Automatic temperature control moxibustion box based on modular design
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摘要:目的
针对中医临床艾灸疗法“三因制宜”思想与疗法创新的需求，探索一种模块化艾灸盒的设计方案，研发具有功能切换和个性化定制的模块，使用传统艾条并能自动控温的模块化艾灸盒。
方法应用模块化设计方法，将艾灸盒分为控制和治疗模块。结合微纳温度传感器与脉冲带宽调制芯片实现传统艾条的自动控温功能。
结果设计了单穴位灸和多穴位灸2种治疗模块，拆装模块实现切换施灸部位以及个性化调整的功能，验证了模块化艾灸盒在结构上的可行性；经过温度测试，在点燃艾条的情况下，单穴位灸与多穴位灸在设置45℃条件下测试的平稳期平均温度分别为45.68℃和45.12℃。
结论设计的艾灸盒能够保留传统艾条施灸功能，实现智能控制温度的效果，基于模块化方法可适应多种使用场景，具有较高的性价比和较大的应用潜力，为艾灸盒甚至中医诊疗设备的设计提供了新的方法及思路。
Abstract:ObjectiveTo explore a modular moxibustion box design scheme according to the thought of "developing appropriate treatment according to three disease causes" and the demand of therapy innovation to develop a modular moxibustion box with function switching and personalized customization, which uses traditional moxa sticks and can automatically control temperature.
MethodsThe moxibustion box was divided into control module and treatment module by modular design method. Combining micro- and nano-temperature sensor and pulse bandwidth modulation chip, the automatic temperature control function of traditional moxa stick was realized.
ResultsSingle point moxibustion and multi-point moxibustion were designed. The functions of switching moxibustion sites and personalized adjustment were realized by disassembling and assembling the module, and the feasibility of modular moxibustion box in structure was verified. After the temperature test, the average temperature of single point moxibustion and multi-point moxibustion at 45℃ in the test stationary period was 45.68℃ and 45.12℃ respectively under the condition of firing moxa stick.
ConclusionThe moxibustion box designed retains the function of traditional moxibustion with moxa sticks and realizes intelligent temperature control. Based on the modular method, it can adapt to a variety of use scenarios, with high cost performance and great application potential. It provides a new method and idea for the design of moxibustion box and even traditional Chinese medicine diagnosis and treatment equipment.
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图 4 单穴位灸治疗模块的结构设计图
A: 单穴位灸盒剖面示意图; B: 底座模块不同材质打印示意图; C: 适应不同尺寸艾条的艾条固定器。A图, 1: 艾条固定器(附滤灰网); 2: 艾条固定圈; 3: 固定柱; 4: 磁吸连接触点; 5: 动力圈; 6: 治疗模块外壳; 7: 温度传感器; 8: 螺旋槽孔; 9: 竖直导轨。B图，橡胶从左至右分别为55A、65A、85A、95A。
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图 5 多穴位灸治疗模块的结构设计图
A: 旋转升降示意图(主视图); B: 多穴位灸剖面时图。A图, 1: 动力连接; 2: 连杆; 3: 艾条固定装置; 4: 艾条; 5: 旋转轨迹; 6: 固定连接; 7: 活动连接。B图, 1: 控制模块卡扣; 2: 动力圈; 3: 磁吸连接触点; 4: 艾条固定架; 5: 艾条固定铁丝网。
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图 7 自动模式测试温度与舵机调整曲线图
A: 单穴位灸(第1阶段设定温度为45 ℃, 第2阶段设定温度为50 ℃。设置温度为50 ℃的3 min内，温度从45 ℃提升至50 ℃); B: 多穴位灸(自动模式下艾灸盒可以根据预设定的温度调整艾条位置，使温度维持在45 ℃ 10 min左右，温度低于44 ℃后继续下调艾条的位置直至到达下限位置，最终在35 min左右结束实验)。
表 1 温控测试结果
穴位灸 最低温度/℃ 最高温度/℃ 自动模式45℃ 自动模式50℃ 平均温度*/℃ 标准差* 占比**/% 平均温度*/℃ 标准差* 占比**/% 单穴位灸 42.9 61.1 45.70 0.465 62.59 49.96 0.992 56.20 多穴位灸 37.5 46.4 45.12 0.763 57.38 - - - 平均温度*和标准差*是在温度平稳的区间的平均温度及标准差; 占比**指在设定温度正负1 ℃区间温度的占比(如45 ℃的温度范围为44 ~46 ℃)。 
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