（服装设计与工程专业论文）智能微空调服设计原理的研究[服装设计与工程专业优秀论文].pdf

西安工程科技学院硕士研究生学位论文 i n t e l l i g e n t t h e r ma l ma n a g e me n t a p p a r e l de s i g n p r i n c i p l e re s e a r c h abs t r a c t t h e r e s e a r c h a i m o f t h i s p r o j e c t i n t e l l i g e n t t h e r m a l m a n a g e m e n t a p p a r e l d e s i g n p r i n c i p l e r e s e a r c h i s t o e x p l o r e o n e k i n d o f me t h o d a n d p r i n c i p l e f o r i n t e l l i g e n t g a r me n t d e v e l o p me n t t h r o u g h t h e p r o t o t y p e o f i n t e l l i g e n t t h e r m a l m a n a g e m e n t a p p a r e l d e s i g n . d u r i n g t h e p r o t o t y p e e x p l o r i n g p r o c e s s , w e p u t f o r w a r d t h e d i f f i c u l t i e s f a c i n g t h e i n t e l l i g e n t g a r m e n t d e v e l o p m e n t a n d s o u g h t f o r t h e e f f e c t i v e p l a n t o s o l v e t h e m. t h e n , we s u mma r i z e d t h e f a c t o r s e f f e c t i n g t h e d e s i g n o f t h e i n t e l l i g e n t t h e r m a l m a n a g e m e n t a p p a r e l .f u r t h e r m o r e ，w e d o a s e r i e s o f w e a r i n g t r i a l s t o s e t u p a i n t e g r a t e d e v a l u a t i o n s y s t e m a f t e r t h e p r o t o t y p e w a s e x p l o i t e d s u c c e s s f u l l y . t h e t h e s i s s y s t e ma t i c a l l y d e s c r i b e s t h e p r o j e c t r e s e a r c h , w h i c h h a s s e v e n s e c t i o n s . at f i r s t , we s e t f o r t h t h e d e f i n i t i o n o f s ma r t c l o t h i n g a n d i t s d e v e l o p me n t . a t t h e s a me t i me , we p u t f o r w a r d t h e i n n o v a t i o n a n d k n o wl e d g e g a p o f t h e p r o j e c t . s e c o n d l y , we s y s t e ma t i c a l l y d e s c r i b e d t h e d e s i g n t h o u g h t , r e s e a r c h me t h o d a n d t h e w h o l e r e s e a r c h p l a n . t h i r d l y . t h i s p a r t i n t r o d u c e d t h e p r o t o t y p e d e s i g n . i t i n c l u d e s t h e d e s i g n o f c o n t r o l s y s t e m a n d t h e g a r me n t s s t r u c t u r e , wh i c h a r e t h e t wo ma i n p a r t s i n t h e wh o l e d e s i g n p r o c e s s . t h e c o n t r o l s y s t e m d e s i g n a l s o i n c l u d e s t w o p a r t s 一 t h e h a r d w a r e d e s i g n a n d t h e s o f t wa r e d e s i g n d u r i n g t h e c o n t r o l s y s t e m d e s i g n p r o c e s s , w e s h o u l d ma i n l y c o n s i d e r s e v e r a l f a c t o r s , s u c h a s t h e s i z e o f e l e c t r o n i c s d e v i c e s , p r e c i s i o n , s e c u r i t y , t h e c a p a b i l i t y o f a n t i 一 d i s t u r b a n c e a n d l o w 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 p o w e r 一 wa s t i n g . on t h e o t h e r h a n d , t h e g a r me n t s t r u c t u r e d e s i g n i s a l s o d i f f e r e n t f r o m c o mmo n g a r me n t . we mu s t c o n s i d e r n o t o n l y i t s a e s t h e t i c s a n d p r a c t i c a b i l i t y b u t a l s o h o w t o i n s e r t t h e s e n s o r a n d c o n t r o l u n i t s i n t o t h e g a r me n t i n o r d e r n o t t o i n f l u e n c e t h e c o mf o r t o f t h e g a r me n t . f o u r t h l y , a f t e r t h e p r o t o t y p e wa s s e t u p , we d i d a s e r i e s we a r i n g t r i a l s o n mo d e l t o t e s t i t s f u n c t i o n s a n d f i n d o u t i t s c h a r a c t e r s . t h r o u g h t h e we a r i n g t r i a l s o n mo d e l , we e v a l u a t e t h e p r o t o t y p e i n i t i a l l y . f i f t h l y , i n o r d e r t o o b s e r v e t h e a c t u a l w e a r i n g e f f e c t o n h u ma n ， we f u r t h e r d i d o n h u ma n . a n d t h r o u g h t h e e x p e r i me n t d a t a s t h e we a r i n g t r i a l s a n a l y s i s a n d s t a t i s t i c , s t a nda r d. w e h a v e b r o u g h t f o r wa r d t h e i mp e r s o n a l i t y e v a l u a t i o n s i x t h l y , we d e s i g n t h e q u e s t i o n n a i r e t o i n v e s t i g a t e t h e f e e l o f t h e s u b j e c t s d u r i n g t h e w e a r i n g t r i a l s o n h u ma n . t h r o u g h a n a l y s i s a n d s t a t i s t i c o f t h e q u e s t i o n n a i r e , we s e t f o r t h t h e p s y c h o l o g y f e e l a f t e r h u ma n we a r t h e i n t e l l i g e n t t h e r m a l m a n a g e m e n t a p p a r e l . m o r e o v e r , w e m a d e c o r r e l a t i o n a n a l y s i s w i t h t h e o b j e c t i v e d a t a a n d s u b j e c t i v e d a t a t o s e t u p a n i n t e g r a t e d e v a l u a t i o n s y s t e m . at l a s t , t h e a u t h o r p u t f o r wa r d s o me v i e wp o i n t s a b o u t t h e r e s e a r c h o f s ma r t c l o t h i n g a n d s u mma r i z e d t h e wh ol e t he s i s . xi a o j u x i a ( f a s h i o n i n s t i t u t e ) s u p e r v i s e d b y p r o f e s s o r l i yi a n d p r o f e s s o r z h a n g xi n k e y w o r d : i n t e l l i g e n t g a r m e n t ， m i c r o 一 e l e c t r o n i c t e c h n o l o g y ， s e n s o r , c o m f o r t a b l e 3 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第 一章绪论 追溯服装的产生 己经有几千年的历史了， 人和服装 的关系是人类 在 自然中最为密切的关系之一 。服装最初用来防寒 、蔽体 、防晒 、保 护 健康 以求 生存 ，进 而 用 来 美 化 人 体 ，表 示尊 卑 。 从服装产生到现代， 随着社会的进步和发展， 人们物质生活的改 善和提高，服装的目的和作用发生了种种演变，人们的着衣理念也发 生 了很大 的变化 ，人们 己经不仅仅满足于服装这 些传统 的基本的功 育 旨， 性 等 而要 求 赋予 服装 更 多 的 功 能 ，如 舒 适性 、功 能 性 、智 能 性 、娱 乐 同时，进入 2 1世纪，人类迈入了信息化高速发展的时代 ，科学 技术的发展 日新月异 。各个学科在拓展、深化 的同时，又相互渗透 ， 相互促进 。服装学科的研究早 已进入 了多科性综合研 究项 目的阶段 ， 智能服装和功能服装就是学科交叉的产物。智能服装的出现也给人们 的生活带来了全新的感受和体验 。 近年来，智能性与功能性纺织品与服装的研究与开发 己经成为纺 织服装界出现的一个新的亮点 ，也是企业为提升在 市场上 的竞争力寻 找产品创新突破的方 向。 目前 ，世界上许多发达 国家 的纺织服装界 已 投入了很大的物力、财力进行这种高科技服装与纺织 品的开发，己经 取得了很大的成就，各种各样的另人耳 目一新的智能化服装产品逐步 问世 ，例如美国加洲生命衬衫公司研制了一种可使 医生及时了解人体 体能状况的生命衬衫、英国布里斯托尔大学与欧洲的 h e w l e t t - p a c k a r d研究实验室正在联合研制一种内置有个人区域网， 全球定 位系统， 电子指南针及速度检测器的夹克、荷兰飞利浦服装设计公司 开发的滑雪装 ( 主要用于航海 、紧急求援 ，与滑雪 同伴联络等)等产 品，这些产品不仅包含了最新的理念，而且包含 了很高的科技含量， 具有很高的实用价值，在未来具有潜在的广阔的市场。 相 比较与发达国家而言，我国在智能性与功能性纺织品方面的研 究远远落后，因此，我 国的纺织服装业要想与国际接轨 ，缩小与发达 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 国家的差距，在这方面 的研 究必须跟上 。故而 ，智能化服装产 品的开 发研制在我 国不仅是 一个崭新的课题， 而且对于我国科技事业 的发展 及服装行业的腾 飞也具有深远的意义 ，智能性 与功能性纺织 品与服装 的发展规律将成为带动我国纺织服装业发展的引擎 。 本文作者 的研 究 方 向就是 智能化服 装产 品 的 开 发 ，硕 士阶 段 的 研究课题就是智能微 空调服 的研制与开发 ，旨在 开发一种智 能微空调 服，能在不同的气温条件下 自动加热或制冷 ，使服装微气候保持在一 个基本恒定的温度 ，使人们感到舒适 。以适应人们因为商务、会议、 旅游等原因进行跨纬度 区域活动的需要 ，解 决因不 同纬度 区域 间气温 差异较大而给人们的旅行带来了的诸多不便。同时，也给不得不在高 温环境或低冷环境下作业的人们带来 了福音。在本论文中，作者将对 智能微 空调服 的研 发 过 程 与 思路 以及 研 究 成 果 作 详 细 阐述 。 全文结构安排如下 ; 本文共分八章 ， 第一章一一绪论: 第二章一 一 智 能服 装概述 ，概 括 论 述 了智 能 服 装 的概 念 以及横 向与纵向发展情况 ，并提出了未来的发展趋势; 第三章一一 课 题综述，综合阐述 了智 能微 空调服的整体设计思 路及其整体设计方案 ; 第四章一一 智能微空调服控制系统 设计 ，这一章 从传感器 的选 用到软件的编程设计 ，系统论述 了智能微 空调服 控制系统 的设计过程 及其 运 作 ; 第 五 章 一 一 智 能 微 空 调 服 款 式 结 构 设 计 ， 这 一 章 从 人 体 工 程 学 和 服装舒适 学 的 角 度 出发 ，讨论 了智 能 微 空 调 服 的款 式 设 计 ; 第六章一 一 假 人 模特 穿着 实验 ，在 四种 不 同环 境温 度 下 l a b v 工 e w 传感器 多点检测系统对服装各层温湿度进行适时检测 采 用 了 解该服装在不同室温下各位置温湿度变化的特点。对该智能微空调服 进行初步的客观 评价 ; 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第 七章一 一 真人 穿着 实验 ，选择 真人作为 实验 主 体 ，一 方面 进 行客观数据的采集 过 与 第 五 长 的 比较 ( 同第五章 )，另一方面，进行 主观 感 觉测试 。通 进 一 步 对 该 服 装 作 出评 价 ; 第八章一一 人体 穿着智能微 空调服 的心理感 觉 ，对真人 穿着实 验 的 问卷 调 查进 行 统 计 ， 而对该服装作 出客观评价 了解 人 体 穿着 智 能微 空 调 服 的 心 理 感 觉 ，从 结语一一对全文进行概要性 总结 由于本 课 题 的研 究还 在探 索 阶 段 ， 并提 出作者 自己的观 点。 同时 限于 作 者 的 水 平 和 经验 文中定有不 当和错误之处，恳请批评指正 。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第二章 智能服装概述 服 装 是 指 以遮 盖 和 美 化 人 体 为 目 的 的 穿 着 物 的 总 称 ，通 常 包 括 而它 覆盖人体躯干 、四肢 、头 、足 的衣服 、帽子 、手套 、袜子 、鞋等 。 智 能 服 装 则 是 一 个 全 新 的 概 念 ，是 将 微 电 子 技 术 与 服 装 进 行 结 合 ， 不仅能够按照预先设 定适 时采集信号 ，并且能对 信号做 出处理及 反 馈，使服装具备了智能性 。我们将在本章中对其概念和发展进行详细 描 述 。 人 们 对 智 能 服 装 的 开 发 研 究 最 早 源 于 七 十 年 代 末 ， 当 时 电 子 技 术还 比较落后 ，所 以智能服装 的发展也十分缓慢 ，其体积庞大而 累 赘 ，且功能单一。因此智能服装的应用领域也受到很大局限，主要应 用在航空航天、军事军工等特殊行业领域。近几年 以来 ，国内外许多 研究机构开始致力于智能服装的研发 ，包括其 中智能电子设备的开发 设 计 、结 构 的设 计 、 新 型 面 料 的开 发等 各 个 方 面 。 随着 科 技 水 平 的 不 断提 高 ，各方 面 技 术 的 不 断 完 善 ，也给 智 能 服 装 的 发 展 带来 了新 的 契 机 。 目前 域 。 2.1 各种 智 能 服 装 产 品 己逐 步 问世 ，且 被 应 用 到 更 加 广泛 的领 什 么是 智 能服 装 他 说 话 、 智能服装是一个全 新的概念，r a n t a n e n . j . 是这 样来定义它 的 “现 在 人 们 身 上 已经 配 带 了越 来 越 多 的 电 子 产 品 ，如 移 动 电 膝上 电脑 以及诸 如此类 的很多东西 ， 成一个整体将给人们带来完美的感觉 ” 将这 些 电子 产 品和 服 装 结 合 智 能 服 装 也 就 是 微 电子 技 术和服装 、材料的结合物 。新型纤维和纺织面料 的出现 以及 电子芯 片的微型化是开发可 以真正实用的智能服装具备 了可能性 。这种智能 服装在外观上看和普通服装没什么两样，但却能按照预先设计的功能 在不同的情况下给人们提供帮助 。 芬兰 t a m p e r e 技术大学在智能服装的开发研究中， 也对智能服 装 下 了一个 定义 :具 有 一 般 服装所没 有 的功能 ，这 些 功能乃 籍 由电 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第二章智能服装概述 服装是指以遮盖和美化人体为目的的穿着物的总称，通常包括 覆盖人体躯干、四肢、头、足的衣服、帽子、手套、袜子、鞋等。而 智能服装则是一个全新的概念，是将微电子技术与服装进行结合，它 不仅能够按照预先设定适时采集信号，并且能对信号做出处理及反 馈，使服装具备了智能性。我们将在本章中对其概念和发展进行详细 描述。 人们对智能服装的开发研究最早源于七十年代末，当时电子技 ， 术还比较落后，所以智能服装的发展也十分缓慢，其体积庞大而累 赘，且功能单一。因此智能服装的应用领域也受到很大局限，主要应 用在航空航天、军事军工等特殊行业领域。近几年以来，国内外许多 研究机构开始致力于智能服装的研发，包括其中智能电子设备的开发 设计、结构的设计、新型面料的开发等各个方面。随着科技水平的不 断提高，各方面技术的不断完善，也给智能服装的发展带来了新的契 机。目前，各种智能服装产品已逐步问世，且被应用到更加广泛的领 域。 2 1 什么是智能服装 智能服装是一个全新的概念，rantanen j 是这样来定义它的 他说：“现在人们身上已经配带了越来越多的电子产品，如移动电 话、膝上电脑以及诸如此类的很多东西，将这些电子产品和服装结合 成个整体将给人们带来完美的感觉 1 。智能服装也就是微电子技 术和服装、材料的结合物。新型纤维和纺织面料的出现以及电子芯 片的微型化是开发可以真正实用的智能服装具备了可能性。这种智能 服装在外观上看和普通服装没什么两样，但却能按照预先设计的功能 在不同的情况下给人们提供帮助。” 芬兰t a m pere 技术大学在智能服装的开发研究中，也对智能服 装下了一个定义：具有一般服装所没有的功能，这些功能乃籍由电 8 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 子和其他领域缔结于服饰中。服装可感测身体机能、通讯、资料转 换、热与能量转换。 德国h0hensteiner institute 在从事智能服装的研究中， 结合不同学科，从服装工业角度定义sma rt c10thi1 3g 可能应用之 领域( 如图2 一1 ) ，并给出智能服装定义( by stevemani i ) ： 智慧型服装系结合可移动式的多媒体技术与无线通讯技术以及可携 带式电脑于服饰上。 图2 1 智能服装应用领域 同时，智能服装和智能材料是分不开的，ta0 在书中这样来定 义智能材料：即该材料能够适时地感知外界环境条件和刺激( 如 热、化学、电、磁场等) ，并作出反映1 。 概括来说，智能服装就是服装科学的最新研究成果和微电子技 术、智能控制技术、通讯技术、传感器技术以及其它相关新技术进行 结合与交叉的产物，它不仅能够按照预先设定适时采集所需信号，并 且能对信号做出处理及反馈，具备对能量及信息进行储存、传递和转 化的能力。 根据智能服装对外界反应方式的不同，它们可以被分为一一被动 ( passive smart ) 、主动( activesmart ) 、非常智能 ( very 9 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 smart ) 三种形式。被动智能服装只能感知外界的信号和刺激；主动 智能不仅能感知，而且能对其作出反应和处理；非常智能服装除了具 备以上功能之外，还能改变自身特性去适应外界环境的变化。较高水 平的智能服装往往通过编程来实现使其在一定程度上具备人脑的功 能。 智能服装一般包含三个要件：传感器( senso rs ) 、执行单元 ( actuators ) 、控制单元( c0ntr o11ing unit ) 。传感器相当于 智能服装的神经网络，用来检测外界或身体信号，传送给控制单元， 这在被动智能服装里是必不可少的；控制单元采集到信号以后，对其 进行存储、比较、分析，然后对执行单元发出控制指令，执行单元按 照指令进行相应动作，控制单元就相当于智能服装的“大脑”，控制 单元和执行单元在主动智能和非常智能服装里是必备的要件。 2 2 智能服装的发展 2 2 1 智能服装的发展历史 人们对智能服装的开发研究最早源于七十年代末，当时电子技 术还比较落后，所以智能服装的发展也十分缓慢，其体积庞大而累赘 图2 2 可穿着的计算机个人可视化系统的历史发展 1 0 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ，且功能单一。让我们以stevema 1 31 3 开发研究的可穿着的计算机 个人可视化系统的发展为例来看看智能服装的整体发展趋势。 在七十年代末八十年代初，德国h0her lsteir ler institute 设计的第一代可穿戴的计算机问世，主要设计用途是可视化艺术，尤 其是山水画成像 mann96 ，外形是头戴式( 如图2 2 ) ，接受天线 外置，体积较大，显得十分笨重，而且只能显示一个一个静止的画 面，无法连续可视。 到了80 年代中期，这一套系统被设计装置与腰上，在某种程度 上舒服了些，但体积仍然很大，技术上也没有解决连续可视的问题。 到了80 年代末，利用录像机的反光镜技术使以眼镜为载体的可 视化系统的设计成为了可能。，这也就是后来90 年代末，人们利用更 ， 先进的电晶体显示技术，将微电脑嵌入到普通的太阳镜镜片里的可视 化系统的雏形。 目前，这一套系统包含了微型多媒体计算机、照相机、耳机、 可移动电话，除了电子线路被装置在一个小盒子里放在衬衣口袋罩或 皮带上，其他的部件全部被嵌入到一幅普通的太阳镜里，十分方便。 从整体上来看，由于电子技术的进步，智能服装的整体发展趋 于多功能化，而且包含其中的电子设备越来越微型化，是智能服装看 起来与普通服装没什么两样，不影响人体舒适性。 2 2 2 智能服装在国外发展概况 随着高功能性与高科技面料的不断研发创新以及电子产品的高 度集成化、微型化的发展，智能服装这个新的研究领域在各国的发展 迅速，具有智能性和功能性的高科技服饰得以运用展现以提升其附加 价值。2000 年l 1 月27 29 曰，在德国举办了第一届高科技服饰研 讨会，欧美很多先进国家知名业界与研究机构都在此发表及展示了他 们在高科技与智能服饰方面之研究成果，这些对传统成衣服饰赋予了 新风貌、新思维模式、具有实县功能，又兼具前瞻创新性的智能服装 - 弋 令人耳目一新，叹为观止。也让人们对智能服装未来的发展契机和前 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 景充满了信心和希望。下面我们就来看下智能服装在各国的研发概 况： 德国klaus stei1m an ninstitute 其目前的研发方向是高科技成衣革新趋势和技术评估，评估模式 有以下六项：( 1 ) 顾客所需；( 2 ) 高度方便性：( 3 ) 功能可靠 性；( 4 ) 附加价值；( 5 ) 上市时效；( 6 ) 具市场潜力。同时他们 还参考日本jafe t 雷达图，提出了智能纺织品的应用领域方向： a 舒适与便利性 b 健康与医疗 c 安全与防护 d 运动娱乐 ， e 资讯与通讯 芬兰tam pere 技术大学 ta mpere 技术大学自1998 年起与reima tut ta 公司结合四 家厂商，包括n0kia ， suunt0 ，pola r electro 和杜邦公司， 共同研发雪车装( 如图2 3 ，图2 4 所示) ，研发目的是保持人们 在极地环境下与外界的联络，并且抵御寒冷。雏形服装将包含三层结 构，外层是普通外衣用布，不具有气候控制特性；中间层是加热层 ( theheatedvest ) ；内层为c0olm ax 和0 utlast 。 图2 3 雪车装图2 4 雪车装之加热背心 1 2 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 美国 美国正在研制一种可使医生及时了解人体体能状况的生命衬衫。 它装有6 个传感器，可将使用病人的身体状况，通过随身携带的微 型电脑，经互联网，随时传给医生。 英国 英国布里斯托尔的一所大学与欧洲的h ewlett packa rd 研究 实验室正在联合研制一种内置有电子装置的夹克。这种夹克配备有所 谓的个人区域网，全球定位系统，电子指南针及速度检测器。衣服中 的个人区域网也有数据传输、功率和控制信号。个人区域网中可以联 入几个装置，它们可以通过一个配有小型显示器的遥控设备进行集中 控制。这种小型显示器可以置于衣袖上或佩戴在头上，也可手携。这 种服装将成为人们最好的旅游向导。 与此同时，英国研究人员正在研制能把不引人注目的精巧装置缝 在衣服里的智能型服装。这类智熊型服装包括：带有m p3 音乐播放 器的比基尼游泳衣；内装移动电话的衬衣；既可保暖又可告诫那些彼 此距离太近的滑雪者放慢速度的滑雪衣。至于对孩子放心不下的父 母，可提供内带全球定位仪的儿童t 恤衫，以便能随时掌握孩子的 行踪。 荷兰飞利浦服装设计公司( philips design ) phi lips 服装设计公司在过去7 8 年间一直致力于结合数码和 电子技术于纺织品应用中，目前展现的成果主要有：魔术地毯、滑雪 装( 主要用于航海、紧急求援，与滑雪同伴联络等) 、音乐衬衫( 使 您听自己所想听的音乐，并存储于晶片中，可调整自己喜欢的电台) 等。 2 2 3 具有保暖性能的智能服装发展评析 基于本课题的研究方向，我们着重来看看可以改变服装内温度的 智能服装的发展。目前，各国已经在开发或已经开发的可以改变服装 微气候的智能服装主要是针对于极地探险队员而设计的， 以 1 3 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 美 国 美 国正在研 制 一 种 可使 医生 及 时 了解 人 体 体 能 状 况 的生 命 衬 衫 。 它 装 有 型 电脑 6 个 传 感 器 ， 可 将 使 用 病 人 的 身 体 状 况 ， 通 过 随 身 携 带 的 微 经互联 网，随 时传给 医生。 英 国 英国布里斯托尔的一所大学与欧洲的 h e w l e t t - p a c k a r d研究 实验室正在联合研制一种内置有电子装置的夹克 。这种夹克配备有所 谓的个人区域 网， 全 球 定位 系统，电子指 南针及 速度检测器 。衣服 中 的个 人 区域 网也 有 数 据 传 输 、功 率和 控 制 信 号 。个 人 区域 网 中可 以联 入几个装置， 一 它们可以通过一个配有小型显示器的遥控设备进行集中 控制。这种小型显示器可 以置于衣袖上或佩戴在头上，也可手携 。这 种服装将成为人们最 好的旅游 向导。 与此同时，英 国研 究人员正在研制能把不 引人注 目的精 巧装置缝 在 衣 服里 的智 能 型 服 装 。这 类 智 能 型 服 装 包 括 : 带 有 m p 3 音 乐 播 放 器的比基尼游泳衣;内装移动电话的衬衣 ; 此 距 离 太 近 的 滑 雪 者 放 慢 速 度 的 滑 雪 衣 。 母 ， 行 踪 可 提 供 内 带 全 球 定 位 仪 的 儿 童t 恤 衫 既可保暖又可告诫那些彼 至于 对 孩子放 心 不下 的父 以 便 能 随 时 掌 握 孩 子 的 荷兰飞利浦服装设计公司 ( p h i l i p s d e s i g n ) p h i l i p s服装设计公司在过去 7 - 8年间一直致力于结合数码和 电子技术于纺织 品应用 中， 目前展现 的成果主要有 :魔术地毯 、滑雪 装 主要用于航海 、紧急求援，与滑雪同伴联络等 )、音乐衬衫 ( 使 您听 自己所想听的音 乐 ，并存储于晶片中，可调整 自己喜欢 的电台) 等 。 2.2.3具有保 暖性 能的智能服装发展评析 基于本课题的研究方 向，我们着重来看看 可 以改变服装 内温度 的 智能服装的发展 。 目前 ，各国已经在开发或 已经开发的可 以改变服装 微 气 候 的 智 能 服 装 主 要 是 针 对 于 极 地 探 险 队 员 而 设 计 的 ， 以 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 t a m p e r e技术大学与 r e i m a - t u t t a 公司共同开发的雪车装为例， 从功能上而言，其仅具备加热功能，没有制冷功 能，仅 限于寒冷地区 使用;从 电子设计上来说，该服装控制 系统对温度 的智 能化控制不 足 ;同时如 图 2 - 4 所示 ，其 电子加热线路复杂而笨 重 ，不仅严重影 响其着装舒适性，而且使整件服装看起来臃肿而笨重:另外，由于线 路复杂，系统可维护性差。 此外 ，在各种智能服装 的开发研 究 中， 目前 尚未 建立起 一套完整 的评 价 体 系 。 2 . 2 . 4 本课题开发之智能微空调服装的特点与优点 本课题 的开发 旨在给人们提供一种能够根据外界环境 的变化及 其人体 自身变化 而 自动调节服装 内微气候， 使人体 达 到热湿舒适状 态。同时，该服装兼具监测功能，可 以适时检测人体体温 、湿度等参 数。与以往这方面的服装相比，我们开发的智能服装具备 以下优点: . 电子线路简单 ，布局合理 ，整体体积小，不影响外观 ，不影 响 舒 适 性 ; . 智能化程度高，可 以根据不同的情况设定不同的控制温度 ， 自动启动/ 关闭加热及制冷组件 ，调整服装微气候 : . 带有液晶显示，温湿度采集值可 以直接显示，直观方便 ; 令 兼 具 数 据 存 储 ，通 讯等 功 能 ; . 用途广泛，穿着相对 以往智能保暖服装而言轻便舒适。 另外 ，鉴于 目前 国际上 尚未建立起一套完整 的对智 能服装 的评价 体系，本课题在开发完成智能微空调服 的服装原型之后 ，对其进行了 一系列的穿着 实验 ，旨在提 出一套完整的定量化 的评价 指标 ，对我们 所研制的智能服装作 出主观的及客观 的评价。 2 . 2 . 5 智能服装专利搜索 通过在中国专利信息网上搜索结果显示t ” ，目前中国还没有关 于智能服装方面的专利申请。国外专利我们搜索了美国、 日本和英国 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 的专利网站 ，发现有关智能服装的专利主要是关于智能织物和新型导 电纤维方面的，如将简单电子线路嵌入到纺织品内的智能织物 “ ， 以 及本课题所选用 的用作加热组件之新型导 电纤维织物等 。关于智能微 空 调服 尚无专 利报 道 。 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 第三章课 题综 述 3 . 1 开发背景 2 1世纪是科技高速发展 的时代 ，是电子化信息时代 。各种高科 技术相 互 交叉 结 合 创 造 出许 许 多 多科 技 新 产 品 ， 另人 耳 目一 新 。在 我 们的生活中，电子信息产品无处不在 ，而便携式设备将我们与信息社 会 紧紧相连 。 在过去的十年里 ，便携式技术的发展突 飞猛进。从 8 0 年代人们 手中体积大而笨重的 “ 大哥大”到现在的小巧玲珑的手机，从最初可 以占据一间房子到后来仅 占据大部分桌面 的计算机 ，再到 目前一个 口 袋就能装下的掌上电脑的发展，我们不能不惊 叹人类的进步。这些便 携式设备能做到如此小巧，就是电子技术与纳米技术结合的产物 。而 电子科技的微型化及集成化同时又给可穿着的电子技术带来了发展契 机 .智能服装 一 可穿着技术的典 型产物 ，也随之 出现 ，其 派生 于许 多新的高科技术 ( 如微电子技术、传感器技术、通信技术 、纳米技术 等 )，以普通服装为载体，将许多新技术整合其中。 智能服装不同于一般的便携式设备 ，它是用来穿在身上 ，而非手 持，人们一定不会忘记穿衣，因而它不会被当作一种累赘和负担。同 时，因为其直接接触人们的身体 ，我们必须考虑其舒适性 、安全性、 可移动性、实用性及美学。 目前，国际上各个研究机构正在致力于研制各种各样 的智能服装 产品，其中包括用于抵御极地寒冷的保护服 、对于危重病人的监护服 以及用于探险 队员的带有 g p s 系统 的智 能服等等 ，在 这样 的大环境 下，我们也在寻求新的开发点，最后我们确立了智能微空调服这个研 究课题，智能微空调服的 “ 智能”在于它可以根据传感器 的输入来 自 动决定该执行哪个动作 ，从而使人体保持在一个热湿舒适 的状态 。 3 . 2 开发 目标 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 1 )开发出一套智能微空调服服装原型，具有以下功能一是 能够 根据 外界环 境 的变化及 其 人体 自身变 化 而 自动调节服 装 内微 气 候 ， 使人 体 达 到 热 湿舒 适状 态 ; 二是 兼 具 监测 功 能 ，可 以适时检测人体体温 、湿度等参数 。 ( 2)建立一套 完 整 的定量 化 的智 能服装评价 体 系 ，提 出智能服 装 的主观及客观评价指标 。 3 . 3 应用领域 . 垮纬 度 旅 行 . 在寒冷或高热环境下工作 . 生理监测 3 . 4 整体设计方案及研究方法 3 . 4 . 1 整体方案概述 本课题的开发整体上包含 了两大部分:一是智能微 空调服服装原 型的开发设计:二是智能服装评价系统的建立。第一部分主要包含两 项内容，即智能空调服的控制系统设计及服装款式结构设计，我们将 在第三章和第 四章分别进行详细介绍。其中在款式设计中，与普通服 装所不同 的是， 我们不仅要考虑其美 学及实用性 ，重 点还 要考虑如何 将传感器及各控制单元合理地置放于服装的不同位置 ，以使其具备科 学性，发挥最好的效能，同时尽量不影响人们着装 的舒适性 。另外， 其控制系统 的设计又包含两大部分 ，一是硬件系统 设计 ，二是软件程 序设计 。在控制系统的设计中我们不仅首先要 明确 控制 目标 ，既 目标 使用者对该服装控制功能的要求，而且我们必须考虑到与其他设备上 所使用的控制系统设计所不 同的是，该控制系统是 以服装为载体，所 以在设计 中力求微型化 ，要做到轻便可携带 ，同时要 解决抗千扰 问 题 。 本课题开发的第二部分内容一 智能服装评价系统 的建立则是在 穿着实验 的基础上进行的。原型开发成功以后，我们进行穿着实验对 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 其作出评价，其中包括假人模特穿着实验与真人 穿着实验两部分，实 验情况将在本文第六章 与第七章进行具体阐述 。 整体开发设计方案框 图如图 3 - 1所示: 图 3 - 1智能微空调服整体开发设计方案 3 . 4 . 2 设计程序与研究方法 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 正如 我 们 开发 其 他 任 何产 品 一样 ，在 拟 定研 发 方 案 和 计 划 之 前，我们首先要明确 目标市场，开发要求。智能微 空调服 的开发也不 例外，我们首先要 明确 目标消费者 ( 步骤 1 )，然后确 定消费着 的需 求 ( 步骤 2)，根据需求我们可以确立开发 目标 ，进而确定该服装各 部分应具备的功能与作用 ，提 出整体要求 ( 步骤 3)，整体要求明确 以后，我们 可 以勾 画出初步的服装 原型 ( 步骤 4)，包括服装 的结构 设计，传感器 、控制 电路及加热/ 制冷组件在服装中的安放位置与方 式等，确 定初步的整体设计方案 ，然 后分部分完成 。首先根据控制要 求进行控制系统的开发设计 ( 步骤 5 )，控制系统设计完成之后我们 就可以按照预先原型构思 ( 步骤 4)将其嵌入服装 内，再根据情况进 行合理的调整 ，完成整个原型设计 ( 步骤 6 )，然后进行一系列穿着 实验，并确立评价指标 ( 步骤 7)，对该服装原型进行主观及客观评 价 ( 步骤 8)，最 后对运行 过程 中发 现 的难点 问题 进 行 解 决 ( 步骤 9)。具 体 流程 见 图 3 - 2 : ( 1 ) 确定消费对象 ( 2 ) 确定消费者的需要 3 ) 明确开发目标，确定整体要求 ( 4 ) 初步的原型整体设计 ( s ) 控制系统设计 ( 6 ) 确立原型 西安工程科技学院硕士研究生学位论文 ( 7 ) 确 定评估标准 ( 8 ) 原型评估 ( 9 )解决难点问题 图 3 - 2 智能微空调服开发流程 3 . 5 关键技术及创新点 . 新型传感器技术 传感器是智能服装的神经系统，将各种不同类型的微型传感器 嵌入服装的不同位置，可 以适时地检测到服装微气候的变化及人体 的部分生理参数 ( 如体温 、心律 、血压等 )。但是 ，对于服装这个 特殊的载体来说，其 电子装置硬件务求简单、紧凑、体积小且性能 可靠，同时，对其精度和抗干扰性的要求也非常 高。因而对于智能 服装上使用的传感器的选用及对其性能的研究显得十分重要。目前 很多新型的集成数字传感器外围电路简单，精度高，体积小，比较 适合服装的特点。 . 微 机 控 制技 术 智能微空调服的控制系统是一个多输入多输 出系统， 它要完成温 度 、 $ 11 ， 湿度 等 多个 参数 的检 测 ，还 要对 多种终 端执 行 装 置进 行智能控 并以不同方式进行输 出乃至人机交互 与使 用 显 得尤 为 重 要 ，在 本 课 题 中 因此 对 于控制器件 的选择 核 心 控 制 器 件 我 们 选 用 了 m i c r o c h i p公司的 p i c系列微控制器中的 p i c 1 6 c 7 3型单片机， p 工 c系列微控制器是 r i s k结构的高性能价格 比的嵌入式控制器，其 低 工 作 电压 、低 功 耗 、 小 体 积 、低 价 格 、 先 ， a/d 而 且其输入输 出功能十分强大 ，此外 一 次 性 编 程 等 性 能 都 很 领 它 自带 多达 8 个通道 的 转换器 、内部集成 的基准 电压 源 、内部集 成 的振 荡器 、用 电池 供电的实时时钟、u s a r t等，都非常适合智能服装设计的需要。 西安_ r 程科技学院硕士研究生学位论文 . 新 型 导 电纤 维 技 术 在 智 能 微 空 调 服 的 设 计 中 加 热 组 件 我 们 选 用 了 新 型 导 电 纤 维 ，这 种 导 电纤 维 是 将 很细 的导 电丝 织 入 了纺 织 面 料 中 ， 表 面 上 看 似 乎是一块普通 的面料 ，但通 电后加热性 能 良好 ，原理与电热毯类似 ， 但 其 可 以低 电压 ( 可 低 至5 v)工 作 ， 性 能 可 靠 良好 ， 相 对 其 他 加 热 器件而言功耗较低 。这些特 点使其在智 能服装的运用中具备 了独特 的 优 势 。 . 半 导 体制 冷 技 术 对于服装 这 样 一个 特殊 的载 体 ，制 冷器件 的选 择 是 一个 难 点 不仅要考虑体积 问题 ，还要考虑能源供给 问题 ，传统 的冷冻压缩机及 其其他的需要使用冷媒的制冷方式在这里都不适合 。最后在本课题的 研究中，我们选用 了半导体制冷器作为制冷组件 ，这种组件的机能与 产生，也就是根据 学术上著名 的 “p e i t i e r”理论 : n. p 型半导 体通过金属 导流 片链接 ，当电流 由 n通过 p时，电场使 n种 的电子 和 p 中的空穴反向流动，他们产生的能量来 自晶格 的热 能，于是在 导流片上吸热 ，而在另一端放热，产生温差 。” 只要放热 的高温端 的热 量能 有 效 的 散 发 掉 ，则低温 端 不 断 的被 冷 却 。在 这 里 ， 电只 提 供 了热传递的动力 ，它把热量从半导体的一个面传 向另一个 面 ，从而 导 致两个面有相当大的温差，假如在热的一面加散热片和风扇使它的温 度降到环境温度左右 ，则冷的一面的温度 降低于环境温度 ，甚至达到 0度以下