智能終端控溫空調服的研發

李帥兵，徐 欣，邢書琳，張春媛，王 適，王 軍( ， )

目前新技術在各個領域廣泛應用，如半導體制冷技術應用在國防、醫療領域，藍牙技術應用在手機、電腦等電子產品，太陽能供電技術應用在建筑、節能照明、新能源等方面，而這些新技術在智能化服裝上應用較少。本文設計了一款基于移動智能終端的控溫空調服，解決了半導體散熱、藍牙技術應用、太陽能供電系統研制等問題，為智能化服裝相關研究提供一定參考。

1 移動智能終端控溫空調服的簡介

移動智能終端控溫空調服的主要作用是調節溫度，以使服裝內的溫度穩定在人體舒適的范圍。普通紡織品和服裝維持服裝內溫度的主要方法是阻斷外界空氣進出服裝內環境形成的熱傳遞。本研究的半導體空調服維持服裝內環境溫度的核心裝置是半導體制冷器，是通過控制半導體制冷片，達到降溫目的，同時運用碳纖維加熱片，可進行制熱，兩者相互作用，實現溫度調節。在空調服的研發中，采用雙重顯示和調節的方式，可通過服裝表面的顯示屏或手機專用App顯示并調節。通過藍牙技術實現手機App與服裝的連接，對溫控芯片進行控制，改變服裝內部溫度。供電系統采用太陽能電池，電量一部分供給電子元件,一部分保存在蓄電池中。

2 技術難點

2.1 半導體制冷技術

半導體制冷技術主要運用在國防和醫療領域，由于其調溫準確、速度快、效率高，也越來越廣泛地應用在日常生活中。在智能空調服的研究過程中，對于半導體制冷片自身散熱問題還沒有一個完美的解決方法，考慮到服裝本身的重量及人體工效學等方面問題，不可能采取傳統的外加設備來實現散熱，因此需設計合理的散熱機構。

2.2 藍牙調控技術與服裝智能調控系統

藍牙，作為電子元件之間的媒介，起著至關重要的作用，在智能終端空調服的研究中，關于藍牙技術怎樣合理地運用在研究中是一個重要的問題。在本款智能終端控溫空調服中，需利用手機終端進行溫度顯示與控制，因此藍牙設備需統一控制各個電子元件協同工作。

2.3 太陽能供電技術

本空調服主要是將太陽能轉化為電能。由于智能空調服要穿著在人體上，所以電壓不能過高，還需將其轉化為12 V交流電，最后供給電子裝置。由于服裝上的電子元件較多，普通的太陽能供電裝置無法滿足要求，因此要提高光電轉換率，實現設備整體正常運行。

2.4 智能空調服的服用性

在智能服裝設計過程中，不但要重視功能性的實現，還要考慮到服裝的實用性、舒適性與美觀性。在對空調服的研究中，由于各個小電子物品存在一定的體積和質量，會加重衣服的質量，影響服裝的穿著舒適性，這也是智能化服裝普遍存在的一個問題。所以，要對各個電子元件進行合理設計與安排。

3 解決方案

3.1 半導體制冷技術解決方案

在本研究中采用自主改裝設計的半導體制冷散熱器，包括基板1和一體連接于基板背面的多個肋片2，基板1的正面設有貼裝制冷片的開口3，基板一側的上下端分別設有進液口4、出液口5，進出液口分別橫向延伸到基板的內部，基板的內部設有與進出液口分別相連通且豎向設置多個流道6。此設計結構簡單，將冷板結構與肋片板結構相互結合，可以對制冷片的制冷進行液體換熱和空氣換熱[1]，如圖1、圖2所示。

圖1 外部結構示意圖

圖2 內部結構示意圖

3.2 藍牙控制技術解決方案

藍牙控制技術對智能空調服各個部件的結合控制問題，將采取基于操作系統抽象層(Operating System Abstraction Layer，OSAL)的軟件流程來實現。操作系統抽象層(OSAL)是一個以實現多任務為核心的非搶占式的系統資源管理器，可以管理系統各個軟件的運行，包括硬件抽象層、BLE協議棧、通用屬性應用框架(GATT)、應用程序[2]。

硬件抽象層可直接控制底層硬件，即對制冷片、發熱片等進行控制。軟件實現的BLE協議棧包括了各個協議層，提供了連接參數的設置接口、數據通信的接口等，同時為基于GATT應用框架提供了數據框架。應用程序主要是實現統一控制的功能，方便快捷，而且利用OSAL系統還可以新建一種或者幾種任務，且實現方便。

3.3 太陽能供電技術解決方案

在整個太陽能供電技術系統中，其供電過程是以太陽能電池作為整個系統的能量來源。太陽能電池中的電量，一部分供給電子元件，另一部分儲存到電池中。將太陽能供電技術高效安全地應用在智能空調服中主要使用三種設備，分別是太陽能充電器、降壓電路、逆變電路。

太陽能充電器與太陽能電池相連接，進而保證了正常的用電需求，且太陽能電池板需采用光電轉換率較高的產品;電源供給各個電子元件的過程中，需要利用降壓電路將其轉化為12V的電壓；在使用電池供電時，直流電不能直接應用，需要利用逆變電路將其轉化為交流電[3]，使各元器件正產運行。

3.4 智能空調服的服用性解決方案

基于對智能控溫空調服裝各性能的考慮，在服裝功能與款式設計中合理設計安排各功能元件部位，盡量達到其美觀性與舒適性，提高其服用性，設計圖如圖3、圖4所示。

圖3 智能空調服正面款式圖

圖4 智能空調服背面款式圖

4 結語

智能終端控溫空調服在設計研發過程中存在諸如半導體制冷片散熱、藍牙調控與服裝結合、太陽能供電等問題。針對相關問題提出具體的技術解決方案，并通過合理的款式與功能設計，在實現智能空調服主要溫控功能的同時，保證服裝的美觀與舒適，為智能控溫空調服的功能和設計的進一步完善提供參考。

參考文獻：

[1] 謝欽，萬士軍，汪長江，等.半導體制冷片散熱器[P].中國專利：CN205860546U，2017—01—04.

[2] 丁鷺.基于藍牙低功耗傳輸的智能腕帶設計[D].杭州：杭州電子科技大學，2015.

[3] 郭金濤.小型獨立太陽能發電系統設計[D].西安：西安科技大學，2015.