面部熱敷護理器的設(shè)計*

冉光府 陳 宏* 趙志維 王 丹 李瀟敏 王汕珊

面部熱敷護理器的設(shè)計*

冉光府①陳 宏①*趙志維①王 丹①李瀟敏①王汕珊①

目的：設(shè)計一款高效、恒溫及便捷的新型面部熱敷護理器。方法：采用熱敷的原理，結(jié)合現(xiàn)代電子科技及人體工程學(xué)的理論進行設(shè)計。結(jié)果：面部熱敷護理器集熱敷與自動溫度調(diào)控于一體，儀器設(shè)有電量指示、溫度指示及定時自動關(guān)機功能，使用者可以選擇舒適溫度，并可自動保持恒溫。結(jié)論：該面部護理器能對面部進行綜合養(yǎng)護，通過擴張毛細血管, 有效促進面部血液循環(huán)，同時增加面部濕度，有助于緩解皮膚干燥的癥狀，增加皮膚的光澤和彈性，減緩不適。同時還可搭配使用一些營養(yǎng)面膜，以增強敷臉效果。新型面部熱敷護理器具有一定的實用價值。

面部熱敷護理器；設(shè)計；中藥濕熱敷法；醫(yī)療保健

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

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，使用醫(yī)療電子產(chǎn)品的人較為廣泛，由于人們學(xué)習(xí)、工作和娛樂等用眼時間較長，容易出現(xiàn)眼部疲勞、酸澀腫痛、視力下降以及鼻周粉刺等情況。尤其在冬季，干燥的空氣帶走皮膚水分，使臉部和頸部變得干燥，脫皮屑，從而使面部皮膚處于亞健康狀態(tài)。目前，人們的健康意識不斷增強，面部健康應(yīng)該得到人們的重視，而傳統(tǒng)的面部熱敷法使用步驟繁瑣、費時費精力。為此，本研究設(shè)計一款具有保健功能的面部熱敷護理器，以對人體面部進行綜合養(yǎng)護。

1 面部熱敷理論

“溫則通，通則不痛”我國中醫(yī)名著《諸病源候論》中闡述，“雞鳴，以兩手相摩令熱，以熨目，三行，以指抑目。左右有神光，令目明，不病痛”[1]。通常人們使用毛巾熱敷的方法具有治療與保健作用，以其達到溫通的目的。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，熱敷的作用主要有3個：①促進炎癥的消退；②使肌肉、肌腱和韌帶等組織松弛，緩解甚至解除某些疼痛[2]；③使局部血管擴張，促進血液循環(huán)，減輕深部組織充血。中藥濕熱敷法是外治法之一，歷史悠久[3]。濕熱敷，可使皮膚毛孔張開，血管擴張，促進血液流向表皮，當(dāng)水分停止蒸發(fā)角質(zhì)層便會膨脹，從而使皮膚變得柔軟而細膩[4]。利用毛巾的溫度和蒸汽加快臉部皮膚的血液循環(huán)，促進新陳代謝[5]。溫濕毛巾使得毛孔受熱張開，易于吸收養(yǎng)分，水蒸汽作用于皮脂，使皮脂脫離皮膚被吸附在毛巾上，達到去除多余油脂的目的，促進皮膚的排泄，除去毛孔內(nèi)肉眼看不到的污垢，增加皮膚的光澤和彈性，并將暗藏的細菌一并清除。1.1 面部熱敷產(chǎn)品現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)對面部熱敷的相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)較為匱乏，市場已有的敷臉罩設(shè)計為簡單的熱水袋式面罩，將溫水注入其中，對面部進行干敷。此外，較為常見的蒸臉器借助儀器加熱沸水噴霧，對面部進行蒸汽噴灑，起到面部護理作用。

1.2 面部熱敷護理器的優(yōu)勢

本研究設(shè)計的面部熱敷護理器，包括加熱面罩及與之配合使用的敷臉毛巾。加熱面罩可產(chǎn)生熱量，并保持恒溫，特制敷臉毛巾與臉直接接觸，發(fā)揮作用。加熱面罩內(nèi)部從外到內(nèi)依次設(shè)有醫(yī)用級硅膠和電阻絲，電阻絲之間無絕緣體，內(nèi)部用電阻絲產(chǎn)熱，較為安全，發(fā)熱體未與外殼直接接觸，線圈由絕緣體隔離開，充分做到殼體與電分離，全程絕緣，溫度可控。

2 面部熱敷護理器的整體設(shè)計

2.1 面部熱敷護理器外觀

加熱面罩外殼采用醫(yī)用級硅膠，內(nèi)部鑲嵌有電阻絲及相應(yīng)電路系統(tǒng)，并采用嚴(yán)格的密封設(shè)置，保障內(nèi)部完全處于密封狀態(tài)。其內(nèi)面弧度及形狀根據(jù)大數(shù)據(jù)使之與面部大體貼合，結(jié)合敷臉毛巾可與面部充分接觸(如圖1所示)。

圖1 面部熱敷護理器正視圖

2.2 面部熱敷護理器結(jié)構(gòu)

新型面部熱敷護理器由主殼體、敷臉毛巾、固定束縛帶和電源線等組成，內(nèi)部用電阻絲產(chǎn)熱，較為安全，發(fā)熱體不與外殼直接接觸，且溫度可控。設(shè)置斷電保護功能，即當(dāng)溫度超過閾值時自動切斷電流，并可自動熔斷電阻絲，使敷臉過程安全可靠。面部熱敷護理器內(nèi)表面敷臉毛巾覆蓋處，使用柔軟、彈性好的醫(yī)用級硅膠，具有可塑性強、無毒無味及耐高溫等特性，可直接接觸皮膚，且制作時選擇適合臉部皮膚的最佳柔軟度。通過調(diào)節(jié)溫度單元維持恒定溫度；設(shè)置有檔位調(diào)節(jié)，通過按鈕S1、S2和S3調(diào)節(jié)溫度(如圖2所示)。

圖2 面部熱敷護理器模式圖

2.3 面部熱敷護理器工作原理及電路設(shè)計

加熱面罩上的電阻絲與調(diào)節(jié)溫度單元相連，所述的調(diào)節(jié)溫度單元包括通訊模塊、溫度控制模塊、溫度設(shè)定模塊、整流模塊和定時提醒模塊(如圖3所示)。

圖3 面部熱敷護理器工作流程圖

在面部熱敷護理器的電路設(shè)計中，通過設(shè)定適合使用者習(xí)慣和需求的溫度，并通過溫度控制使溫度維持不變，進行恒溫敷臉。使用者可以利用敷臉提醒功能設(shè)定敷臉時間，到時自動提醒敷臉周期完成，讓使用者規(guī)律敷臉。芯片U1的型號為89C51；比較器Ud1A的型號為OPA2141AIDR；二極、三極管QXc1的型號為STP7N95K3；比較器Ud2B的型號為LM339或OPA2141AIDR；芯片U2的型號為78L05；芯片U3的型號為VIP12。

2.3.1 通訊模塊芯片U1

(1)在通訊模塊芯片U1中，第9腳與電阻R2的一端相連，電阻R2的另一端接地；電阻R1的一端分別與電阻R2的一端、電容C2負極相連，電容C2正極與電源5 V相連，按鈕S1的一端與電源5 V相連，另一端與電阻R1相連。

(2)在通訊模塊芯片U1中，第12腳、13腳和38腳均與溫度控制模塊相連，第18腳與晶振Y1的第2腳相連，晶振Y1的第1腳與第19腳相連，電容C3一端與晶振Y1的第2腳相連，另一端接地，電容C4一端與晶振Y1的第1腳相連，另一端接地，第20腳接地。

(3)在通訊模塊芯片U1中，第21腳通過電阻R5與三極管Q2的基極相連，三極管Q2的射級與電源15 V相連，三極管Q2的集級與電阻R12一端相連，電阻R12另一端接地，二極、三極管QXc1的第1腳與電阻R12一端相連，二極、三極管QXc1的第2腳與按鈕S3相連，按鈕S3的另一端接電源15 V，二極、三極管QXc1的第3腳通過保險絲fuse、電阻絲1與指示燈LED1的一端相連，指示燈LED1的另一端接地，二極、三極管QXc1的第2腳還與按鈕S2一端相連，按鈕S2的另一端與電池接口的1接口相連，電池接口的2接口接地。

(4)在通訊模塊芯片U1中，第22腳通過電阻R3與三極管Q1基極相連，三極管Q1的射極與電源5 V相連，三極管Q1集極通過電阻R1與指示燈LED2一端相連，指示燈LED2另一端接地，第31腳接電源5 V，第37腳與比較器Ud1B的第7腳相連，比較器Ud1B的第5腳正相端與電阻R11的一端相連，電阻R11的另一端接地，電阻R8一端也與比較器Ud1B的第5腳正相端相連，其另一端與按鈕S2相連，比較器Ud1B的第6腳負相端與其第7腳相連，比較器Ud1B的第4腳、8腳空置，第39腳與溫度設(shè)定模塊相連，第40腳接電源5 V，其還與電容C1的一端相連，電容C1的另一端接地(如圖4所示)。

2.3.2 溫度控制模塊

溫度控制模塊通過內(nèi)置熱敏電阻檢測溫度，當(dāng)溫度＞35 ℃時比較器翻轉(zhuǎn)，給單片機輸入一個翻轉(zhuǎn)信號，單片機通過IO口改變占空比，通過三極管Q1驅(qū)動QX1來改變輸出電流，從而減小電熱管上的功耗，使溫度達到平衡。

圖4 通訊模塊電路圖

中電池充放電開關(guān)H2的1、2接口分別與電容CS1的兩端相連：①電容CS1的一端接地，另一端分別與電阻R7一端相連；②芯片U1的第38腳和比較器Ud2B的第6腳相連，該端的電阻R7還分別與電容CV2一端、比較器Ud2A的第2腳負極端相連，電阻R7的另一端與電源15 V相連；③電阻R6的一端與電源15 V相連，另一端與電容CV2的另一端相連；④比較器Ud2A的第3腳正相端通過電阻R13與其第1腳相連；⑤電阻R9一端與比較器Ud2A的第1腳相連，另一端與芯片U1的第12腳相連；⑥電阻R10的一端與芯片U1的第12腳相連，另一端接地；比較器Ud2A的第4腳接地，第8腳接電源15 V；電容CV1的一端與比較器Ud2A的第8腳相連，另一端接地；⑦電阻R14一端分別與電阻R6、比較器Ud2A的第3腳相連，另一端與電容CV3一端相連，電容CV3的另一端與比較器Ud2B的第6腳相連，同時與電容CS1相連；⑧比較器Ud2B的第5腳與電容CV3相連，并通過電阻R19與比較器Ud2B的第7腳相連，同時與電容CS2一端相連；⑨電容R18一端與電容CV3相連，另一端接地，電容CS2的另一端接地，電阻R16一端與電阻R19相連，另一端與芯片U1的第13腳相連；⑩電阻R17一端與電阻R16一端相連，另一端接地，比較器Ud2B的第8腳接電源15 V，其第4腳接地(如圖5所示)。

圖5 溫度控制模塊電路圖

2.3.3 溫度設(shè)定模塊

溫度設(shè)定模塊可以調(diào)節(jié)電位器RS1來改變輸入單片機AD的輸入電壓，不同輸入電壓對應(yīng)30～35 ℃時所需的輸出電流，來設(shè)定所需的溫度。溫度模塊設(shè)定：①比較器Ud1A第1腳與芯片U1第39腳相連，其第4腳接地；②比較器Ud1A的第8腳接電源5 V，其第2腳負相端與其第1腳相連；③比較器Ud1A的第3腳正相端與可調(diào)電阻RS1的第3腳調(diào)節(jié)端相連；④可調(diào)電阻RS1的第1腳接電源5 V，可調(diào)電阻RS1的第2腳與電阻R27的一端相連，電阻R27的另一端接地；⑤電容Cb1一端接地，另一端也與可調(diào)電阻RS1的第3腳調(diào)節(jié)端相連；⑥電容Cb2兩端分別與電容Cb1的兩端相連，如圖6所示。

圖6 溫度設(shè)定模塊電路圖

2.3.4 整流模塊

整流模塊將高壓轉(zhuǎn)換為15 V的標(biāo)準(zhǔn)直流電壓，一部分為加熱提供能源，一部分供給其他的器件工作，還有一部分提供電源模塊7805轉(zhuǎn)為5 V直流電壓供單片機工作用。此電路簡單，體積小，特別適合便攜式電子設(shè)備，同時面部熱敷護理器內(nèi)置電源，既可提供市電給電池充電，又能夠采用15 V的充電器進行充電，并由芯片U2～U3、電解電容、電感線圈L1～L3組成。

(1)芯片U2的第3腳輸出端接電源5 V，電解電容C10的正端接電源5 V，負端與芯片U2的第2腳相連；芯片U2的第2腳分別與電容C14一端、電解電容C15的負端、電解電容C13的負端、電容C16一端、二極管D4的正極、指示燈LED2的一端和穩(wěn)壓二極管Z1的正極相連，芯片U2的第2腳接地。電容C14另一端與電解電容C15的正端相連，芯片U2的第1腳與電阻R20一端相連，電感線圈L1的一端分別與電阻R20另一端、電解電容C15的正端相連。電阻R22的兩端并聯(lián)在電阻R20兩端上，電感線圈L1的另一端與電容C13的正端相連。電容C16另一端分別與二極管D3的正極、電感線圈L3的一端和電感線圈L1相連，二極管D3的負極分別與二極管D2的負極、電解電容C6的正極、二極管D1的正極相連，電感線圈L3的另一端通過電容C11與二極管D2的正極相連。電解電容C6的負極與電解電容C5的負極相連，電解電容C5的正極與二極管D1的負極相連。二極管D4的負極分別與電感線圈L3、電解電容C6的負極、電解電容C5的負極相連。

(2)芯片U3第1腳、2腳與二極管D4的負極相連，第3腳與二極管D2的正極相連，第4腳、5腳、6腳、7腳和8腳均與電解電容C5的正極相連。指示燈LED2的另一端分別與穩(wěn)壓二極管Z1的負極、電阻R23的一端相連，電阻R23的另一端與電阻R21一端相連，電阻R21的另一端分別與芯片U3的第5腳、電解電容C9的正極和整流橋B1的直流輸出正端HV相連，電解電容C9的負極分別與穩(wěn)壓二極管Z1的正極、整流橋B1的第2腳相連。電阻R24與電容C12并聯(lián)之后的兩端連在整流橋B1的第1腳上，整流橋B1的第4腳與電解電容C9的正極相連。

圖7 整流模塊電路圖

(3)如圖7所示，電感線圈L2的第2腳、3腳分別連接在電阻R24的兩端，電感線圈L2的第1腳、4腳之間通過電容C8相連。電容C7的兩端分別連在電感線圈L2的第1腳、4腳上，熱敏電阻NTC1一端與電容C7一端相連，熱敏電阻NTC1另一端與電容CY1的一端相連，電容CY1的另一端接地，電容CY2的一端接地，另一端與電容C7相連。電容CY1一端、電容CY2一端分別與電源220 V相連。

2.3.5 定時提醒模塊

通過調(diào)節(jié)時間繼電器Timer來設(shè)置敷臉時間，當(dāng)敷臉時間到達設(shè)定值后，時間繼電器由常開轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ]，15 V電接通揚聲器，使揚聲器產(chǎn)生聲音提示敷臉時間到。當(dāng)電壓接上后紅燈亮，表示電路已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，同時給電池充電，電池兩端的電壓采集給單片機，當(dāng)采集到的電壓高壓基準(zhǔn)值時，單片機P2.1腳輸出高電平，導(dǎo)通三極管點亮綠燈LED2，由于發(fā)光二極管串聯(lián)在電熱管，當(dāng)加熱電熱管時發(fā)光二極管發(fā)出黃色的光。定時提醒模塊包括時間繼電器Timer，時間繼電器Timer的第1腳通過電阻R15與電源15 V相連，時間繼電器Timer的第2腳與蜂鳴器LABA的第2腳相連，蜂鳴器LABA的第1腳接地(如圖8所示)。

圖8 定時提醒模塊示圖

3 面部熱敷護理器的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用方法

將敷臉毛巾安置于面部熱敷護理器內(nèi)面，再用約束帶緊貼固定于面部后，調(diào)節(jié)控制檔位即可開始敷臉。敷臉的時間為15～20 min，不可太長或太短；溫度調(diào)節(jié)在37～42 ℃為宜，手感溫?zé)峒纯桑杞Y(jié)合自身情況、季節(jié)和氣溫情況進行選擇。在使用面部熱敷護理器的同時配合使用護膚液、面膜及中藥敷料等護膚品搭配敷臉，能夠提升皮膚保養(yǎng)功能，使面部護理成效更加顯著[8-9]。

3.2 應(yīng)用效果

使用面部熱敷護理器能夠使毛孔張開，有利于清潔毛孔內(nèi)的污物。敷臉完成后用常溫水洗面，再用冷溫布(15～18 ℃)敷面5～10 min，通過冷熱不同的溫度刺激皮膚，以收縮毛孔增加臉部皮膚的彈性和張力。面部熱敷護理器的功效為：①方便面部護理，有效促進面部血液循環(huán)，緩解面部干燥起皮屑；②使面部血液循環(huán)加快，臉色紅潤；③熱敷可以促進血液和淋巴液循環(huán)，有利于化淤、消腫、止痛和促進傷口愈合；④具有預(yù)防色斑和皺紋的功效[9]；⑤有助淡化魚尾紋；⑥緩解視疲勞，促進眼周的血液循環(huán)，減輕眼部疲勞，部分緩解干眼癥狀，并可明目、健腦[10]；⑦使用與體溫相近(37～38 ℃)的溫?zé)崦矸?0min，可促進血液循環(huán)，幫助黑眼圈消褪[11-12]；⑧可使眼部血管暢流，供給眼肌氧分和營養(yǎng)，有助于眼睛保健，防止老花眼[13]；⑨熱敷鼻子或呼吸熱水蒸氣能夠促進鼻黏膜的血液循環(huán)，有助于暢通鼻甲內(nèi)血流量，達到緩解鼻塞、流清鼻涕的作用[14]；⑩敷臉時輔之以中藥濕熱敷臉，利用熱力與中草藥結(jié)合產(chǎn)生藥物熱氣作用于肌膚，改善血液循環(huán)，達到清熱解毒、升散祛風(fēng)及活血通絡(luò)之功[3]。

4 結(jié)語

面部熱敷護理器采用優(yōu)化電路設(shè)計，可使敷臉溫度達到恒溫、可控。使用者可根據(jù)自身情況結(jié)合外部環(huán)境選擇個性化的敷臉溫度。采用面部熱敷護理器可以提高對面部皮膚的保養(yǎng)，起到美容保健的積極作用。采用熱敷的原理結(jié)合現(xiàn)代電子科技及人體工程學(xué)理論開發(fā)的高效、恒溫及便捷的面部熱敷護理器，對于提高面部護理效果具有現(xiàn)實意義。

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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

A

2015-06-01

天津市教委社會科學(xué)重大項目(2014ZD39)“京津中藥產(chǎn)業(yè)雙城聯(lián)動發(fā)展的產(chǎn)學(xué)研協(xié)同模式研究”

①天津中醫(yī)藥大學(xué) 天津 300193

*通訊作者：953454138@qq.com

冉光府,男,(1993- ),本科在讀。天津中醫(yī)藥大學(xué)，研究方向：護理學(xué)。