一種智能保溫衣服的設計

廣東石油化工學院 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計

廣東石油化工學院 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衣服的基礎上通過無線電通信技術（藍牙通訊技術）、嵌入式單片機控制技術，低功耗技術及通過相應的硬件結構對衣服內部進行保溫并且能實時監控與調節，系統由主控設備和終控設備構成。主控設備由微控制器組成，終端設備有工作模式選擇按鍵、5個模式設置按鍵、溫度數據采集器、OLED顯示器、4個模式顯示燈、電源顯示燈、電熱炭纖維發熱馬甲。 這種智能保溫衣服操作簡單，達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；電熱碳纖維發熱絲

0 引言

目前，市場上傳統的保溫衣服都是利用人體散熱小于產熱的基本原理。在寒冷的冬季，不少戶外工作者以及戶外運動愛好者需要穿著厚重的衣服抵御嚴寒，從而導致肢體靈活性降低，但是單薄的保暖服不能滿足他們對當時環境的保暖需求。這種傳統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，面對這些各種嚴苛而復雜的工作和生活環境，具有良好環境適應性，并且能夠解放使用者四肢的智能保溫衣應運而出，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中傳統衣服的不足，利用溫度傳感器和微處理器的運作實現保溫效果，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了最基礎的保溫效果，還利用紅外傳感器實現對衣服溫度的監控和調節，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行調控。

1 功能介紹

圖1

智能保溫衣服首先使用溫度傳感技術檢測環境溫度和實時衣服溫度，根據用戶選擇的模式，微處理器加熱電熱毯纖維以達到所需的溫度。在技術上使得衣服外形輕薄舒適且能達到理想保溫效果，這就解決了傳統衣服的弊端。智能保溫衣服通過紅外傳感技術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，微處理器自動調節輸出功率，減少不必要能量消耗，達到低功耗效果。還有一個溫度傳感器測量實時環境溫度，為用戶設置溫度提供一個有效的參考數據。同時溫度傳感技術和紅外傳感技術結合使用，向用戶及時反饋數據，就能實現對人體的監控和對衣服的調節。智能保溫衣服增加定時模塊，可以設定保溫時間，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，直接向用戶呈遞數據，顯示清楚，方便用戶的調節，基本達到人機交互功能。

2 功能的設計

人體的熱量大部分時間是靠內臟產生的，少部分由骨骼肌顫抖發熱產生。在輔助人體產熱的前提下，因為在手臂上安裝電熱炭纖維來發熱，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和后背來輔助內臟產熱。設計時我們考慮到需要讓溫度保持穩定，不能一直加熱，于是我們利用占空比來實現定溫的功能。

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導電發熱，具有良好的耐磨性、抗靜電、發熱均勻、遠紅外輻射性能好、使用安全。電熱炭纖維可以用于醫療保健用電熱器。所以我們選擇了電熱炭纖維作為發熱的物品。

這是一種基于電熱炭纖維發熱的智能保溫衣服，包括主控設備和終端設備。在終端設備中，有三塊電熱炭纖維發熱馬甲（ABC）分別在胸腔的兩側和后背，并且每塊上都有相應的溫度傳感器（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）和一個反饋環境溫度的溫度傳感器（d）。

圖2 智能保溫衣服機構設計圖

圖3

完成了基礎的功能外，我們運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能控制系統,能夠準確有效的檢測到靜態人體。通過熱釋電紅外傳感器采集是否衣服內有人的信息,再送到微處理器進行處理,微處理器再發出控制信號，智能衣服根據信號做出相應的操作。如果檢測到沒有人穿著衣服，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：根據環境溫度和實時衣服溫度的檢測，智能調節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：根據環境溫度和實時衣服溫度的檢測，先按設置菜單鍵⑴再通過按鍵（⑼⑽⑾⑿）設置加熱時間段和衣服溫度，衣服自動加熱到的預設溫度后保持恒溫，時間一到就停止加熱。（⑺亮）

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

手動定時模式：根據環境溫度和實時衣服溫度的檢測，先按設置菜單鍵⑴再通過按鍵（⑼⑽⑾⑿）設置加熱時間段，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定完模式里面的時間和溫度參數后，再按運行/停止鍵⑷，智能保溫衣服開始工作。再按一次則是結束工作。

4 結束語

該裝置設計合理，結構簡單，故障率低，使用安全性和運行穩定性好；該智能保溫衣服有溫度傳感器，可以檢測環境溫度和實時衣服溫度，接著根據用戶選擇的模式，微處理器控制電熱炭纖維以達到所需的溫度；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計原理，功能特點，操作模式。本裝置具有功耗低，性價比高，穩定性好等優點，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用于日常生活中，在時代不斷進步的同時，智能保溫衣服逐漸在此保暖領域占據重要位置。

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