廣東石油化工學(xué)院 楊守華 林桂全 李秋連 李嘉琪 王堪佑 古順東 吳澤鵬

一種智能保溫衣服的設(shè)計

廣東石油化工學(xué)院 楊守華 林桂全 李秋連 李嘉琪 王堪佑 古順東 吳澤鵬

這種智能保溫衣服是在傳統(tǒng)衣服的基礎(chǔ)上通過無線電通信技術(shù)（藍(lán)牙通訊技術(shù)）、嵌入式單片機(jī)控制技術(shù)，低功耗技術(shù)及通過相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)對衣服內(nèi)部進(jìn)行保溫并且能實時監(jiān)控與調(diào)節(jié)，系統(tǒng)由主控設(shè)備和終控設(shè)備構(gòu)成。主控設(shè)備由微控制器組成，終端設(shè)備有工作模式選擇按鍵、5個模式設(shè)置按鍵、溫度數(shù)據(jù)采集器、OLED顯示器、4個模式顯示燈、電源顯示燈、電熱炭纖維發(fā)熱馬甲。 這種智能保溫衣服操作簡單，達(dá)到理想保溫效果的時間短，耗能低。

溫度傳感器；微處理器；紅外傳感器；電熱碳纖維發(fā)熱絲

0 引言

目前，市場上傳統(tǒng)的保溫衣服都是利用人體散熱小于產(chǎn)熱的基本原理。在寒冷的冬季，不少戶外工作者以及戶外運(yùn)動愛好者需要穿著厚重的衣服抵御嚴(yán)寒，從而導(dǎo)致肢體靈活性降低，但是單薄的保暖服不能滿足他們對當(dāng)時環(huán)境的保暖需求。這種傳統(tǒng)的衣服并不能集輕薄舒適和良好的保溫效果為一體，市場對于保溫衣物有了新的需求。因此，面對這些各種嚴(yán)苛而復(fù)雜的工作和生活環(huán)境，具有良好環(huán)境適應(yīng)性，并且能夠解放使用者四肢的智能保溫衣應(yīng)運(yùn)而出，給人們的生活帶來便利。

智能保溫衣服解決了上述背景技術(shù)中傳統(tǒng)衣服的不足，利用溫度傳感器和微處理器的運(yùn)作實現(xiàn)保溫效果，減輕厚重衣物給人們帶來的不適感。這種智能保溫衣服不僅實現(xiàn)了最基礎(chǔ)的保溫效果，還利用紅外傳感器實現(xiàn)對衣服溫度的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，添加了OLED顯示器和時鐘模塊方便用戶的使用。使得用戶可以直接了解到衣服溫度的狀況，并及時對智能衣服進(jìn)行調(diào)控。

1 功能介紹

圖1

智能保溫衣服首先使用溫度傳感技術(shù)檢測環(huán)境溫度和實時衣服溫度，根據(jù)用戶選擇的模式，微處理器加熱電熱毯纖維以達(dá)到所需的溫度。在技術(shù)上使得衣服外形輕薄舒適且能達(dá)到理想保溫效果，這就解決了傳統(tǒng)衣服的弊端。智能保溫衣服通過紅外傳感技術(shù)判斷衣服是否有人在穿，將信息反饋到微處理器中，溫度傳感技術(shù)也反饋電熱炭纖維的溫度信息到微處理器中，微處理器自動調(diào)節(jié)輸出功率，減少不必要能量消耗，達(dá)到低功耗效果。還有一個溫度傳感器測量實時環(huán)境溫度，為用戶設(shè)置溫度提供一個有效的參考數(shù)據(jù)。同時溫度傳感技術(shù)和紅外傳感技術(shù)結(jié)合使用，向用戶及時反饋數(shù)據(jù)，就能實現(xiàn)對人體的監(jiān)控和對衣服的調(diào)節(jié)。智能保溫衣服增加定時模塊，可以設(shè)定保溫時間，為用戶提供定時操作的選擇。智能保溫衣服還有OLED顯示器，可以顯示溫度、時間、四種模式名稱、菜單，直接向用戶呈遞數(shù)據(jù)，顯示清楚，方便用戶的調(diào)節(jié)，基本達(dá)到人機(jī)交互功能。

2 功能的設(shè)計

人體的熱量大部分時間是靠內(nèi)臟產(chǎn)生的，少部分由骨骼肌顫抖發(fā)熱產(chǎn)生。在輔助人體產(chǎn)熱的前提下，因為在手臂上安裝電熱炭纖維來發(fā)熱，給用戶帶來使用上的不便，影響用戶的舒適度，所以我們采用電熱炭纖維在在胸腔的兩側(cè)和后背來輔助內(nèi)臟產(chǎn)熱。設(shè)計時我們考慮到需要讓溫度保持穩(wěn)定，不能一直加熱，于是我們利用占空比來實現(xiàn)定溫的功能。

電熱炭纖維是一種非金屬固體材料，將其接在12～40V低電壓上，供電后能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)電發(fā)熱，具有良好的耐磨性、抗靜電、發(fā)熱均勻、遠(yuǎn)紅外輻射性能好、使用安全。電熱炭纖維可以用于醫(yī)療保健用電熱器。所以我們選擇了電熱炭纖維作為發(fā)熱的物品。

這是一種基于電熱炭纖維發(fā)熱的智能保溫衣服，包括主控設(shè)備和終端設(shè)備。在終端設(shè)備中，有三塊電熱炭纖維發(fā)熱馬甲（ABC）分別在胸腔的兩側(cè)和后背，并且每塊上都有相應(yīng)的溫度傳感器（abc），三個溫度傳感器反饋實時衣服溫度且連接在一條總線上。一邊袖口有控制面板（D）和一個反饋環(huán)境溫度的溫度傳感器（d）。

圖2 智能保溫衣服機(jī)構(gòu)設(shè)計圖

圖3

完成了基礎(chǔ)的功能外，我們運(yùn)用紅外傳感器和添加了定時功能，使用起來更方便。

熱釋電紅外傳感器是一種節(jié)能控制系統(tǒng),能夠準(zhǔn)確有效的檢測到靜態(tài)人體。通過熱釋電紅外傳感器采集是否衣服內(nèi)有人的信息,再送到微處理器進(jìn)行處理,微處理器再發(fā)出控制信號，智能衣服根據(jù)信號做出相應(yīng)的操作。如果檢測到?jīng)]有人穿著衣服，則自動斷電，不消耗任何能量。如果用戶穿著衣服，則可正常使用。

3 工作模式的介紹

啟動智能衣服，開始選擇(通過按鍵⑵)四種工作模式中的一種，這四種模式分別為智能模式、手動定溫模式、手動定時模式和手動定時定溫模式。

圖4 功能按鍵示意圖

智能模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實時衣服溫度的檢測，智能調(diào)節(jié)到最適合人體的溫度后保持恒溫。（⑻燈亮）

手動定時定溫模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實時衣服溫度的檢測，先按設(shè)置菜單鍵⑴再通過按鍵（⑼⑽⑾⑿）設(shè)置加熱時間段和衣服溫度，衣服自動加熱到的預(yù)設(shè)溫度后保持恒溫，時間一到就停止加熱。（⑺亮）

手動定溫模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實時衣服溫度的檢測，先按設(shè)置菜單鍵⑴再通過按鍵（⑼⑽⑾⑿）設(shè)置衣服溫度，衣服自動加熱到預(yù)設(shè)的溫度后保持恒溫。（⑹燈亮）

手動定時模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實時衣服溫度的檢測，先按設(shè)置菜單鍵⑴再通過按鍵（⑼⑽⑾⑿）設(shè)置加熱時間段，衣服自動加熱到最適合人體的溫度保持恒溫。時間一到就停止加熱。（⑸燈亮）

選擇完工作模式和設(shè)定完模式里面的時間和溫度參數(shù)后，再按運(yùn)行/停止鍵⑷，智能保溫衣服開始工作。再按一次則是結(jié)束工作。

4 結(jié)束語

該裝置設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，使用安全性和運(yùn)行穩(wěn)定性好；該智能保溫衣服有溫度傳感器，可以檢測環(huán)境溫度和實時衣服溫度，接著根據(jù)用戶選擇的模式，微處理器控制電熱炭纖維以達(dá)到所需的溫度；該裝置采用智能模式、手動定時模式、手動定溫模式和手動定溫定時模式，解決功能單一問題。文章給出了詳盡的設(shè)計原理，功能特點(diǎn)，操作模式。本裝置具有功耗低，性價比高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實用價值以及良好的市場前景。適用于各年齡段人群并且能廣泛運(yùn)用于日常生活中，在時代不斷進(jìn)步的同時，智能保溫衣服逐漸在此保暖領(lǐng)域占據(jù)重要位置。

[1]吳為民.炭纖維導(dǎo)電發(fā)熱布的織造工藝[J].南通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2008(04).

[2]賀福,趙建國.炭纖維的電熱性能及其應(yīng)用[J].新型碳料,1995(03): 5-10.

[3]陳林輝,安成輝,劉小軍,李志軍.可檢測靜態(tài)人體的節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(05):67.