1.本发明涉及电子装备技术领域，具体的，涉及一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统。
背景技术：
2.恶劣的低温工作环境存在于多个行业，如冬季从事户外作业的应急救援、医疗救护、交通指挥、道路清洁、建筑安装等。作业人员长时间在低温环境下工作，容易出现冷损伤，轻者会产生疲惫、手脚发麻、感冒等症状，严重时会造成感觉丧失、组织坏死、深度昏迷甚至死亡，不仅显著降低了工作效率，而且严重影响了作业人员的身体健康。服装作为人体抵御外界严寒气候环境的一道屏障，能够减小或避免低温环境带给人体的伤害，提高户外工作人员的作业效率。为了改善低温环境下的人体微环境，作业人员一般会选择使用加热服来平衡人体微气候，改善人体热舒适性，保障作业安全性。
3.目前市场上的电加热服多采用碳纤维丝或金属发热丝黏合发热片，其特点是升温快、功率可定做，但是该发热片在升温过程中易出现局部温度过高，发热不均匀，影响人体热舒适性。绝大多数电加热服装无法根据外界温度的变化自主调节加热功率，只能由穿着者手动切换，不能实现调温闭环。虽然电加热服是目前应用较多且技术比较成熟的一种智能加热服装，但其在加热均匀性、智能控制、节约能耗等方面仍然存在一定的不足。
技术实现要素：
4.本发明提出一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，解决了现有技术中电加热服加热均匀性和智能控制方面存在不足的问题。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，包括高均匀性加热服装本体、主动加热系统和人体热舒适控制系统；
所述主动加热系统和所述人体热舒适控制系统均设置在所述高均匀性加热服装本体上，所述主动加热系统用于实现对人体的均匀主动加热，所述人体热舒适控制系统用于实现人体生理参数的采集、人体热舒适模型建立和人体热舒适值的闭环智能控制；所述主动加热系统包括驱动
单元、半导体热泵和环路热管，所述环路热管包括平板蒸发器、液体补偿器、冷凝器、蒸汽管路和液体管路；所述半导体热泵热端与所述环路热管的平板蒸发器相接触，所述驱动单元用于驱动所述半导体热泵，所述冷凝器安装在所述高均匀性加热服装本体内部，所述蒸汽管路的第一端连接所述平板蒸发器，所述蒸汽管路的第二端连接所述冷凝器的第一端，所述冷凝器的第二端连接所述液体管路的第一端，所述液体管路的第二端连接所述液体补偿器。
7.进一步，本发明中所述平板蒸发器内部设置有多孔毛细芯，在多孔毛细芯与加热壁面的内壁处，开有多个蒸汽槽道。
8.进一步，本发明中所述人体热舒适控制系统包括体温采集单元、心率采集单元、皮肤电导采集单元和人体热舒适值控制单元；所述体温采集单元、所述心率采集单元和所述
皮肤电导采集单元均与所述人体热舒适值控制单元连接；所述人体热舒适值控制单元控制所述驱动单元，所述驱动单元的输入端连接所述人体热舒适值控制单元，所述驱动单元的输出端连接所述半导体热泵的接线端。
9.进一步，本发明中所述高均匀性加热服装本体采用背心式设计，由自内到外的层结构紧密层叠组成，包括透气内衬层、保温隔热层和外衬层，所述高均匀性加热服装本体背面腰部位置设计有收纳腰包，所述收纳腰包整体缝制在所述高均匀性加热服装本体1的背面外侧；所述透气内衬层在远离所述保温隔热层一侧设有体温采集单元安装槽、心率采集单元安装槽和皮肤电导采集单元安装槽，所述体温采集单元、所述心率采集单元和所述皮肤电导采集单元分别固定在内衬层相应安装槽内。
10.进一步，本发明中所述收纳腰包上侧设有拉链，所述收纳腰包内部设有两个控制盒104b，第一个控制盒内放置所述半导体热泵和所述平板蒸发器，第二个控制盒内放置有所述驱动单元和所述人体热舒适值控制单元，所述收纳腰包底部设计有导线孔和柔性管孔，所述收纳腰包底部外侧设有导线快速接口和柔性管快速接口。
11.进一步，本发明中所述体温采集单元301包括
运放u1、
电阻r1、电阻r2、电阻r3、三极管q1、电阻r4、电阻r5、电阻rpt、变阻器rp1、运放u2、电阻r6和运放u3，所述运放u1的同相输入端连接12v电源，所述运放u1的反相输入端通过所述电阻r3接地，所述运放u1的输出端通过所述电阻r1连接所述三级管q1的基极，所述三级管q1的集电极连接12v电源，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r2连接所述运放u1的反相输入端，运放u2的反相输入端通过所述电阻r4连接所述三极管q1的发射极，所述运放u2的同相输入端接地，所述运放u2的输出端通过所述电阻rpt连接所述运放u2的反相输入端，所述运放u2的输出端通过所述变阻器rp1连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端连接所述三级管q1的发射极，所述运放u3的反相输入端连接所述电阻r5的第一端，所述运放u3的同相输出端接地，所述运放u3的输出端通过所述电阻r6连接所述运放u3的反相输入端，所述运放u3的输出端连接所述人体热舒适值控制单元。
12.进一步，本发明中所述心率采集单元包括心率传感器u4、电阻r7、电阻r8、电容c1、电阻r10、电阻r13、电阻r12、运放u5、电阻r11、电阻r15、运放u6、电阻r14、运放u7和电阻r16，所述心率传感器u4的第一输入端通过所述电阻r7连接5v电源，所述心率传感器u4的第二输入端接地，所述心率传感器u4的第三输入端通过所述电阻r8连接5v电源，所述心率传感器u4的输出端通过所述电容c1连接所述电阻r10的第一端，所述电阻r10的第二端连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的同相输入端通过所述电阻r13连接5v电源，所述运放u5的同相输入端通过所述电阻r12接地，所述运放u5的输出端通过所述电阻r11连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的输出端连接所述运放u6的反相输入端，所述运放u6的输出端通过所述电阻r15连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的输出端通过所述电阻r14连接所述运放u7的反相输入端，所述运放u7的同相输入端连接所述运放u6的输出端，所述运放u7的输出端通过所述电阻r16连接所述运放u7的同相输入端，所述运放u7的输出端连接所述人体热舒适值控制单元。
13.进一步，本发明中所述皮肤电导采集单元包括皮肤电传感器u12、运放u8、电阻r17、运放u9、电阻r18和变阻器rp2，所述运放u8的同相输入端连接5v电源，所述运放u8的输出端连接所述运放u8的反相输入端，所述运放u8的输出端通过所述电阻r17连接所述运放
u9的同相输入端，所述运放u9的反相输入端通过所述电阻r18接地，所述运放u9的输出端连接所述皮肤电传感器u12的第一端，所述皮肤电传感器u12的第二端连接所述运放u9的反相输入端，所述运放u9的输出端连接所述人体热舒适值控制单元。
14.进一步，本发明中驱动单元包括半导体热泵驱动电路，所述半导体热泵驱动电路包括电阻r19、电阻r20、光耦u10、运放u11、电阻r21、变阻器rp3、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、三极管q2、电阻r26、电阻r27、场效应管q3、电阻28、电阻r29和二极管d1，所述电阻r20的第一端连接所述人体热舒适值控制单元，所述电阻r20的第二端连接所述光耦u10的第一输入端，所述电阻r20的第一端通过所述电阻r19接地，所述光耦u10的第二输入端接地，所述光耦u10的第一输出端通过所述电阻r24连接三极管q2的基极，所述光耦u10的第二输出端接地，所述运放u11的反相输入端连接所述电阻r28的第一端，所述运放u11的同相输入端连接所述变阻器rp3的滑动端，所述变阻器rp3的第一端通过所述电阻r25连接所述二极管d1的阳极，所述二极管d1的阴极连接所述半导体热泵202接线端的正极，所述变阻器rp3的第二端接地，所述运放u11的输出端通过所述电阻r22连接所述三级管q2的发射极，所述电阻r23的第一端连接所述三级管q2的发射极，所述电阻r23的第二端连接所述三极管q2的基极，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r26接地，所述三级管q2的集电极通过所述电阻r27连接所述场效应管q3的栅极，所述场效应管q3的漏极连接所述半导体热泵接线端的负极，所述场效应管q3的源极通过所述电阻r29接地，所述场效应管q3的源极连接所述电阻r28的第二端。
15.本发明的工作原理及有益效果为：
16.本发明中，半导体热泵热端与环路热管平板蒸发器相接触，实现对平板蒸发器的加热；冷凝器安装在高均匀性相变加热服装本体内部，通过冷凝器内工质的相变反应，实现对人体的均匀主动加热。有电流流过半导体热泵时，通过半导体热泵热端对平板蒸发器进行加热；液态水在平板蒸发器内吸收热量转变为气态，进入蒸汽管路，蒸汽沿蒸汽管路进入冷凝器，在冷凝器内冷却凝结成液体，同时释放出热量，热量通过服装本体透气内衬层传递给人体，实现对人体的主动加热；凝结后的液态水沿液体管路返回到液体补偿器，最后再次进入平板蒸发器受热面，完成一个循环。人体热舒适控制系统实现对人体生理参数的采集、人体热舒适值的计算、以及对半导体热泵驱动电流的智能调节，高均匀性加热服装本体在基于主动加热系统的作用下，实现对人体躯干主要部位的高均匀性、高热舒适性、智能主动加热。
17.本发明采用半导体热泵和环路热管的组合应用，一方面，环路热管传热能力强、热阻低、等温性好、效率高，省去了阀、泵、风机等耗能设备，无需外加动力及额外耗能，并将环路热管通过加热服装本体穿着在身上，能够更加方便快捷地对人体进行热量输入；另一方面，由于半导体热泵的cop系数大于1，相比于传统电加热方式，更加节约能耗。通过人体热舒适值控制系统实现了对穿着人员实际需要热量的智能精确输入，避免粗略热量输入造成的不适感，提高人员热舒适性，保证低温环境工作人员的人身安全。
18.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
19.图1为本发明整体结构示意图；
20.图2为本发明主动加热系统的控制框图；
21.图3为本发明高均匀性加热服装本体正面和背面效果示意图；
22.图4为本发明高均匀性加热服装本体剖面示意图；
23.图5为本发明收纳腰包的内部布置示意图；
24.图6为本发明体温采集单元的电路图；
25.图7为本发明心率采集单元的电路图；
26.图8为本发明皮肤电导采集单元的电路图；
27.图9为本发明驱动单元的电路图。
28.图中：1、高均匀性相变加热服装本体；2、主动加热系统；3、人体热舒适控制系统；101、内衬层；102、保温隔热层；103、外衬层；104、收纳腰包；104a、拉链；104b、控制盒；104c1、导线孔；104d1、柔性管孔；104c2、导线快速接口；104d2、柔性管快速接口；201、驱动单元；202、半导体热泵；203、环路热管；202a、半导体热泵热端；203a、平板蒸发器；203b、液体补偿器；203c、冷凝器；203d、蒸汽管路；203e、液体管路；203a1、多孔毛细芯；203a2、蒸汽槽道；301、体温采集单元；302、心率采集单元；303、皮肤电导采集单元；301a、体温采集单元安装槽；302a、心率采集单元安装槽；303a、皮肤电导采集单元安装槽；304、人体热舒适多元生理模型；305、人体热舒适值控制器；306、电源单元。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
30.实施例1
31.如图1所示，本实施例中包括高均匀性加热服装本体1、主动加热系统2和人体热舒适控制系统3；主动加热系统2和人体热舒适控制系统3均设置在高均匀性加热服装本体1上，主动加热系统2用于实现对人体的均匀主动加热，人体热舒适控制系统3用于实现人体生理参数的采集、人体热舒适模型建立和人体热舒适值的闭环智能控制；主动加热系统2包括驱动单元201、半导体热泵202和环路热管203，环路热管203包括平板蒸发器203a、液体补偿器203b、冷凝器203c、蒸汽管路203d和液体管路203e；半导体热泵热端202a与环路热管203的平板蒸发器203a相接触，驱动单元201用于驱动半导体热泵202，冷凝器203c安装在高均匀性加热服装本体1内部，蒸汽管路203d的第一端连接平板蒸发器203a，蒸汽管路203d的第二端连接冷凝器203c的第一端，冷凝器203c的第二端连接液体管路203e的第一端，液体管路203e的第二端连接液体补偿器203b。
32.本实施例中，人体热舒适控制系统3实现对人体生理参数的采集、人体热舒适值的计算、以及对半导体热泵202驱动电流的智能调节，高均匀性加热服装本体1在基于主动加热系统2的作用下，实现对人体躯干主要部位的高均匀性、高热舒适性、智能主动加热，其中，半导体热泵202的cop系数大于1，相比于传统电加热方式，更加节约能耗。
33.半导体热泵热端202a与环路热管平板蒸发器203a相接触，为了减少接触热阻，在半导体热泵热端202a与平板蒸发器203a加热壁面之间涂有导热硅脂，实现对平板蒸发器
203a的加热；冷凝器203c安装在高均匀性相变加热服装本体1内部，通过冷凝器内工质的相变反应，实现对人体的主动加热。驱动单元201为半导体热泵202提供不同大小的驱动电流，调整半导体热泵热端202a对环路热管203平板蒸发器203a的加热量，进而调整冷凝器203c经由高均匀性相变加热服装本体1对人体的加热量。
34.环路热管203选用纯水作为工质，与其它有机工质相比，水具有很多无可比拟的优势，如相变潜热大，热输送能力强；化学性质稳定，能长期稳定地工作；有电流流过半导体热泵202时，通过半导体热泵热端202a对平板蒸发器203a进行加热；液态水在平板蒸发器203a内吸收热量转变为气态，进入蒸汽管路203d，蒸汽沿蒸汽管路203d进入冷凝器203c，在冷凝器203c内冷却凝结成液体，同时释放出热量，热量通过服装本体1透气内衬层101传递给人体，实现对人体的主动加热；凝结后的液态水沿液体管路203e返回到液体补偿器203b，最后再次进入平板蒸发器203a受热面，完成一个循环。
35.如图1所示，本实施例中平板蒸发器203a内部设置有多孔毛细芯203a1，在多孔毛细芯203a1与加热壁面的内壁处，开有多个蒸汽槽道203a2。
36.本实施例中，多孔毛细芯203a1采用120目的铜粉填入平板蒸发器203a腔体后烧结而成，与平板蒸发器203a内壁面紧密接触；凝结后的液态水沿液体管路203e返回到液体补偿器203b后在多孔毛细芯203a1毛细抽吸力的作用下，再次进入平板蒸发器203a受热面，在多孔毛细芯203a1与加热壁面的内壁处，开有多个蒸汽槽道203a2，液态水在平板蒸发器203a内吸收热量转变为气态，通过蒸汽槽道203a2进入蒸汽管路203d，使整个系统形成循环。
37.如图1～图2所示，本实施例中人体热舒适控制系统3包括体温采集单元301、心率采集单元302、皮肤电导采集单元303和人体热舒适值控制单元305；体温采集单元301、心率采集单元302和皮肤电导采集单元303均与人体热舒适值控制单元305连接；人体热舒适值控制单元305控制驱动单元201，驱动单元201的输入端连接人体热舒适值控制单元305，驱动单元201的输出端连接半导体热泵202的接线端。
38.电源单元306为各个电路单元提供合适的工作电源，保证各个电路单元可以正常工作，体温采集单元301用于获取人体皮肤温度ti，心率采集单元302用于获取人体心率ri，皮肤电导采集单元303用于获取人体皮肤电导ci，基于人体热生理实验和线性回归分析构建人体热舒适多元生理模型304，以采集到人体的体温、心率、皮肤电导等生理参数作为输入变量，以人体热舒适值作为输出变量，送给人体热舒适值控制器305；
39.人体热舒适多元生理模型304用于计算出某一时刻的人体实际热舒适值，人体热舒适值控制器305根据人体实际热舒适值与理想热舒适值之间的偏差，进行控制；当偏差超出预置范围时，驱动单元201调节流经半导体热泵202的驱动电流，进而调节半导体热泵202对平板蒸发器203a的加热量，以及环路热管冷凝器203c对人体的加热量，维持人体热舒适值始终位于理想范围内。在保证人体热舒适度的前提下，通过智能控制，调节半导体热泵202驱动电流，实现节能加热的目的。
40.如图3～图4所示，本实施例中高均匀性加热服装本体1采用背心式设计，由自内到外的3层结构紧密层叠组成，包括透气内衬层101、保温隔热层102和外衬层103，高均匀性加热服装本体1背面腰部位置设计有收纳腰包104，收纳腰包104整体缝制在高均匀性加热服装本体1的背面外侧；透气内衬层101在远离保温隔热层102一侧设有体温采集单元安装槽
301a、心率采集单元安装槽302a和皮肤电导采集单元安装槽303a，体温采集单元301、心率采集单元302和皮肤电导采集单元303分别固定在内衬层相应安装槽内。
41.高均匀性加热服装本体1采用半身的背心式设计，背心正面中部设有拉链，便于穿脱；背心背面腰部位置设计有收纳腰包104，收纳腰包104整体缝制在服装本体1背面外侧，用于存放部分电控模块，最大限度地实现系统集成。
42.本实施例中，透气内衬层101为网状织物结构，透气性能和导热性能良好、穿着舒适。保温隔热层102为气凝胶材料，气凝胶材料不仅导热系数低、隔热效果好，抑制了透气内衬层101与外衬层103之间的热量传递，而且厚度小、柔性好，适合作为特殊功能服装结构。外衬层103为弹性性能优良、具有一定防护功能的莱卡棉布；温采集单元安装槽301a设置在透气内衬层101腋下部，心率采集单元安装槽302a设置在透气内衬层101前胸部，皮肤电导采集单元安装槽303a设置在透气内衬层101前腹部，分别将体温采集单元301、心率采集单元302和皮肤电导采集单元303固定在内衬层相应安装槽内。
43.如图5所示，本实施例中收纳腰包104上侧设有拉链104a，收纳腰包104内部设有两个控制盒104b，第一个控制盒内放置半导体热泵202和平板蒸发器203a，第二个控制盒内放置有驱动单元201和人体热舒适值控制单元305，收纳腰包104底部设计有导线孔104c1和柔性管孔104d1，收纳腰包104底部外侧设有导线快速接口104c2和柔性管快速接口104d2。
44.蒸汽管路203d及液体管路203e与第一个控制盒内的平板蒸发器203a之间经由柔性管孔104d1通过柔性硅胶软管连接；第一个控制盒内的平板蒸发器203a与半导体热泵202之间通过导热硅脂相接触；第一个控制盒内的半导体热泵202与第二个控制盒内的电流驱动模块201之间经由导线孔104c1通过导线连接；第二个控制盒内的人体热舒适多元生理模型304与固定在服装本体内部的体温采集单元301、心率采集单元302和皮肤电导采集单元303之间经由导线孔104c1通过导线连接。
45.如图6所示，本实施例中体温采集单元301包括运放u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、三极管q1、电阻r4、电阻r5、电阻rpt、变阻器rp1、运放u2、电阻r6和运放u3，运放u1的同相输入端连接12v电源，运放u1的反相输入端通过电阻r3接地，运放u1的输出端通过电阻r1连接三级管q1的基极，三级管q1的集电极连接12v电源，三极管q1的发射极通过电阻r2连接运放u1的反相输入端，运放u2的反相输入端通过电阻r4连接三极管q1的发射极，运放u2的同相输入端接地，运放u2的输出端通过电阻rpt连接运放u2的反相输入端，运放u2的输出端通过变阻器rp1连接电阻r5的第一端，电阻r5的第二端连接三级管q1的发射极，运放u3的反相输入端连接电阻r5的第一端，运放u3的同相输出端接地，运放u3的输出端通过电阻r6连接运放u3的反相输入端，运放u3的输出端连接人体热舒适值控制器305。
46.本实施例中，体温采集单元301设置在透气内衬层101腋下部，通过电阻rpt来检测人体温度，电阻rpt会随着温度的其自身的阻值也会发生相应的变化，然后将阻值的变化量变为电信号送至人体热舒适多元生理模型304；
47.电阻r4、电阻r5、电阻rpt和变阻器rp1组成电桥，电流流过电阻rpt将会引起电阻温度升高，从而带来一定的测量误差，为了减小这种误差，必须控制流经电阻rpt的电流，由运放u1和三极管q1组成恒流源为电桥提供恒定的电流，通过调整电阻r2和电阻r3的阻值可得到想要的电压值，运放u2和运放u3组成放大电路，将电阻rpt随温度的变化量转为电压信号送至人体热舒适多元生理模型304，通过调节变阻器rp1的阻值可改变电路输出的精度。
48.如图7所示，本实施例中心率采集单元302包括心率传感器u4、电阻r7、电阻r8、电容c1、电阻r10、电阻r13、电阻r12、运放u5、电阻r11、电阻r15、运放u6、电阻r14、运放u7和电阻r16，心率传感器u4的第一输入端通过电阻r7连接5v电源，心率传感器u4的第二输入端接地，心率传感器u4的第三输入端通过电阻r8连接5v电源，心率传感器u4的输出端通过电容c1连接电阻r10的第一端，电阻r10的第二端连接运放u5的反相输入端，运放u5的同相输入端通过电阻r13连接5v电源，运放u5的同相输入端通过电阻r12接地，运放u5的输出端通过电阻r11连接运放u5的反相输入端，运放u5的输出端连接运放u6的同相输入端，运放u6的输出端连接运放u6的反相输入端，运放u6的输出端通过电阻r15连接运放u6的同相输入端，运放u6的输出端通过电阻r14连接运放u7的反相输入端，运放u7的同相输入端连接运放u6的输出端，运放u7的输出端通过电阻r16连接运放u7的同相输入端，运放u7的输出端连接人体热舒适值控制器305。
49.本实施例中，心率采集单元302设置在透气内衬层101前胸部，通过心率传感器u4检测人体心率变化情况，心率传感器u4内部有两对led发光管和接收管，由发光管提供绿光源，可照射人体皮肤，接收管接收人体皮肤反射回来的光，人体组织充血时的透明度减小，接收管接收到的光强度减弱，人体组织缺血时的透明度减大，接收管接收到的光强度增强，心率传感器u4接收的反光信号后经内部处理后通过vout引脚处输出，电阻r7和电阻r8起限流保护作用，电阻r9用于vout引脚的下拉钳位，使心率传感器u4可输出与心跳频率一致的电压信号。
50.通常情况下，心率信号近似成周期性，但不是确定的周期性信号，信号频率较低，容易引入干扰，心率传感器输出是毫伏级信号，需要通过信号处理电路转换为可供人体热舒适多元生理模型304识别的电信号；运放u5、运放u6和运放u7构成整形放大电路，心率传感器u4输出的信号先由前级运放u5放大，再经中级运放u6构成的电压跟随器送到电阻r14和电容c7组成的低通滤波器，滤除高频杂波，作为后级运放u7的反向输入电压，运放u5的输出电压经电阻r15接入运放u7的同相输入端，构成比较器电路，使输出波形整形成ttl电平输出。
51.如图8所示，本实施例中皮肤电导采集单元303包括皮肤电传感器u12、运放u8、电阻r17、运放u9、电阻r18和变阻器rp2，运放u8的同相输入端连接5v电源，运放u8的输出端连接运放u8的反相输入端，运放u8的输出端通过电阻r17连接运放u9的同相输入端，运放u9的反相输入端通过电阻r18接地，运放u9的输出端连接皮肤电传感器u12的第一端，皮肤电传感器u12的第二端连接运放u9的反相输入端，运放u9的输出端连接人体热舒适值控制器305。
52.本实施例中，皮肤电导采集单元303设置在透气内衬层101前腹部，图8中皮肤电传感器u12为作为人体皮肤的等效电阻，为未知量，运放u8组成电压跟随器，隔离了前后级电路，使前后级之间互不干扰，该级对电压没有放大的效果，主要是为后级提供了一个稳定的基准电压，运放u9组成同相比例放大器，由于电阻r17和电阻r18均为已知量，通过输出的电信号即可算出皮肤电传感器u12所等效的阻值。
53.如图9所示，本实施例中驱动单元201包括电阻r19、电阻r20、光耦u10、运放u11、电阻r21、变阻器rp3、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、三极管q2、电阻r26、电阻r27、场效应管q3、电阻28、电阻r29和二极管d1，电阻r20的第一端连接人体热舒适值控制单元305，电
阻r20的第二端连接光耦u10的第一输入端，电阻r20的第一端通过电阻r19接地，光耦u10的第二输入端接地，光耦u10的第一输出端通过电阻r24连接三极管q2的基极，光耦u10的第二输出端接地，运放u11的反相输入端连接电阻r28的第一端，运放u11的同相输入端连接变阻器rp3的滑动端，变阻器rp3的第一端通过电阻r25连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极连接半导体热泵202接线端的正极，变阻器rp3的第二端接地，运放u11的输出端通过电阻r22连接三级管q2的发射极，电阻r23的第一端连接三级管q2的发射极，电阻r23的第二端连接三极管q2的基极，三极管q2的集电极通过电阻r26接地，三级管q2的集电极通过电阻r27连接场效应管q3的栅极，场效应管q3的漏极连接半导体热泵202接线端的负极，场效应管q3的源极通过电阻r29接地，场效应管q3的源极连接电阻r28的第二端。
54.本实施例中，人体热舒适多元生理模型304通过对体温采集单元301、心率采集单元302和皮肤电导采集单元303所采集的数据进行分析计算，算出某一时刻的人体实际热舒适值送至人体热舒适值控制单元305，人体热舒适值控制单元305根据人体实际热舒适值与理想热舒适值之间的偏差，进行控制；人体热舒适值控制单元305根据不同热舒适值的偏差输出不同占空比的pwm信号控制半导体热泵驱动电路。
55.从人体热舒适值控制单元305输出的pwm信号经过光耦u10隔离，以避免后级电路的高电压对从人体热舒适值控制单元305的干扰。当pwm方波脉冲由低电平变为高电平时，光耦u10导通，三极管q2基极为低电平，三极管q2导通，电阻r26分压增大，场效应管q3栅极的电压升高，通过三极管q2的电流增大，场效应管q3打开，半导体热泵202通电开始加热，由于通过电阻r28的电流变大，使得电阻r29两端电压升高，运放u11的反向输入端电压升高，运放u11输入压差减小，运放u11输出电压也减小，由于光耦u10保持导通，三极管q2基极仍保持低电平，三极管q2导通，场效应管q3栅极电压降低，电流减小，电阻r28分压降低，运放u11的反相输入端电压降低，与运放u11的同相输入端基准电压比较放大，r29端电压也相应降低，这样就形成了负反馈电路，使通过二极管d1的电流保持恒定，从而保持加热温度恒定。同理，当pwm方波脉冲由高电平变为低电平时，通过场效应管q3的电流很小，半导体热泵202断电。pwm的占空比越大，通过场效应管q3的平均电流越大，对人体的加热量越高。
56.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。
技术特征：
1.一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，包括高均匀性加热服装本体(1)、主动加热系统(2)和人体热舒适控制系统(3)；所述主动加热系统(2)和所述人体热舒适控制系统(3)均设置在所述高均匀性加热服装本体(1)上，所述主动加热系统(2)用于实现对人体的均匀主动加热，所述人体热舒适控制系统(3)用于实现人体生理参数的采集、人体热舒适模型建立和人体热舒适值的闭环智能控制；所述主动加热系统(2)包括驱动单元(201)、半导体热泵(202)和环路热管(203)，所述环路热管(203)包括平板蒸发器(203a)、液体补偿器(203b)、冷凝器(203c)、蒸汽管路(203d)和液体管路(203e)；所述半导体热泵热端(202a)与所述环路热管(203)的平板蒸发器(203a)相接触，所述驱动单元(201)用于驱动所述半导体热泵(202)，所述冷凝器(203c)安装在所述高均匀性加热服装本体(1)内部，所述蒸汽管路(203d)的第一端连接所述平板蒸发器(203a)，所述蒸汽管路(203d)的第二端连接所述冷凝器(203c)的第一端，所述冷凝器(203c)的第二端连接所述液体管路(203e)的第一端，所述液体管路(203e)的第二端连接所述液体补偿器(203b)。2.根据权利要求1所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述平板蒸发器(203a)内部设置有多孔毛细芯(203a1)，在多孔毛细芯(203a1)与加热壁面的内壁处，开有多个蒸汽槽道(203a2)。3.根据权利要求1所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述人体热舒适控制系统(3)包括体温采集单元(301)、心率采集单元(302)、皮肤电导采集单元(303)和人体热舒适值控制单元(305)；所述体温采集单元(301)、所述心率采集单元(302)和所述皮肤电导采集单元(303)均与所述人体热舒适值控制单元(305)连接；所述人体热舒适值控制单元(305)控制所述驱动单元(201)，所述驱动单元(201)的输入端连接所述人体热舒适值控制单元(305)，所述驱动单元(201)的输出端连接所述半导体热泵(202)的接线端。4.根据权利要求1所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述高均匀性加热服装本体(1)采用背心式设计，由自内到外的3层结构紧密层叠组成，包括透气内衬层(101)、保温隔热层(102)和外衬层(103)，所述高均匀性加热服装本体(1)背面腰部位置设计有收纳腰包(104)，所述收纳腰包(104)整体缝制在所述高均匀性加热服装本体(1)的背面外侧；所述透气内衬层(101)在远离所述保温隔热层(102)一侧设有体温采集单元安装槽(301a)、心率采集单元安装槽(302a)和皮肤电导采集单元安装槽(303a)，所述体温采集单元(301)、所述心率采集单元(302)和所述皮肤电导采集单元(303)分别固定在内衬层相应安装槽内。5.根据权利要求4所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述收纳腰包(104)上侧设有拉链(104a)，所述收纳腰包(104)内部设有两个控制盒(104b)，第一个控制盒内放置所述半导体热泵(202)和所述平板蒸发器(203a)，第二个控制盒内放置有所述驱动单元(201)和所述人体热舒适值控制单元(305)，所述收纳腰包(104)底部设计有导线孔(104c1)和柔性管孔(104d1)，所述收纳腰包(104)底部外侧设有导线快速接口(104c2)和柔性管快速接口(104d2)。
6.根据权利要求3所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述体温采集单元(301)包括运放u1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、三极管q1、电阻r4、电阻r5、电阻rpt、变阻器rp1、运放u2、电阻r6和运放u3，所述运放u1的同相输入端连接12v电源，所述运放u1的反相输入端通过所述电阻r3接地，所述运放u1的输出端通过所述电阻r1连接所述三级管q1的基极，所述三级管q1的集电极连接12v电源，所述三极管q1的发射极通过所述电阻r2连接所述运放u1的反相输入端，运放u2的反相输入端通过所述电阻r4连接所述三极管q1的发射极，所述运放u2的同相输入端接地，所述运放u2的输出端通过所述电阻rpt连接所述运放u2的反相输入端，所述运放u2的输出端通过所述变阻器rp1连接所述电阻r5的第一端，所述电阻r5的第二端连接所述三级管q1的发射极，所述运放u3的反相输入端连接所述电阻r5的第一端，所述运放u3的同相输出端接地，所述运放u3的输出端通过所述电阻r6连接所述运放u3的反相输入端，所述运放u3的输出端连接所述人体热舒适值控制单元(305)。7.根据权利要求3所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述心率采集单元(302)包括心率传感器u4、电阻r7、电阻r8、电容c1、电阻r10、电阻r13、电阻r12、运放u5、电阻r11、电阻r15、运放u6、电阻r14、运放u7和电阻r16，所述心率传感器u4的第一输入端通过所述电阻r7连接5v电源，所述心率传感器u4的第二输入端接地，所述心率传感器u4的第三输入端通过所述电阻r8连接5v电源，所述心率传感器u4的输出端通过所述电容c1连接所述电阻r10的第一端，所述电阻r10的第二端连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的同相输入端通过所述电阻r13连接5v电源，所述运放u5的同相输入端通过所述电阻r12接地，所述运放u5的输出端通过所述电阻r11连接所述运放u5的反相输入端，所述运放u5的输出端连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的输出端连接所述运放u6的反相输入端，所述运放u6的输出端通过所述电阻r15连接所述运放u6的同相输入端，所述运放u6的输出端通过所述电阻r14连接所述运放u7的反相输入端，所述运放u7的同相输入端连接所述运放u6的输出端，所述运放u7的输出端通过所述电阻r16连接所述运放u7的同相输入端，所述运放u7的输出端连接所述人体热舒适值控制单元(305)。8.根据权利要求3所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，所述皮肤电导采集单元(303)包括皮肤电传感器u12、运放u8、电阻r17、运放u9、电阻r18和变阻器rp2，所述运放u8的同相输入端连接5v电源，所述运放u8的输出端连接所述运放u8的反相输入端，所述运放u8的输出端通过所述电阻r17连接所述运放u9的同相输入端，所述运放u9的反相输入端通过所述电阻r18接地，所述运放u9的输出端连接所述皮肤电传感器u12的第一端，所述皮肤电传感器u12的第二端连接所述运放u9的反相输入端，所述运放u9的输出端连接所述人体热舒适值控制单元(305)。9.根据权利要求1所述的一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，其特征在于，驱动单元(201)包括半导体热泵驱动电路，所述半导体热泵驱动电路包括电阻r19、电阻r20、光耦u10、运放u11、电阻r21、变阻器rp3、电阻r22、电阻r23、电阻r24、电阻r25、三极管q2、电阻r26、电阻r27、场效应管q3、电阻28、电阻r29和二极管d1，所述电阻r20的第一端连接所述人体热舒适值控制单元(305)，所述电阻r20的第二端连接所述光耦u10的第一输入端，所述电阻r20的第一端通过所述电阻r19接地，所述光耦u10的第二输入端接地，所述光耦u10的第一输出端通过所述电阻r24连接三极管q2的基极，所述光耦u10的第二
输出端接地，所述运放u11的反相输入端连接所述电阻r28的第一端，所述运放u11的同相输入端连接所述变阻器rp3的滑动端，所述变阻器rp3的第一端通过所述电阻r25连接所述二极管d1的阳极，所述二极管d1的阴极连接所述半导体热泵(202)接线端的正极，所述变阻器rp3的第二端接地，所述运放u11的输出端通过所述电阻r22连接所述三级管q2的发射极，所述电阻r23的第一端连接所述三级管q2的发射极，所述电阻r23的第二端连接所述三极管q2的基极，所述三极管q2的集电极通过所述电阻r26接地，所述三级管q2的集电极通过所述电阻r27连接所述场效应管q3的栅极，所述场效应管q3的漏极连接所述半导体热泵(202)接线端的负极，所述场效应管q3的源极通过所述电阻r29接地，所述场效应管q3的源极连接所述电阻r28的第二端。
技术总结
本发明涉及电子装备技术领域，提出了一种基于环路热管和半导体热泵的高均匀性智能加热系统，包括高均匀性加热服装本体、主动加热系统和人体热舒适控制系统；主动加热系统和人体热舒适控制系统均设置在高均匀性加热服装本体上，主动加热系统用于实现对人体的均匀主动加热，人体热舒适控制系统用于实现人体生理参数的采集、人体热舒适模型建立和人体热舒适值的闭环智能控制；主动加热系统包括驱动单元、半导体热泵和环路热管，采用半导体热泵和环路热管系统组合使用，加热均匀，节约能耗；通过对人体热舒适值的智能控制，实现对人体实际需要热量的精确输入，通过上述技术方案，解决了现有技术中电加热服加热均匀性和智能控制方面存在不足的问题。方面存在不足的问题。方面存在不足的问题。
技术研发人员：
许慧娟 李运泽 高利军 王傲冰 张新
受保护的技术使用者：
邢台职业技术学院
技术研发日：
2022.08.16
技术公布日：
2022/11/15
