李紅利，陳國崴，劉 皓

（1.天津工業(yè)大學(xué) 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院，天津 300387；2.天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387）

智能服裝是在傳統(tǒng)的服裝基礎(chǔ)上，將材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)、電子和服裝設(shè)計(jì)等學(xué)科綜合研究發(fā)展起來的[1-2]。主要目的是為了利用先進(jìn)技術(shù)改變和提升傳統(tǒng)的服裝功能，使服裝具有信息感知，計(jì)算分析和通訊等功能[3]。智能服裝可以根據(jù)特定環(huán)境中人體的變化為用戶提供智能分析、決策支持和反饋，以更好地幫助在特定環(huán)境工作中的人們[4]。智能服裝與服飾具有感知人體的生理參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)和環(huán)境參數(shù)，并能以此做出合理的響應(yīng)[5]。由于智能服裝與服飾與人體的接觸面積大，接觸時(shí)間長(zhǎng)，因此在未來有望成為互聯(lián)網(wǎng)的主要入口之一，所以關(guān)于智能服裝穿著舒適性的研究已刻不容緩。國外最先開始關(guān)注研究服裝壓力對(duì)人體穿著時(shí)的舒適性的影響。Kirk 等[6]研究了在人體運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量人體皮膚延伸率的方法，為之后研究人員計(jì)算服裝壓力與皮膚延伸關(guān)系時(shí)提供了參考依據(jù)。Denton[7]研究發(fā)現(xiàn)人體所能感受到服裝壓的舒適性區(qū)間為1.96～3.9 kPa，服裝壓不在此區(qū)間時(shí)，會(huì)讓人體產(chǎn)生不舒適的感覺，更嚴(yán)重的會(huì)對(duì)人的生理和心理都產(chǎn)生一定的影響，危害穿著者的身心健康。Ito 等[8]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)織物的物理性能與緊身短褲穿著舒適性之間存在一定關(guān)系，該發(fā)現(xiàn)為以后緊身短褲的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。近幾十年來，國內(nèi)外服裝壓力測(cè)量設(shè)備和方法取得了很大進(jìn)展和進(jìn)步。Zhang 等[9]采用有限元方法，給出了磨損過程中三維動(dòng)態(tài)服裝壓力數(shù)值模擬的力學(xué)模型。設(shè)計(jì)了一系列主觀客觀評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)，用于評(píng)價(jià)服裝的舒適性和構(gòu)建2 種評(píng)價(jià)方法的關(guān)系。

此方面的研究在國內(nèi)開始的相對(duì)較晚。到目前為止，國內(nèi)對(duì)服裝靜態(tài)壓進(jìn)行了很多研究，并取得了一定成果。這些研究大部分探討了服裝單個(gè)固定款式以及不同服裝材質(zhì)、結(jié)構(gòu)對(duì)人體的壓力情況。但這些研究方式單一，不能對(duì)任意服裝進(jìn)行服裝壓分布檢測(cè)，也無法對(duì)服裝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程做出指導(dǎo)。如呂明霞等[10]用女性的襪子和內(nèi)褲做為研究樣本，利用美國Tekscan 公司研制的壓力分布測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)試了女性在靜態(tài)著裝時(shí)內(nèi)褲和襪子的壓力大小和分布規(guī)律，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。Liu 等[11]設(shè)計(jì)了一個(gè)壓力舒適性測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)緊身服裝進(jìn)行了舒適性測(cè)量與分析。費(fèi)文昌等[12]基于 Flexiforce 薄膜壓力傳感器（Tekscan，美國）開發(fā)了一種精確度高，并且穩(wěn)定的服裝壓力測(cè)試系統(tǒng)。雖然該測(cè)試裝置對(duì)服裝壓力的測(cè)量精度較高，但測(cè)量參數(shù)單一，并且采用電源供電，不夠便攜。陳益松等[13]在動(dòng)態(tài)服裝壓力的測(cè)量方面也進(jìn)行了很多的研究。王發(fā)明等[14]并取得了較多的研究進(jìn)展，但仍舊沒有研發(fā)出一個(gè)可以同時(shí)測(cè)量多參數(shù)的便攜式設(shè)備以及與之對(duì)應(yīng)的服裝舒適性評(píng)價(jià)方法。

服裝舒適性對(duì)于人體心率的影響的研究也明顯不足。2012 年，尹玲等[15]研究發(fā)現(xiàn)，合身的塑身帶，能夠適當(dāng)減緩人體血液流動(dòng)，降低人體心率。2017 年，岑司竹[16]研究了不同壓力的運(yùn)動(dòng)文胸對(duì)女性人體側(cè)頸點(diǎn)、后背肩胛骨、乳房側(cè)下點(diǎn)、側(cè)中點(diǎn)等點(diǎn)處血流量的影響。心電信號(hào)的采集在人體心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)上的應(yīng)用數(shù)量眾多，功能也趨于完善。如孕婦健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[17]、智能服裝心率檢測(cè)模塊的位置研究[18]、老年人心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[19]和社區(qū)醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)[20]。

綜合以上國外以及國內(nèi)研究存在的不足，研發(fā)了一種基于壓力-心電雙參數(shù)的便攜式服裝舒適性測(cè)量設(shè)備，以其便攜性與低功耗為之后服裝研究與生產(chǎn)人員提供可靠的設(shè)備支持，改進(jìn)服裝的合身型與舒適度。

本課題擬通過選用低功耗芯片MSP430F149 做為主控芯片，ADS1192 做為心電信號(hào)采集芯片，低功耗藍(lán)牙4.0 做為無線數(shù)據(jù)傳輸方式，并為提高系統(tǒng)便攜性，利用電池進(jìn)行供電，設(shè)計(jì)了一套基于壓力和心電信號(hào)的便攜式服裝壓力舒適性測(cè)量設(shè)備。

1 硬件設(shè)計(jì)

通過測(cè)量人體與智能服裝間的壓力與人體在穿著智能服裝時(shí)的心率變化，可以對(duì)智能服裝舒適性做出判斷。因此本文以壓力和心電信號(hào)為測(cè)量參數(shù)，設(shè)計(jì)了壓力-心電雙參數(shù)的便攜式智能服裝舒適性測(cè)量設(shè)備。系統(tǒng)流程圖如圖1 所示。系統(tǒng)主要由5 部分組成，主控系統(tǒng)，壓力采集模塊，心電采集模塊，電源電路和無線傳輸電路。

圖1 系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of system

系統(tǒng)實(shí)物圖如圖2 所示。

圖2（a）顯示了系統(tǒng)上位機(jī)顯示界面，包括4 個(gè)薄膜壓力傳感器的輸出電壓、溫濕度傳感器采集到的環(huán)境溫濕度與心電信號(hào)波形。系統(tǒng)主控芯片采用MSP430系列，該芯片不僅為在便攜式測(cè)量應(yīng)用中延長(zhǎng)電池的使用壽命而進(jìn)行了優(yōu)化，而且內(nèi)置了2 個(gè)16位計(jì)時(shí)器、快速12 位ADC、48 個(gè)I/O引腳和2 個(gè)USART。MSP430F149的主控系統(tǒng)如圖2（b）所示，為節(jié)省功耗，系統(tǒng)采用雙晶振，分別為8 M 和32.768 Hz，使系統(tǒng)能夠根據(jù)不同需求選用合適的晶振，從而降低系統(tǒng)功耗。對(duì)系統(tǒng)的使用時(shí)長(zhǎng)測(cè)試過程中，要求系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，直到電量耗盡。重復(fù)3 次，系統(tǒng)最少持續(xù)工作時(shí)間為21 h。

圖2 系統(tǒng)實(shí)物圖Fig.2 Physical chart of system

由于薄膜壓力傳感器輸出信號(hào)較小，所以需要放大器將輸出信號(hào)進(jìn)行放大，其中放大器選用MCP600x系列，此芯片是專門為各種通用應(yīng)用設(shè)計(jì)的，被廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備中，即使單電源供電電壓只有1.8 V，該系列仍可繼續(xù)工作。供電范圍為1.8～5.5 V。

心電電極采用直徑為2.5 cm 的織物干電極。梁麗君等[21]的研究表明，該尺寸的織物干電極是用于心電信號(hào)采集的最佳電極尺寸，還能改善由于電極在人體不適當(dāng)位置所引起的運(yùn)動(dòng)偽跡，提高所采集到的心電信號(hào)的穩(wěn)定性。由于織物電極易于服裝結(jié)合，給與人體的舒適感遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于一次性電極。

1.1 心電采集模塊

心電采集模塊由信號(hào)采集和信號(hào)發(fā)送接收2 部分組成。為盡可能減小系統(tǒng)體積，提高系統(tǒng)的便攜性，同時(shí)降低心電模塊運(yùn)行的功耗，所以采用內(nèi)置了可編程放大器和AD 轉(zhuǎn)換模塊的ADS192 心電采集芯片。系統(tǒng)采集的三通道心電信號(hào)通過心電電極和導(dǎo)聯(lián)線傳輸?shù)?ADS1192 芯片[22]。

無線通訊技術(shù)是便攜式和可穿戴設(shè)備的核心。系統(tǒng)需要將壓力和心電信號(hào)同時(shí)進(jìn)行傳輸，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較多。本系統(tǒng)通過藍(lán)牙4.0 模塊進(jìn)行通訊，選用德飛萊藍(lán)牙串口模塊，該模塊可應(yīng)用于各種具備藍(lán)牙功能的手機(jī)、電腦，并且也兼容單片機(jī)系統(tǒng)[23]。

1.2 上位機(jī)程序的編寫

LabVIEW（laboratory virtual instruments engineering workbench）是一種圖形化的編程語言環(huán)境，被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的儀器控制與數(shù)據(jù)采集軟件，常被應(yīng)用于研究所與工業(yè)領(lǐng)域[24]。

由于實(shí)驗(yàn)采集的心電信號(hào)中有較大的噪聲干擾，所以將心電信號(hào)用巴特沃斯函數(shù)濾波器進(jìn)行濾波，該濾波器可實(shí)現(xiàn)高通、低通、帶通和帶阻濾波的功能。

濾波器類型選用低通濾波器，階數(shù)為6 階，由于心電信號(hào)大部分集中于50 Hz 以下，所以低截止頻率設(shè)置為50 Hz，將頻率大于50 Hz 的信號(hào)進(jìn)行濾除。

巴特沃斯函數(shù)濾波器濾波前后心電波形如圖3所示。

圖3 濾波前后的心電信號(hào)Fig.3 Waveform before and after ECG filtering

2 信號(hào)濾波與R波檢測(cè)

一個(gè)正常周期的心電圖如圖4 所示。一般來說，心電信號(hào)的幅值主要分布在10 μV 到5 mV，頻率主要分布在0.05 Hz 到120 Hz。心電信號(hào)中的QRS 波群是由 Q 波、R 波、S 波組成，且各自有不同的特征。所以在醫(yī)學(xué)中將其作為一個(gè)整體來分析。健康人群的心電波形周期為60～100 ms，是整個(gè)心電周期中最明顯，最容易識(shí)別的波群。一般而言，正常青年男性的心臟每分鐘跳動(dòng)的次數(shù)為60～100 次。將每分鐘跳動(dòng)次數(shù)低于60 次稱為心動(dòng)過緩，高于100 次稱為心動(dòng)過速。

圖4 典型ECG 信號(hào)Fig.4 Typical ECG signal

由于人體心電信號(hào)易受基線漂移和肌電干擾等噪聲影響，因此需要將采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波。由于心電信號(hào)具有非平穩(wěn)、非線性等特性，傳統(tǒng)的最小二乘法、中值濾波、小波變換等算法對(duì)信號(hào)的濾波效果并不理想，故本文應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法，即EMD 法，進(jìn)行噪聲的消除。

信噪比（signal to noise ratio，SNR）是衡量采集信號(hào)質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。通常來說，信噪比越大，說明混在信號(hào)里的噪聲越小，信號(hào)質(zhì)量越高，否則相反。為體現(xiàn)系統(tǒng)心電信號(hào)的采集質(zhì)量與算法的濾波效果，故用EMD 法與小波變換2 種濾波算法對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行濾波，人體不同狀態(tài)時(shí)的心電信號(hào)信噪比如表1 所示。從表1 中可知，EMD 算法的濾波效果較好。

表1 心電信號(hào)經(jīng)小波變換和EMD 算法處理后的信噪比Tab.1 SNR of ECG signals processed by wavelet transform and EMD algorithm

為了實(shí)現(xiàn)心電信號(hào)的心率計(jì)算，需要對(duì)心電信號(hào)中的QRS 波形進(jìn)行檢測(cè)。R 波具有波形陡峭、幅值大、帶寬窄的特點(diǎn)。常用的檢測(cè)方法有差分絕對(duì)值法、差分閾值法、模版匹配法和小波變換等[25]。小波變換檢測(cè)算法具有精度高的優(yōu)點(diǎn)，但是算法復(fù)雜度較高，需要處理器有較高的處理能力，因此不適用于低功耗、小成本的設(shè)備。因此本文采用了自適應(yīng)差分閾值法進(jìn)行QRS 波形檢測(cè)，R 波檢測(cè)算法流程如圖5 所示。

在檢測(cè)出R 波之后，能夠根據(jù)人體生理特性進(jìn)行錯(cuò)檢和漏檢的邏輯判斷，改善了傳統(tǒng)差分閾值算法抗干擾性能差，容易出現(xiàn)漏檢等缺點(diǎn)。

圖5 R 波檢測(cè)算法流程圖Fig.5 Flow chart of R-wave detection algorithm

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 壓力實(shí)驗(yàn)

3.1.1 壓力傳感器的標(biāo)定

為了驗(yàn)證系統(tǒng)測(cè)量壓力的準(zhǔn)確性和可靠性，選擇質(zhì)量為20 g、40 g、60 g 的砝碼，分別放于薄膜壓力傳感器上，重復(fù)5 次，取電壓平均值。本文用變異系數(shù)（coefficient of variation，CV）來體現(xiàn)系統(tǒng)壓力測(cè)量的穩(wěn)定性。變異系數(shù)是衡量測(cè)量數(shù)據(jù)變異程度的統(tǒng)計(jì)量，不會(huì)受到被測(cè)數(shù)據(jù)的單位和平均數(shù)不同的影響，所以是比較不同壓力下傳感器輸出值穩(wěn)定性的指標(biāo)，變異系數(shù)的值等于數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比，公式為：

式中：σ、μ 分別表示數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差和平均值。

之后根據(jù)5 次所求各重量下的平均值，畫出傳感器的線性曲線和變異系數(shù)，如圖6 所示。圖6（a）中，擬合曲線線性度達(dá)0.998 9，施加壓力和輸出電壓呈正比。由圖6（b）知，系統(tǒng)的重復(fù)性比較好，在砝碼重量為0 g 時(shí)CV 值最大，達(dá)6.5%。誤差產(chǎn)生的主要原因可能為供電電壓的小震幅波動(dòng)和電壓漂移。

圖6 傳感器的標(biāo)定與變異系數(shù)Fig.6 Calibration of pressure sensor and coefficient of variation

3.1.2 壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了獲得人體表面與智能服裝間的壓力分布，購買了一套型號(hào)為XL 的緊身衣用于測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)壓力并進(jìn)行舒適性研究，該服裝材質(zhì)成分為55%的聚酰胺纖維（錦綸）和45%的聚氨酯彈性纖維（氨綸），彈性較好。為詳盡描述人體與智能服裝間的壓力分布，選取人體下胸圍線、腰圍、腹圍和肩周上這些人體動(dòng)作變化時(shí)壓力改變明顯的點(diǎn)，測(cè)量壓力數(shù)據(jù)，共選取了34 個(gè)測(cè)量點(diǎn)。具體分布如圖7 所示。

圖7 測(cè)量點(diǎn)分布圖Fig.7 Distribution map of measuring point

選擇2 名男性志愿者，身體參數(shù)如表2 所示，其中男性a 建議尺碼XL，男性b 建議尺碼XXXL。

為避免其他因素的干擾，整體實(shí)驗(yàn)過程在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，相對(duì)溫度為20.4 ℃，相對(duì)濕度為64.73%。要求志愿者穿著緊身衣30 min，使服裝與人體適應(yīng)，之后志愿者依次進(jìn)行如下動(dòng)作：站立-坐-坐姿彎腰-摸肩-屈臂-站立，動(dòng)作過程如圖8。

表2 男性a、b 身體參數(shù)Tab.2 Physical parameter of male a and b

圖8 人體的動(dòng)作過程Fig.8 Movement process of human body

其中，坐姿姿勢(shì)要求人體模型背部挺直，雙手置于膝蓋上方，雙腳踩在地面上，不能懸空；坐姿彎腰姿勢(shì)要求雙肘同樣置于膝蓋上方；進(jìn)行摸肩動(dòng)作時(shí)，雙手要放到另一側(cè)的肩膀上；最后屈臂動(dòng)作要使手臂的大小臂依次呈 180°、120、90°、60°和 30°。全程實(shí)驗(yàn)平均進(jìn)行2 h，為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，避免因人體模型空飽腹變化對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，選擇連續(xù)2 天中的10：00—12：00及 20：00—22：00 這 2 個(gè)時(shí)間段進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。

3.2 心率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為研究人體在穿著緊身衣時(shí)心率的變化，設(shè)計(jì)了靜態(tài)心率測(cè)量實(shí)驗(yàn)。要求志愿者男性a 和男性b 穿著型號(hào)為XL 的緊身衣，以相同坐姿姿勢(shì)測(cè)量。為減少環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，整體實(shí)驗(yàn)仍舊選擇在恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)室中，與壓力測(cè)量在同一時(shí)間段進(jìn)行。并且要求志愿者穿著除上身外舒適的內(nèi)衣褲與鞋子，志愿者在15 min 后將緊身服脫下，并且繼續(xù)測(cè)量心率。為保證實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)重復(fù)進(jìn)行4 次，求心率平均值。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 壓力實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

人體模型靜態(tài)和動(dòng)態(tài)時(shí)，身體表面與服裝的壓力分布不相同。在對(duì)2 名被試者進(jìn)行壓力測(cè)量后，得出各被測(cè)點(diǎn)的壓力大小，之后分析并繪制各點(diǎn)的壓力平均值和變異系數(shù)。圖9 為2 名志愿者穿著被試服裝時(shí)的壓力分布圖。并且為了直觀表現(xiàn)同一件智能服裝對(duì)不同體型志愿者皮膚表面的壓力，選取部分點(diǎn)進(jìn)行壓力比較，如圖10 所示，可以明顯看出服裝壓力與志愿者體型大小呈正比。

圖9 壓力分布Fig.9 Pressure distribution

圖10 部分測(cè)量點(diǎn)壓力分布Fig.10 Pressure distribution of partial measurement point

為進(jìn)一步詳細(xì)研究志愿者與智能服裝之間的壓力分布，并能根據(jù)壓力給出服裝設(shè)計(jì)具體意見，對(duì)胸緯下、腰圍、腹圍和肩周圍的壓力分布分別進(jìn)行研究，如圖11 網(wǎng)狀圖所示。

圖11 四線壓力分布網(wǎng)狀圖Fig.11 Four-wire pressure distribution network diagram

從圖11 可以明顯看出，2 名志愿者分別穿著XL型號(hào)的智能服裝時(shí)，所受壓力區(qū)別明顯，體型較大者受到的服裝壓力也更大。其中圖11（a）顯示，胸圍線下G 點(diǎn)壓力最大，當(dāng)志愿者進(jìn)行彎腰時(shí)，壓力體驗(yàn)較強(qiáng)，超過人體舒適壓力區(qū)間，所以設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減緩G點(diǎn)處壓力；由圖11（b）知，腰圍部分E 點(diǎn)和E’點(diǎn)壓力最大，也應(yīng)適當(dāng)減少此處壓力；對(duì)于腰圍部分，可以明顯看出C、I 和C’點(diǎn)處壓力最大，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行改進(jìn)。

由于人體肩膀和手肘部分在日常活動(dòng)中姿勢(shì)幅度較大，所以需要將兩者進(jìn)行單獨(dú)的壓力舒適性分析。為詳細(xì)分析兩部位在進(jìn)行不同動(dòng)作所受壓力的大小，要求志愿者將右手放于左邊肩膀上，進(jìn)行此動(dòng)作時(shí)，J 點(diǎn)、K 點(diǎn)和M 點(diǎn)所受到壓力明顯，如圖12 所示。之后要求志愿者彎曲手臂，使大小臂之間夾角分別呈180°、120°、90°、60°、和 30°，分析 J 點(diǎn)受到的壓力，壓力變化如圖13 所示。

圖12 J、K、M 和 N 點(diǎn)壓力分布Fig.12 Pressure distribution at points J,K,M and N

圖13 兩臂不同夾角時(shí)的壓力Fig.13 Pressure at different angles between the two arms

由圖13 得知，當(dāng)手臂夾角達(dá)60°時(shí)，服裝給予人體表面壓力就已經(jīng)達(dá)6 kPa 以上，極不舒適所以針對(duì)該件衣服此處的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量采用更高彈性的材料，使人體著裝時(shí)，手肘部位在日常更加舒適，以免影響日?；顒?dòng)。

綜上，便攜式智能服裝舒適性測(cè)量系統(tǒng)可以通過對(duì)服裝與人體接觸各點(diǎn)的壓力分布進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于壓力分布不在2.9 ～4.9 kPa 的部分給出改進(jìn)意見，使智能服裝滿足舒適性要求。

4.2 心電實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)以上方式，分別對(duì)采集到的2 名志愿者心電信號(hào)進(jìn)行EMD 算法濾波。圖14 和圖15 為男性a、b穿著緊身衣前后心電波形圖。

圖14 男性a 穿著緊身衣前后心電圖Fig.14 Electrocardiogram of male a wearing tights before and after

圖15 男性b 穿著緊身衣前后心電圖Fig.15 Electrocardiogram of male a wearing tights before and after

表3 列出了2 名志愿者在穿著緊身衣前后重復(fù)4次的心率測(cè)量結(jié)果及其平均值。

由圖14、15 和表3 可知，在志愿者a 穿著與自己體型相符的緊身衣之后，心率會(huì)有所降低，表明合身的緊身衣所提供的服裝壓可以使心臟供血量降低，減小心臟負(fù)荷，對(duì)人體的健康有利。

志愿者b 穿著遠(yuǎn)小于自己正常型號(hào)的緊身衣后，心率開始增大，表明過于緊的緊身衣會(huì)使心臟供血量增大，加大心臟負(fù)荷，不利于人體的健康。

表3 4 次心率重復(fù)測(cè)量結(jié)果Tab.3 Repeat measurements of four-heart rate

在2 名志愿者脫下緊身衣，使皮膚壓呈0 壓狀態(tài)時(shí)，心率會(huì)重新恢復(fù)到未穿緊身衣時(shí)的狀態(tài)，心率變化過程如圖16 所示。

圖16 心率變化過程Fig.16 Change process of heart rate

以上結(jié)果表明心率可以作為判別智能服裝舒適性的一個(gè)指標(biāo)，人體在穿著緊身衣時(shí)心率會(huì)有所變化，穿著合身的緊身衣時(shí)，提供的服裝壓對(duì)人體健康會(huì)起到積極的影響，降低心率。但是在穿著不合身的緊身衣時(shí)，會(huì)使人體心率加快，增加心臟壓力，對(duì)人體產(chǎn)生不利影響。所以選擇智能服裝時(shí)，選擇具有較輕壓力的服裝，適度的壓力對(duì)人體有利。但不能過度追求壓力，反而對(duì)身體造成不利的影響。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)能夠同時(shí)測(cè)量服裝壓力與人體心率的便攜式智能服裝舒適性測(cè)量系統(tǒng)，并對(duì)被試者著裝后的服裝壓力與心率進(jìn)行了采集與分析，主要工作總結(jié)如下：

（1）設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于壓力和心電雙參數(shù)的便攜式智能服裝舒適性測(cè)量系統(tǒng)。從硬件和軟件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)壓力和心率的共同采集和傳輸。并對(duì)系統(tǒng)從傳感器檢測(cè)的精確度等方面進(jìn)行了測(cè)試，壓力傳感器擬合曲線線性度達(dá)0.998 9，最大變異系數(shù)為6.5%，壓力和輸出電壓呈線性關(guān)系。

（2）由于采集到的心電信號(hào)含有大量噪聲，因此本文運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解算法對(duì)采集到的心電信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波后心電信號(hào)信噪比為14.04。并利用自適應(yīng)閾值檢測(cè)算法檢測(cè)R 波。

（3）通過采集被試者穿著服裝后受到的服裝壓力和心率，確定了服裝手肘與肩部等不舒適的部分。在之后的研究中，智能服裝的研發(fā)人員可根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果，應(yīng)用到智能服裝的生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)出舒適且合身的智能服裝。