关于智能空调服装的研究

1、关于智能空调服装的研究摘要随着时代发展，服装产业也随之发展，越来越智能化。本文基于半导体制冷技术，提出一种智能服装的设计。将小巧灵活的半导体制冷片嵌入服装中，通过单片机编入预测PI控制算法控制，进行恒温控制。研究设计表明该设计的可行性，但存在实用可行性方面的问题。关键词智能服装;半导体制冷;预测PI半导体制冷技术，因其安全、无污染、灵活的优点以及制冷效率低下的缺点，目前只被应用于一些小型制冷场合。预测PI控制算法，是基于原有的PI控制，在其基础上，添加预测环节，使其能够更好地控制滞后对象。本文基于以上两种技术，提出智能空调服装的设计以及设计实现上难点以及解决方法。智能空调服装概述智能服装智能服

2、装是一门交叉技术，它包含了纺织、自动化、材料等学科，是一种新型的智能结合产物。以服装作为基础，采取不同形式方法，使服装本身具有一定的功能，构成完整的智能系统。常见的方法有3种：一是服装直接外接微型智能电子元器件;二是利用物理或化学整理技术赋予普通纤维材料特殊功能;三是通过梭织、针织等织造方法将智能纤维或智能纱线织入纺织服装产品中1。半导体制冷半导体制冷技术最早出现于19世纪，是种热电制冷技术，能够通过对电流的控制，来控制半导体制冷片的特性，故半导体制冷又称热电制冷2。其原理是基于帕尔帖效应直流电经过两个不同型的半导体形成的接点时，接点处会产生温差和热量的转移3预测PI控制算法1992年Hagg

3、lund第一次提出预测PI控制算法这一概念，它是Smith预估器的一种特殊形式，其由分别独立的两部分组成：PI部分和预测部分4。相比于传统PI控制，预测PI控制在保持原性能情况下，还具有预测功能，能有效控制滞后对象。智能空调服装系统模块设计整个智能空调服装系统具有5个模块，供电模块、数据采集模块、单片机控制模块、人机交互模块、半导体制冷片模块，分别协调完成相应的功能，以达到恒温控制的效果。系统结构图如下所示：电源模块由直流电源构成，负责提供单片机、半导体制冷片、液晶显示等的供电。数据采集模块由温度传感器构成，采集人体与衣服之间的温度信息，并将信息传递给单片机。单片机控制模块由单片机构成，往其中

4、编写相应程序，通过采集模块传输过来的数据和人机交互控制面板上的数据，负责协调控制各模块运作。人机交互模块由显示屏和键盘构成，负责实时显示温度和制冷制热控制，目标温度设定功能。半导体制冷片模块由半导体制冷片构成，整个系统的执行机构，通过单片机控制供电电流的大小和方向，实现制冷制热，以及制冷制热量的大小。智能空调服装设计难点智能空调服装是基于半导体制冷片提出的一种智能服装，所以其在保持服装特性，还需实现恒温控制的效果，该服装实现过程中存在几个难点。制冷散热通过之前的原理介绍可知，半导体制冷片制冷时，会产生温差和热量转移，一端制冷一端散热，经调查验，当半导体不可长时间工作在无散热的制冷状态下，这样容

5、易损坏半导体制冷片。夏天制冷时，冷端对着人体制冷，热端处于炎热的外界环境下，自然散热效率低下，很容易损坏。这时候就需要对热端进行散热处理。电源供电目前半导体制冷片得不到大型广泛应用的原因，其中很重要的一点在于半导体制冷片有一个致命的缺点制冷效率低。制冷效率低，意味着需要消耗更多的能量，这对电源的供电提出了要求。硬件布线整个智能空调服装设计，需要往衣服中嵌入电子元件和电线，一般半导体制冷片的工作电流大小为3A这对于服装设计的安全性和舒适性提出了挑战。解决方案针对上述难点，提出一些可行的解决方案。热管散热半导体制冷一般常见的散热方式有4种，自然对流散热、强迫对流散热、水冷散热、热管散热。这里对比分

6、析，采用热管散热。自然对流散热为与外界环境进行交换散热，强迫对流散热利用风扇对热端进行散热，水冷散热利用水的循环来对热端进行散热，热管散热利用散热片和热管的组合进行散热。能运用在智能空调服装上的散热方法为水冷散热和热管散热，但考虑两种散热方式的特性，推荐使用热管散热，因为水冷散热由水泵、蓄水池和散热水层三个组成，对于外界的影响虽然最低，但随身携带不方便，对电源供电也有要求。热管散热则具有散热效率高，体积小重量轻方便携带的优点，只需将热管附在热端表面即可起到散热作用，所以采用热管散热。锂电池针对智能空调服装的特点，电源需要满足三个条件，为了环保节能需要可循环使用，服装穿在身上需要携带方便（体积小

7、重量轻），要至少满足工作一天的电量需要大容量。根据以上要求，需要蓄电池，可一般的蓄电池在满足大容量条件下，基本满足不了携带方便的条件。考虑这些因素，在这推荐采用锂电池，锂电池在同等电容量下，体积重量是一般的蓄电池的十分之一，而且不产生污染。液态金属3D打印向服装中添加电子器件，其电子器件的绝缘必须做好，但同时也要满足一定的舒适度。目前有一门新兴的技术一一液态金属3D打印，其能做到在柔性材料上利用液态金属打印上电路，而且能够使用，这是十分重大的应用技术，目前还未完全发展成熟，但这对于智能服装的发展影响是巨大的。总结与展望本文提出了一种基于半导体制冷片的智能服装设计，并对其实现形式、系统模块进行了

8、一定的分析。还对其中一些设计难点提出了一些解决方案。目前的技术能够完成整个设计，但还是存在一些不足的地方（如便携性与舒适性、安全性），所以还不能全面普及。但随着科技发展，这些问题会得到解决，就如同液态金属3D打印技术的诞生，就为此问题的解决，提供了重要的帮助，还有未来电池的发展等，希望本文提出的设想与方案能在未来科技发展的条件下，最终使智能空调服装得以实现。参考文献王栋，卿星，蒋海青，等.纤维材料与可穿戴技术的融合与创新J.纺织学报，2018，39（5）：150-154.郭琛，潘开林，程浩.热电制冷技术的研究进展J.微纳电子技术，2018，5512）：927-931.3申勇.用半导体制冷片为CPU降温J.承德