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(jì)

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(guò)無(wú)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(guò)相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)對(duì)衣服內(nèi)部進(jìn)行保溫并且能實(shí)時(shí)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(gè)模式設(shè)置按鍵、溫度數(shù)據(jù)采集器、OLED顯示器、4個(gè)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(jiǎn)單，達(dá)到理想保溫效果的時(shí)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(chǎng)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(hù)外工作者以及戶(hù)外運(yùn)動(dòng)愛(ài)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(mǎn)足他們對(duì)當(dāng)時(shí)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(chǎng)對(duì)于保溫衣物有了新的需求。因此，面對(duì)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(lái)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(shí)現(xiàn)保溫效果，減輕厚重衣物給人們帶來(lái)的不適感。這種智能保溫衣服不僅實(shí)現(xiàn)了最基礎(chǔ)的保溫效果，還利用紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)衣服溫度的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，添加了OLED顯示器和時(shí)鐘模塊方便用戶(hù)的使用。使得用戶(hù)可以直接了解到衣服溫度的狀況，并及時(shí)對(duì)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(cè)環(huán)境溫度和實(shí)時(shí)衣服溫度，根據(jù)用戶(hù)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(guò)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(dòng)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(gè)溫度傳感器測(cè)量實(shí)時(shí)環(huán)境溫度，為用戶(hù)設(shè)置溫度提供一個(gè)有效的參考數(shù)據(jù)。同時(shí)溫度傳感技術(shù)和紅外傳感技術(shù)結(jié)合使用，向用戶(hù)及時(shí)反饋數(shù)據(jù)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的監(jiān)控和對(duì)衣服的調(diào)節(jié)。智能保溫衣服增加定時(shí)模塊，可以設(shè)定保溫時(shí)間，為用戶(hù)提供定時(shí)操作的選擇。智能保溫衣服還有OLED顯示器，可以顯示溫度、時(shí)間、四種模式名稱(chēng)、菜單，直接向用戶(hù)呈遞數(shù)據(jù)，顯示清楚，方便用戶(hù)的調(diào)節(jié)，基本達(dá)到人機(jī)交互功能。

2 功能的設(shè)計(jì)

人體的熱量大部分時(shí)間是靠?jī)?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?yàn)樵谑直凵习惭b電熱炭纖維來(lái)發(fā)熱，給用戶(hù)帶來(lái)使用上的不便，影響用戶(hù)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(lái)輔助內(nèi)臟產(chǎn)熱。設(shè)計(jì)時(shí)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(lái)實(shí)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(shí)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(gè)溫度傳感器反饋實(shí)時(shí)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(gè)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(jì)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(shí)功能，使用起來(lái)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(cè)到靜態(tài)人體。通過(guò)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(hào)，智能衣服根據(jù)信號(hào)做出相應(yīng)的操作。如果檢測(cè)到?jīng)]有人穿著衣服，則自動(dòng)斷電，不消耗任何能量。如果用戶(hù)穿著衣服，則可正常使用。

3 工作模式的介紹

啟動(dòng)智能衣服，開(kāi)始選擇(通過(guò)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(dòng)定溫模式、手動(dòng)定時(shí)模式和手動(dòng)定時(shí)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(shí)時(shí)衣服溫度的檢測(cè)，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(dòng)定時(shí)定溫模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實(shí)時(shí)衣服溫度的檢測(cè)，先按設(shè)置菜單鍵⑴再通過(guò)按鍵（⑼⑽⑾⑿）設(shè)置加熱時(shí)間段和衣服溫度，衣服自動(dòng)加熱到的預(yù)設(shè)溫度后保持恒溫，時(shí)間一到就停止加熱。（⑺亮）

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

手動(dòng)定時(shí)模式：根據(jù)環(huán)境溫度和實(shí)時(shí)衣服溫度的檢測(cè)，先按設(shè)置菜單鍵⑴再通過(guò)按鍵（⑼⑽⑾⑿）設(shè)置加熱時(shí)間段，衣服自動(dòng)加熱到最適合人體的溫度保持恒溫。時(shí)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(shí)間和溫度參數(shù)后，再按運(yùn)行/停止鍵⑷，智能保溫衣服開(kāi)始工作。再按一次則是結(jié)束工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

該裝置設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(cè)環(huán)境溫度和實(shí)時(shí)衣服溫度，接著根據(jù)用戶(hù)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(dòng)定時(shí)模式、手動(dòng)定溫模式和手動(dòng)定溫定時(shí)模式，解決功能單一問(wèn)題。文章給出了詳盡的設(shè)計(jì)原理，功能特點(diǎn)，操作模式。本裝置具有功耗低，性?xún)r(jià)比高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，有一定的實(shí)用價(jià)值以及良好的市場(chǎng)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(shí)代不斷進(jìn)步的同時(shí)，智能保溫衣服逐漸在此保暖領(lǐng)域占據(jù)重要位置。

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