制本发明，以成为唯一选择。在发明的精神和范围要求下，本发明还可进一步变化并优化，对本发明进行的改进优化都进入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护具体范围由所附的权利要求书及其等效物界定。