面部热敷护理器的设计*

2015-03-04冉光府赵志维李潇敏王汕珊

中国医学装备 2015年12期

冉光府陈宏* 赵志维王丹李潇敏王汕珊

面部热敷护理器的设计*

冉光府①陈宏①*赵志维①王丹①李潇敏①王汕珊①

目的：设计一款高效、恒温及便捷的新型面部热敷护理器。方法：采用热敷的原理，结合现代电子科技及人体工程学的理论进行设计。结果：面部热敷护理器集热敷与自动温度调控于一体，仪器设有电量指示、温度指示及定时自动关机功能，使用者可以选择舒适温度，并可自动保持恒温。结论：该面部护理器能对面部进行综合养护，通过扩张毛细血管, 有效促进面部血液循环，同时增加面部湿度，有助于缓解皮肤干燥的症状，增加皮肤的光泽和弹性，减缓不适。同时还可搭配使用一些营养面膜，以增强敷脸效果。新型面部热敷护理器具有一定的实用价值。

面部热敷护理器；设计；中药湿热敷法；医疗保健

[First-author's address]Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 300193, China.

随着信息技术的发展，使用医疗电子产品的人较为广泛，由于人们学习、工作和娱乐等用眼时间较长，容易出现眼部疲劳、酸涩肿痛、视力下降以及鼻周粉刺等情况。尤其在冬季，干燥的空气带走皮肤水分，使脸部和颈部变得干燥，脱皮屑，从而使面部皮肤处于亚健康状态。目前，人们的健康意识不断增强，面部健康应该得到人们的重视，而传统的面部热敷法使用步骤繁琐、费时费精力。为此，本研究设计一款具有保健功能的面部热敷护理器，以对人体面部进行综合养护。

1 面部热敷理论

“温则通，通则不痛”我国中医名著《诸病源候论》中阐述，“鸡鸣，以两手相摩令热，以熨目，三行，以指抑目。左右有神光，令目明，不病痛”[1]。通常人们使用毛巾热敷的方法具有治疗与保健作用，以其达到温通的目的。现代医学研究发现，热敷的作用主要有3个：①促进炎症的消退；②使肌肉、肌腱和韧带等组织松弛，缓解甚至解除某些疼痛[2]；③使局部血管扩张，促进血液循环，减轻深部组织充血。中药湿热敷法是外治法之一，历史悠久[3]。湿热敷，可使皮肤毛孔张开，血管扩张，促进血液流向表皮，当水分停止蒸发角质层便会膨胀，从而使皮肤变得柔软而细腻[4]。利用毛巾的温度和蒸汽加快脸部皮肤的血液循环，促进新陈代谢[5]。温湿毛巾使得毛孔受热张开，易于吸收养分，水蒸汽作用于皮脂，使皮脂脱离皮肤被吸附在毛巾上，达到去除多余油脂的目的，促进皮肤的排泄，除去毛孔内肉眼看不到的污垢，增加皮肤的光泽和弹性，并将暗藏的细菌一并清除。1.1 面部热敷产品现状

目前，国内对面部热敷的相关产品的开发较为匮乏，市场已有的敷脸罩设计为简单的热水袋式面罩，将温水注入其中，对面部进行干敷。此外，较为常见的蒸脸器借助仪器加热沸水喷雾，对面部进行蒸汽喷洒，起到面部护理作用。

1.2 面部热敷护理器的优势

本研究设计的面部热敷护理器，包括加热面罩及与之配合使用的敷脸毛巾。加热面罩可产生热量，并保持恒温，特制敷脸毛巾与脸直接接触，发挥作用。加热面罩内部从外到内依次设有医用级硅胶和电阻丝，电阻丝之间无绝缘体，内部用电阻丝产热，较为安全，发热体未与外壳直接接触，线圈由绝缘体隔离开，充分做到壳体与电分离，全程绝缘，温度可控。

2 面部热敷护理器的整体设计

2.1 面部热敷护理器外观

加热面罩外壳采用医用级硅胶，内部镶嵌有电阻丝及相应电路系统，并采用严格的密封设置，保障内部完全处于密封状态。其内面弧度及形状根据大数据使之与面部大体贴合，结合敷脸毛巾可与面部充分接触(如图1所示)。

图1 面部热敷护理器正视图

2.2 面部热敷护理器结构

新型面部热敷护理器由主壳体、敷脸毛巾、固定束缚带和电源线等组成，内部用电阻丝产热，较为安全，发热体不与外壳直接接触，且温度可控。设置断电保护功能，即当温度超过阈值时自动切断电流，并可自动熔断电阻丝，使敷脸过程安全可靠。面部热敷护理器内表面敷脸毛巾覆盖处，使用柔软、弹性好的医用级硅胶，具有可塑性强、无毒无味及耐高温等特性，可直接接触皮肤，且制作时选择适合脸部皮肤的最佳柔软度。通过调节温度单元维持恒定温度；设置有档位调节，通过按钮S1、S2和S3调节温度(如图2所示)。

图2 面部热敷护理器模式图

2.3 面部热敷护理器工作原理及电路设计

加热面罩上的电阻丝与调节温度单元相连，所述的调节温度单元包括通讯模块、温度控制模块、温度设定模块、整流模块和定时提醒模块(如图3所示)。

图3 面部热敷护理器工作流程图

在面部热敷护理器的电路设计中，通过设定适合使用者习惯和需求的温度，并通过温度控制使温度维持不变，进行恒温敷脸。使用者可以利用敷脸提醒功能设定敷脸时间，到时自动提醒敷脸周期完成，让使用者规律敷脸。芯片U1的型号为89C51；比较器Ud1A的型号为OPA2141AIDR；二极、三极管QXc1的型号为STP7N95K3；比较器Ud2B的型号为LM339或OPA2141AIDR；芯片U2的型号为78L05；芯片U3的型号为VIP12。

2.3.1 通讯模块芯片U1

(1)在通讯模块芯片U1中，第9脚与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端接地；电阻R1的一端分别与电阻R2的一端、电容C2负极相连，电容C2正极与电源5 V相连，按钮S1的一端与电源5 V相连，另一端与电阻R1相连。

(2)在通讯模块芯片U1中，第12脚、13脚和38脚均与温度控制模块相连，第18脚与晶振Y1的第2脚相连，晶振Y1的第1脚与第19脚相连，电容C3一端与晶振Y1的第2脚相连，另一端接地，电容C4一端与晶振Y1的第1脚相连，另一端接地，第20脚接地。

(3)在通讯模块芯片U1中，第21脚通过电阻R5与三极管Q2的基极相连，三极管Q2的射级与电源15 V相连，三极管Q2的集级与电阻R12一端相连，电阻R12另一端接地，二极、三极管QXc1的第1脚与电阻R12一端相连，二极、三极管QXc1的第2脚与按钮S3相连，按钮S3的另一端接电源15 V，二极、三极管QXc1的第3脚通过保险丝fuse、电阻丝1与指示灯LED1的一端相连，指示灯LED1的另一端接地，二极、三极管QXc1的第2脚还与按钮S2一端相连，按钮S2的另一端与电池接口的1接口相连，电池接口的2接口接地。

(4)在通讯模块芯片U1中，第22脚通过电阻R3与三极管Q1基极相连，三极管Q1的射极与电源5 V相连，三极管Q1集极通过电阻R1与指示灯LED2一端相连，指示灯LED2另一端接地，第31脚接电源5 V，第37脚与比较器Ud1B的第7脚相连，比较器Ud1B的第5脚正相端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端接地，电阻R8一端也与比较器Ud1B的第5脚正相端相连，其另一端与按钮S2相连，比较器Ud1B的第6脚负相端与其第7脚相连，比较器Ud1B的第4脚、8脚空置，第39脚与温度设定模块相连，第40脚接电源5 V，其还与电容C1的一端相连，电容C1的另一端接地(如图4所示)。

2.3.2 温度控制模块

温度控制模块通过内置热敏电阻检测温度，当温度＞35 ℃时比较器翻转，给单片机输入一个翻转信号，单片机通过IO口改变占空比，通过三极管Q1驱动QX1来改变输出电流，从而减小电热管上的功耗，使温度达到平衡。

图4 通讯模块电路图

中电池充放电开关H2的1、2接口分别与电容CS1的两端相连：①电容CS1的一端接地，另一端分别与电阻R7一端相连；②芯片U1的第38脚和比较器Ud2B的第6脚相连，该端的电阻R7还分别与电容CV2一端、比较器Ud2A的第2脚负极端相连，电阻R7的另一端与电源15 V相连；③电阻R6的一端与电源15 V相连，另一端与电容CV2的另一端相连；④比较器Ud2A的第3脚正相端通过电阻R13与其第1脚相连；⑤电阻R9一端与比较器Ud2A的第1脚相连，另一端与芯片U1的第12脚相连；⑥电阻R10的一端与芯片U1的第12脚相连，另一端接地；比较器Ud2A的第4脚接地，第8脚接电源15 V；电容CV1的一端与比较器Ud2A的第8脚相连，另一端接地；⑦电阻R14一端分别与电阻R6、比较器Ud2A的第3脚相连，另一端与电容CV3一端相连，电容CV3的另一端与比较器Ud2B的第6脚相连，同时与电容CS1相连；⑧比较器Ud2B的第5脚与电容CV3相连，并通过电阻R19与比较器Ud2B的第7脚相连，同时与电容CS2一端相连；⑨电容R18一端与电容CV3相连，另一端接地，电容CS2的另一端接地，电阻R16一端与电阻R19相连，另一端与芯片U1的第13脚相连；⑩电阻R17一端与电阻R16一端相连，另一端接地，比较器Ud2B的第8脚接电源15 V，其第4脚接地(如图5所示)。

图5 温度控制模块电路图

2.3.3 温度设定模块

温度设定模块可以调节电位器RS1来改变输入单片机AD的输入电压，不同输入电压对应30～35 ℃时所需的输出电流，来设定所需的温度。温度模块设定：①比较器Ud1A第1脚与芯片U1第39脚相连，其第4脚接地；②比较器Ud1A的第8脚接电源5 V，其第2脚负相端与其第1脚相连；③比较器Ud1A的第3脚正相端与可调电阻RS1的第3脚调节端相连；④可调电阻RS1的第1脚接电源5 V，可调电阻RS1的第2脚与电阻R27的一端相连，电阻R27的另一端接地；⑤电容Cb1一端接地，另一端也与可调电阻RS1的第3脚调节端相连；⑥电容Cb2两端分别与电容Cb1的两端相连，如图6所示。

图6 温度设定模块电路图

2.3.4 整流模块

整流模块将高压转换为15 V的标准直流电压，一部分为加热提供能源，一部分供给其他的器件工作，还有一部分提供电源模块7805转为5 V直流电压供单片机工作用。此电路简单，体积小，特别适合便携式电子设备，同时面部热敷护理器内置电源，既可提供市电给电池充电，又能够采用15 V的充电器进行充电，并由芯片U2～U3、电解电容、电感线圈L1～L3组成。

(1)芯片U2的第3脚输出端接电源5 V，电解电容C10的正端接电源5 V，负端与芯片U2的第2脚相连；芯片U2的第2脚分别与电容C14一端、电解电容C15的负端、电解电容C13的负端、电容C16一端、二极管D4的正极、指示灯LED2的一端和稳压二极管Z1的正极相连，芯片U2的第2脚接地。电容C14另一端与电解电容C15的正端相连，芯片U2的第1脚与电阻R20一端相连，电感线圈L1的一端分别与电阻R20另一端、电解电容C15的正端相连。电阻R22的两端并联在电阻R20两端上，电感线圈L1的另一端与电容C13的正端相连。电容C16另一端分别与二极管D3的正极、电感线圈L3的一端和电感线圈L1相连，二极管D3的负极分别与二极管D2的负极、电解电容C6的正极、二极管D1的正极相连，电感线圈L3的另一端通过电容C11与二极管D2的正极相连。电解电容C6的负极与电解电容C5的负极相连，电解电容C5的正极与二极管D1的负极相连。二极管D4的负极分别与电感线圈L3、电解电容C6的负极、电解电容C5的负极相连。

(2)芯片U3第1脚、2脚与二极管D4的负极相连，第3脚与二极管D2的正极相连，第4脚、5脚、6脚、7脚和8脚均与电解电容C5的正极相连。指示灯LED2的另一端分别与稳压二极管Z1的负极、电阻R23的一端相连，电阻R23的另一端与电阻R21一端相连，电阻R21的另一端分别与芯片U3的第5脚、电解电容C9的正极和整流桥B1的直流输出正端HV相连，电解电容C9的负极分别与稳压二极管Z1的正极、整流桥B1的第2脚相连。电阻R24与电容C12并联之后的两端连在整流桥B1的第1脚上，整流桥B1的第4脚与电解电容C9的正极相连。

图7 整流模块电路图

(3)如图7所示，电感线圈L2的第2脚、3脚分别连接在电阻R24的两端，电感线圈L2的第1脚、4脚之间通过电容C8相连。电容C7的两端分别连在电感线圈L2的第1脚、4脚上，热敏电阻NTC1一端与电容C7一端相连，热敏电阻NTC1另一端与电容CY1的一端相连，电容CY1的另一端接地，电容CY2的一端接地，另一端与电容C7相连。电容CY1一端、电容CY2一端分别与电源220 V相连。

2.3.5 定时提醒模块

通过调节时间继电器Timer来设置敷脸时间，当敷脸时间到达设定值后，时间继电器由常开转变为常闭，15 V电接通扬声器，使扬声器产生声音提示敷脸时间到。当电压接上后红灯亮，表示电路已经准备就绪，同时给电池充电，电池两端的电压采集给单片机，当采集到的电压高压基准值时，单片机P2.1脚输出高电平，导通三极管点亮绿灯LED2，由于发光二极管串联在电热管，当加热电热管时发光二极管发出黄色的光。定时提醒模块包括时间继电器Timer，时间继电器Timer的第1脚通过电阻R15与电源15 V相连，时间继电器Timer的第2脚与蜂鸣器LABA的第2脚相连，蜂鸣器LABA的第1脚接地(如图8所示)。

图8 定时提醒模块示图

3 面部热敷护理器的应用

3.1 应用方法

将敷脸毛巾安置于面部热敷护理器内面，再用约束带紧贴固定于面部后，调节控制档位即可开始敷脸。敷脸的时间为15～20 min，不可太长或太短；温度调节在37～42 ℃为宜，手感温热即可，需结合自身情况、季节和气温情况进行选择。在使用面部热敷护理器的同时配合使用护肤液、面膜及中药敷料等护肤品搭配敷脸，能够提升皮肤保养功能，使面部护理成效更加显著[8-9]。

3.2 应用效果

使用面部热敷护理器能够使毛孔张开，有利于清洁毛孔内的污物。敷脸完成后用常温水洗面，再用冷温布(15～18 ℃)敷面5～10 min，通过冷热不同的温度刺激皮肤，以收缩毛孔增加脸部皮肤的弹性和张力。面部热敷护理器的功效为：①方便面部护理，有效促进面部血液循环，缓解面部干燥起皮屑；②使面部血液循环加快，脸色红润；③热敷可以促进血液和淋巴液循环，有利于化淤、消肿、止痛和促进伤口愈合；④具有预防色斑和皱纹的功效[9]；⑤有助淡化鱼尾纹；⑥缓解视疲劳，促进眼周的血液循环，减轻眼部疲劳，部分缓解干眼症状，并可明目、健脑[10]；⑦使用与体温相近(37～38 ℃)的温热毛巾敷10min，可促进血液循环，帮助黑眼圈消褪[11-12]；⑧可使眼部血管畅流，供给眼肌氧分和营养，有助于眼睛保健，防止老花眼[13]；⑨热敷鼻子或呼吸热水蒸气能够促进鼻黏膜的血液循环，有助于畅通鼻甲内血流量，达到缓解鼻塞、流清鼻涕的作用[14]；⑩敷脸时辅之以中药湿热敷脸，利用热力与中草药结合产生药物热气作用于肌肤，改善血液循环，达到清热解毒、升散祛风及活血通络之功[3]。

4 结语

面部热敷护理器采用优化电路设计，可使敷脸温度达到恒温、可控。使用者可根据自身情况结合外部环境选择个性化的敷脸温度。采用面部热敷护理器可以提高对面部皮肤的保养，起到美容保健的积极作用。采用热敷的原理结合现代电子科技及人体工程学理论开发的高效、恒温及便捷的面部热敷护理器，对于提高面部护理效果具有现实意义。

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[3]胡新颖.赵军.针刺配合中药湿热敷法治疗面神经炎的临床观察[J].针灸临床杂志,2011,27(1):17.

[4]张文静.冬天用热毛巾敷脸可给皮肤补水[J].祝你幸福(知心),2007(12):58.

[5]姚力杰.热毛巾敷脸,赶走暗沉[J].农家女,2013(7):53.

[6]郑莉.热敷头面延衰老[J].家庭医药,2009(5):61.

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Research on the design of facial hot compress nursing device/

RAN Guang-fu, CHEN Hong, ZHAO Zhi-wei, et al//
China Medical Equipment,2015,12(12):26-30.

Objective:To design a highly efficient, constant temperature and convenient facial hot compress nursing device.Methods:Using the principle of hot compress to design, which combined with modern electronic technology and the theory of ergonomics.Results:The facial hot compress nursing device set hot compress and automatic temperature control in one, the instrument is equipped with power indicator, timer automatic shutdown function. Users can choose a comfortable temperature when use it, and the device be controlled constant temperature automatically.Conclusion:This device is able to carry out the comprehensive conservation. It effectively promotes the facial blood circulation through the dilation of the capillaries, and help to alleviate the symptoms of dry skin when the facial humidity increased. That increases skin's luster and elasticity, reduce discomfort. At the same time also can collocate with some facial mask of nutrients to enhance the effect of facial compress. The device has practical significance and market prospects.

Facial hot compress nursing device; Design; Chinese medicine moist heat method; Healthcare

10.3969/J.ISSN.1672-8270.2015.12.009

1672-8270(2015)12-0026-05

R197.39