任祥放 孟慶慧 沈雷 薛哲彬

摘要：針對(duì)太陽(yáng)能資源的高效利用及騎行者多維度需求的現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)外騎行裝的研究情況進(jìn)行總結(jié)。把柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板、鋰電池、驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、壓電蜂鳴器和多功能USB插口裝置組成一個(gè)閉路的電路系統(tǒng)，圍繞此系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了時(shí)尚、多功能的戶外騎行裝。結(jié)果表明：具有柔性薄膜非晶硅太陽(yáng)能板的騎行裝能夠充分滿足電子裝備供電的需求，而附有自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成的超聲波獨(dú)立系統(tǒng)能夠有效地驅(qū)逐騎行中遇到的小動(dòng)物且不會(huì)對(duì)其造成傷害，保證了騎行者騎行中的安全，為騎行裝的智能化設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：交通安全;柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板;驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器;多功能USB插口裝置;騎行裝

中圖分類號(hào)：TS941.73

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2019）06-0038-04

戶外騎行運(yùn)動(dòng)近幾年快速興起，同時(shí)，戶外騎行運(yùn)動(dòng)服的產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速[1]。因?yàn)轵T行運(yùn)動(dòng)涉及到交通線路及騎行時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題，難免會(huì)突發(fā)一些情況，如遇到小動(dòng)物追逐，騎行時(shí)間久了手機(jī)、手電筒等電子裝備沒(méi)有足夠電量等。基于騎行者的多方面需求，本研究把柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板、鋰電池、驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、壓電蜂鳴器和多功能USB插口裝置通過(guò)纖細(xì)導(dǎo)線連接，設(shè)計(jì)了一款智能交通安全騎行裝。滿足騎行者的交通安全功能和娛樂(lè)需求。

1國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

騎行服伴隨著騎行運(yùn)動(dòng)文化的風(fēng)行應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)騎行的多維度需求也推動(dòng)了騎行裝的設(shè)計(jì)發(fā)展。

在國(guó)外，騎行運(yùn)動(dòng)大約起源于18世紀(jì)的歐洲，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展和進(jìn)步，騎行裝在紡織材料、結(jié)構(gòu)性能和人體工學(xué)的研究上已經(jīng)占據(jù)了一席之地。Deng等[2]認(rèn)為，未來(lái)服裝更多的是體現(xiàn)在智能紡織材料方面，互聯(lián)網(wǎng)與智能紡織材料的結(jié)合將是未來(lái)主導(dǎo)方向;Rome等[3]利用數(shù)據(jù)測(cè)試進(jìn)行了騎車新手穿騎行防護(hù)服和不穿防護(hù)裝之間的預(yù)測(cè)因子實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為這兩者之間沒(méi)有太多關(guān)系，但是需要開(kāi)發(fā)更多的安全防護(hù)裝保護(hù)消費(fèi)者身體;Aldrich等[4]設(shè)計(jì)了一款時(shí)尚男士騎行夾克，騎行中可感受溫度、光感報(bào)警、有LED等警示及可以為電子裝備充電;Beanland等[5]發(fā)明了一款安全的騎行自行車，可以發(fā)電、照明、緊急呼叫等，與騎行服組成一個(gè)防護(hù)系統(tǒng)，最大限度地提供可接受性。總的說(shuō)來(lái)國(guó)外在紡織品面料、人體數(shù)據(jù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了深入研究，同時(shí)又與周圍產(chǎn)品匹配形成系統(tǒng)化的影響。

國(guó)內(nèi)在騎行運(yùn)動(dòng)方面起步較晚，真正形成趨勢(shì)約在20世紀(jì)80年代，隨著國(guó)門的打開(kāi)，時(shí)尚的騎行運(yùn)動(dòng)被人們推崇，但在騎行服的研究上缺乏深入地探討。劉娜等[6]發(fā)表了騎行上衣的面料應(yīng)用和特色功能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提出未來(lái)要利用新技術(shù)開(kāi)發(fā)新面料，并按照人體工程學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行有效地設(shè)計(jì)研發(fā);趙錦[7]從自行車騎行服的功能性角度來(lái)分析研究騎行服的設(shè)計(jì)方法和思路;張海紅[8]闡述了現(xiàn)在騎行服的具體分類，并探討了騎行服的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。仇春燕等[9]在戶外運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)功能騎行服的設(shè)計(jì)研究中，探討了舒適性面料、時(shí)尚性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和具有傳感交互功能的騎行裝設(shè)計(jì)?？偟恼f(shuō)來(lái)，國(guó)內(nèi)多數(shù)的研究在實(shí)際測(cè)試和應(yīng)用方面較少。同時(shí)在騎行裝的便宜化和功能化研究上幾乎處于空白，同時(shí)這也是本文所探討的一個(gè)問(wèn)題。

2設(shè)計(jì)思路

功能性騎行裝不同于一般的服裝產(chǎn)品，具有易于操作、可洗、微型傳感器、貼合人體工程學(xué)和工作效率高等特點(diǎn)才能符合消費(fèi)者的需求。功能性騎行裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理見(jiàn)圖1。柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池[10]為新型的技術(shù)產(chǎn)品，質(zhì)量輕，可彎曲，易裁剪，轉(zhuǎn)化率高，同時(shí)它能以獨(dú)立的插件形式與騎行裝口袋復(fù)合，可以進(jìn)行拆卸清洗;驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器[11]供電后，發(fā)生震動(dòng)并通過(guò)壓電蜂鳴器，發(fā)出與動(dòng)物（狗）相似的超聲波頻率，達(dá)到驅(qū)擾、保護(hù)交通安全的目的，其中（5）、（6）組成一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，并有花紋圖案作為裝飾，固定在袖口處，可拆卸;撥碼開(kāi)關(guān)控制下的USB插口可自主的為手機(jī)、MP3、收音機(jī)等設(shè)備充電，為騎行者提供便利、娛樂(lè);功能性騎行裝共有兩種著裝狀態(tài)，一種是正常生活的穿著狀態(tài)，衣服上沒(méi)有太陽(yáng)能板附件和驅(qū)狗器;一種是功能性的穿著狀態(tài)，帶有各種功能性裝備。

3電路設(shè)計(jì)原理

圖2為一種功能性騎行裝的電路設(shè)計(jì)原理，其主要電路節(jié)點(diǎn)是：柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板（Solar Cell）、撥碼開(kāi)關(guān)（SW DIP—2）、定時(shí)器（U1）、電容器（C1）、電容器 （C2）、電容器（CP）、固定電阻（R1）、固定電阻（R2）、微調(diào)電阻（Rvar）、閾值設(shè)定端（Thresh）、定時(shí)器觸發(fā)端（Trig）、壓電式蜂鳴器（BUZZER）、鋰電池（Button Battery）、多功能USB插口裝置（Usb socket device）等節(jié)點(diǎn)。

柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板的正極與撥碼開(kāi)關(guān)輸入端相連，與定時(shí)器的正極端、復(fù)位端相連;定時(shí)器的正極端與固定電阻相連;固定電阻與定時(shí)器的放電端、固定電阻相連;固定電阻與微調(diào)電阻端相連;微調(diào)電阻與閾值設(shè)定端、定時(shí)器觸發(fā)端、電容端相連，定時(shí)器的正極端與固定電阻相連;固定電阻與定時(shí)器的放電端、固定電阻相連;固定電阻與微調(diào)電阻端相連;微調(diào)電阻與閾值設(shè)定端、定時(shí)器觸發(fā)端、電容端相連;定時(shí)器的電路地端與電容（端相連并接地;定時(shí)器的控制電壓端與電容相連并接地;定時(shí)器的輸出端與電容相連，電容與無(wú)源貼片壓電式蜂鳴器相連并接地;柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板的負(fù)極與壓電式蜂鳴器相連;鋰電池的正負(fù)極分別與撥碼開(kāi)關(guān)輸入端、柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板的負(fù)極相連，其中負(fù)極端接地。

圖3所示為驅(qū)狗電路，由太陽(yáng)能板、紐扣電池、撥碼開(kāi)關(guān)組成，形成DC電源部分，驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器和超聲波為輸出電路工作。其中多諧振蕩器由定時(shí)器（U1）、固定電阻R1、R2、微調(diào)電阻（Rvar）以及電容（C1）、（C2）組成;超聲波輸出電路是由壓電蜂鳴片（BUZZER）組成。

圖3可拆卸的驅(qū)狗器電路

白天或光線較好時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)切換到太陽(yáng)能電池板（Solar Cell），其提供的9 V電源使自激多諧振蕩器發(fā)生振蕩，通過(guò)壓電蜂鳴器（BUZZER）產(chǎn)生超聲波輸出，在微調(diào)電阻（Rvar）的控制下，其超聲波振蕩頻率為15～25 kHz;同時(shí)產(chǎn)生的電源功率不會(huì)對(duì)人體造成傷害，這樣做到功效兩不誤。

夜間或光線較暗時(shí)，撥碼開(kāi)關(guān)切換到三顆紐扣電池，作為輔助電源，為自激多諧振蕩器提供9V電源輸入，同理，使其振蕩并產(chǎn)生超聲波輸出。

騎行者穿上附有驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨(dú)立系統(tǒng)的騎行裝，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，會(huì)發(fā)出與狗類似的超聲波頻率范圍，2～3 s就會(huì)達(dá)到效果，為騎行保駕護(hù)航。

4功能性騎行裝的設(shè)計(jì)

4.1款式設(shè)計(jì)

基于騎行時(shí)人體工程學(xué)特點(diǎn)，及附件舒適的附著在服裝上的要求，設(shè)計(jì)了基于4片的插肩袖、收頸立領(lǐng)、刀背線、易于騎行的下擺造型、整體流線造型的功能性交通安全騎行裝。此款騎行裝已經(jīng)在研發(fā)階段，正在做整個(gè)驅(qū)動(dòng)線路和太陽(yáng)能電池的連接工作，并且在嘗試怎樣完美的和服裝結(jié)合。

圖4中所示：1是輕便驅(qū)動(dòng)物裝備（驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨(dú)立系統(tǒng)），大小如紐扣，體積小重量輕，操作簡(jiǎn)單，并且與袖口處帶圖案的腕帶結(jié)合，可拆卸，有裝飾功能;2是柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板，配有鋰電池、掃碼開(kāi)關(guān)及多功能USB插口裝置，袖口上有放置裝置的口袋，整個(gè)裝置以附件的形式結(jié)合，可以拆卸，清洗;把太陽(yáng)能板設(shè)置在袖子，源于它的功效和太陽(yáng)光照的角度有關(guān);3是后背的斜插袋，主要方便騎行者方便存取東西，口袋分為3個(gè)，兩側(cè)是騎行經(jīng)常用到的，中間口袋備用，同時(shí)斜向的設(shè)計(jì)符合人體工程學(xué)?？钍綀D正面的下擺前短后長(zhǎng)，設(shè)計(jì)目的是保護(hù)腰部，防止腰部受到風(fēng)寒的侵襲。

圖4智能交通安全騎行裝的款式

4.2面料和色彩的選用

基于騎行者在騎行過(guò)程中的模擬體驗(yàn)，面料選用具有彈性、單向?qū)?、防靜電的柔軟混紡面料，純棉麻等材質(zhì)都不適合。這是因?yàn)閺椥悦媪闲奚?，流線型的造型能減少騎行阻力，節(jié)省騎行者體力;單向?qū)窨梢允购顾蜔崞杆倥懦鲶w外，保持騎行者身體舒適狀態(tài)。

色彩方面，主顏色以黑色或者深灰色等中性色調(diào)為主，輔助顏色以橘色、亮灰色等顏色為主，發(fā)揮警示作用。

4.3設(shè)計(jì)效果評(píng)估

柔性薄膜非晶硅太陽(yáng)能板是目前太陽(yáng)能板產(chǎn)品中轉(zhuǎn)化效率比較高效的，而且價(jià)格便宜，易操作。騎行裝中右側(cè)袖子裝置4塊可拆卸的太陽(yáng)能板，每塊使用面積為80 cm2，整體使用面積為320 cm2，經(jīng)測(cè)試轉(zhuǎn)化率約為12.4%。一般手機(jī)電池輸入電壓為5 V，當(dāng)白天光線較好時(shí)，太陽(yáng)能板大約可為一只手機(jī)提供6 h左右充電時(shí)間，陰天微弱情況下也能供應(yīng)手機(jī)充電3.5 h左右。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般騎行時(shí)間為2～4 h，對(duì)于一般的供電裝置，騎行時(shí)間久了也不怕電不夠用;驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器均是耗電很低的微型裝置，工作功率為22 mA左右，充分滿足主要功能的需求。

騎行者穿上附有驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成的超聲波獨(dú)立系統(tǒng)的騎行裝，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，會(huì)發(fā)出與狗類似的超聲波頻率范圍，從而達(dá)到驅(qū)逐動(dòng)物的效果。研究模擬了兩組實(shí)驗(yàn)，分別是沒(méi)有佩戴和配有驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨(dú)立系統(tǒng)的騎行裝，兩組每隔一天同一時(shí)刻通過(guò)一個(gè)有小動(dòng)物經(jīng)常出沒(méi)的地段，沒(méi)有其他因素影響，發(fā)現(xiàn)不配有超聲波系統(tǒng)的騎行者被小狗追逐，騎行者在被追逐過(guò)程中擔(dān)心被咬，騎行速度加快，處置不當(dāng)則有交通事故發(fā)生的危險(xiǎn);配有超聲波系統(tǒng)的騎行者在發(fā)現(xiàn)有小動(dòng)物追逐的時(shí)候，按動(dòng)開(kāi)關(guān)，對(duì)著小動(dòng)物，獨(dú)立系統(tǒng)釋放超聲波頻率，小動(dòng)物表現(xiàn)煩躁，不敢靠近。為了增加實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，又設(shè)置了幾組實(shí)驗(yàn)，最終得出：超聲波獨(dú)立系統(tǒng)對(duì)驅(qū)逐小動(dòng)物很有作用，并且超聲波只是暫時(shí)的擾亂動(dòng)物的接收頻率范圍信號(hào)，對(duì)其并沒(méi)有傷害，遠(yuǎn)離了騎行者就會(huì)恢復(fù)正常。

5結(jié)語(yǔ)

基于太陽(yáng)能資源的合理利用，以及人們現(xiàn)在對(duì)健身騎行運(yùn)動(dòng)的熱愛(ài)，功能性的戶外服裝研究已經(jīng)取得一定的成果，但大部分處于初級(jí)實(shí)驗(yàn)或應(yīng)用階段。輕便驅(qū)動(dòng)物裝備（驅(qū)動(dòng)自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨(dú)立系統(tǒng)）質(zhì)量輕、體積小，在騎行裝上的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì);柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能板也是新興的技術(shù)產(chǎn)品，其在服裝上的合理設(shè)計(jì)，為騎行者多維度的需求提供了可能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄧瓊?cè)A，李岱祺.騎行服研究[J].服飾導(dǎo)刊，2015（2）：71-75.

[2] DENG H Y， CUI Y M. The application of smart textiles in the brand fashion design[J]. MATEC Web of Conferences， 2016（61）：1-3.

[3] ROME L D， IVERS R， HAWORTH N， et al. Novice riders and the predictors of riding without motorcycle protective clothing[J]. Accident Analysis & Prevention， 2011，43（3）：1095-1103.

[4] ALDRICH W. 1—History of sizing systems and ready—to—wear garments[J]. Sizing in Clothing， 2007（4）：1-56.

[5] BEANLAND V， LENNE M G， FUESSL E， et al. Acceptability of rider assistive systems for powered two—wheelers[J]. Transportation Research Part F Traffic Psychology & Behaviour， 2013，19（4）：63-76.

[6] 劉娜，寧俊，王永進(jìn)，等.騎行上衣的面料應(yīng)用和特色功能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀[J].紡織科技進(jìn)展，2016（6）：44-46.

[7] 趙錦.功能性騎行服設(shè)計(jì)研究[J].輕紡工業(yè)與技術(shù)，2011，40（2）：31-33.

[8] 張海紅.新型騎行上衣的研制[J].針織工業(yè)，2006（2）：29-31.

[9] 仇春燕，胡越.戶外運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)功能騎行服的設(shè)計(jì)研究[J].上海紡織科技，2016（4）：36-37，57.

[10] SODERSTROM T， HAUG F J， TERRAZZONIDAUDRIX V， et al. Optimization of amorphous silicon thin film solar cells for flexible photovoltaics[J]. Journal of Applied Physics， 2008，103（11）：1-8.

[11] 何香玲.多諧振蕩器的研究與仿真[J].電子技術(shù)，2009（2）：53-56.