一种智能保温衣服的设计

广东石油化工学院 杨守华 林桂全 李秋连 李嘉琪 王堪佑 古顺东 吴泽鹏

一种智能保温衣服的设计

广东石油化工学院 杨守华 林桂全 李秋连 李嘉琪 王堪佑 古顺东 吴泽鹏

这种智能保温衣服是在传统衣服的基础上通过无线电通信技术（蓝牙通讯技术）、嵌入式单片机控制技术，低功耗技术及通过相应的硬件结构对衣服内部进行保温并且能实时监控与调节，系统由主控设备和终控设备构成。主控设备由微控制器组成，终端设备有工作模式选择按键、5个模式设置按键、温度数据采集器、OLED显示器、4个模式显示灯、电源显示灯、电热炭纤维发热马甲。 这种智能保温衣服操作简单，达到理想保温效果的时间短，耗能低。

温度传感器；微处理器；红外传感器；电热碳纤维发热丝

0 引言

目前，市场上传统的保温衣服都是利用人体散热小于产热的基本原理。在寒冷的冬季，不少户外工作者以及户外运动爱好者需要穿着厚重的衣服抵御严寒，从而导致肢体灵活性降低，但是单薄的保暖服不能满足他们对当时环境的保暖需求。这种传统的衣服并不能集轻薄舒适和良好的保温效果为一体，市场对于保温衣物有了新的需求。因此，面对这些各种严苛而复杂的工作和生活环境，具有良好环境适应性，并且能够解放使用者四肢的智能保温衣应运而出，给人们的生活带来便利。

智能保温衣服解决了上述背景技术中传统衣服的不足，利用温度传感器和微处理器的运作实现保温效果，减轻厚重衣物给人们带来的不适感。这种智能保温衣服不仅实现了最基础的保温效果，还利用红外传感器实现对衣服温度的监控和调节，添加了OLED显示器和时钟模块方便用户的使用。使得用户可以直接了解到衣服温度的状况，并及时对智能衣服进行调控。

1 功能介绍

图1

智能保温衣服首先使用温度传感技术检测环境温度和实时衣服温度，根据用户选择的模式，微处理器加热电热毯纤维以达到所需的温度。在技术上使得衣服外形轻薄舒适且能达到理想保温效果，这就解决了传统衣服的弊端。智能保温衣服通过红外传感技术判断衣服是否有人在穿，将信息反馈到微处理器中，温度传感技术也反馈电热炭纤维的温度信息到微处理器中，微处理器自动调节输出功率，减少不必要能量消耗，达到低功耗效果。还有一个温度传感器测量实时环境温度，为用户设置温度提供一个有效的参考数据。同时温度传感技术和红外传感技术结合使用，向用户及时反馈数据，就能实现对人体的监控和对衣服的调节。智能保温衣服增加定时模块，可以设定保温时间，为用户提供定时操作的选择。智能保温衣服还有OLED显示器，可以显示温度、时间、四种模式名称、菜单，直接向用户呈递数据，显示清楚，方便用户的调节，基本达到人机交互功能。

2 功能的设计

人体的热量大部分时间是靠内脏产生的，少部分由骨骼肌颤抖发热产生。在辅助人体产热的前提下，因为在手臂上安装电热炭纤维来发热，给用户带来使用上的不便，影响用户的舒适度，所以我们采用电热炭纤维在在胸腔的两侧和后背来辅助内脏产热。设计时我们考虑到需要让温度保持稳定，不能一直加热，于是我们利用占空比来实现定温的功能。

电热炭纤维是一种非金属固体材料，将其接在12～40V低电压上，供电后能在极短的时间内导电发热，具有良好的耐磨性、抗静电、发热均匀、远红外辐射性能好、使用安全。电热炭纤维可以用于医疗保健用电热器。所以我们选择了电热炭纤维作为发热的物品。

这是一种基于电热炭纤维发热的智能保温衣服，包括主控设备和终端设备。在终端设备中，有三块电热炭纤维发热马甲（ABC）分别在胸腔的两侧和后背，并且每块上都有相应的温度传感器（abc），三个温度传感器反馈实时衣服温度且连接在一条总线上。一边袖口有控制面板（D）和一个反馈环境温度的温度传感器（d）。

图2 智能保温衣服机构设计图

图3

完成了基础的功能外，我们运用红外传感器和添加了定时功能，使用起来更方便。

热释电红外传感器是一种节能控制系统,能够准确有效的检测到静态人体。通过热释电红外传感器采集是否衣服内有人的信息,再送到微处理器进行处理,微处理器再发出控制信号，智能衣服根据信号做出相应的操作。如果检测到没有人穿着衣服，则自动断电，不消耗任何能量。如果用户穿着衣服，则可正常使用。

3 工作模式的介绍

启动智能衣服，开始选择(通过按键⑵)四种工作模式中的一种，这四种模式分别为智能模式、手动定温模式、手动定时模式和手动定时定温模式。

图4 功能按键示意图

智能模式：根据环境温度和实时衣服温度的检测，智能调节到最适合人体的温度后保持恒温。（⑻灯亮）

手动定时定温模式：根据环境温度和实时衣服温度的检测，先按设置菜单键⑴再通过按键（⑼⑽⑾⑿）设置加热时间段和衣服温度，衣服自动加热到的预设温度后保持恒温，时间一到就停止加热。（⑺亮）

手动定温模式：根据环境温度和实时衣服温度的检测，先按设置菜单键⑴再通过按键（⑼⑽⑾⑿）设置衣服温度，衣服自动加热到预设的温度后保持恒温。（⑹灯亮）

手动定时模式：根据环境温度和实时衣服温度的检测，先按设置菜单键⑴再通过按键（⑼⑽⑾⑿）设置加热时间段，衣服自动加热到最适合人体的温度保持恒温。时间一到就停止加热。（⑸灯亮）

选择完工作模式和设定完模式里面的时间和温度参数后，再按运行/停止键⑷，智能保温衣服开始工作。再按一次则是结束工作。

4 结束语

该装置设计合理，结构简单，故障率低，使用安全性和运行稳定性好；该智能保温衣服有温度传感器，可以检测环境温度和实时衣服温度，接着根据用户选择的模式，微处理器控制电热炭纤维以达到所需的温度；该装置采用智能模式、手动定时模式、手动定温模式和手动定温定时模式，解决功能单一问题。文章给出了详尽的设计原理，功能特点，操作模式。本装置具有功耗低，性价比高，稳定性好等优点，有一定的实用价值以及良好的市场前景。适用于各年龄段人群并且能广泛运用于日常生活中，在时代不断进步的同时，智能保温衣服逐渐在此保暖领域占据重要位置。

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