智能终端控温空调服的研发

李帅兵，徐 欣，邢书琳，张春媛，王 适，王 军( ， )

目前新技术在各个领域广泛应用，如半导体制冷技术应用在国防、医疗领域，蓝牙技术应用在手机、电脑等电子产品，太阳能供电技术应用在建筑、节能照明、新能源等方面，而这些新技术在智能化服装上应用较少。本文设计了一款基于移动智能终端的控温空调服，解决了半导体散热、蓝牙技术应用、太阳能供电系统研制等问题，为智能化服装相关研究提供一定参考。

1 移动智能终端控温空调服的简介

移动智能终端控温空调服的主要作用是调节温度，以使服装内的温度稳定在人体舒适的范围。普通纺织品和服装维持服装内温度的主要方法是阻断外界空气进出服装内环境形成的热传递。本研究的半导体空调服维持服装内环境温度的核心装置是半导体制冷器，是通过控制半导体制冷片，达到降温目的，同时运用碳纤维加热片，可进行制热，两者相互作用，实现温度调节。在空调服的研发中，采用双重显示和调节的方式，可通过服装表面的显示屏或手机专用App显示并调节。通过蓝牙技术实现手机App与服装的连接，对温控芯片进行控制，改变服装内部温度。供电系统采用太阳能电池，电量一部分供给电子元件,一部分保存在蓄电池中。

2 技术难点

2.1 半导体制冷技术

半导体制冷技术主要运用在国防和医疗领域，由于其调温准确、速度快、效率高，也越来越广泛地应用在日常生活中。在智能空调服的研究过程中，对于半导体制冷片自身散热问题还没有一个完美的解决方法，考虑到服装本身的重量及人体工效学等方面问题，不可能采取传统的外加设备来实现散热，因此需设计合理的散热机构。

2.2 蓝牙调控技术与服装智能调控系统

蓝牙，作为电子元件之间的媒介，起着至关重要的作用，在智能终端空调服的研究中，关于蓝牙技术怎样合理地运用在研究中是一个重要的问题。在本款智能终端控温空调服中，需利用手机终端进行温度显示与控制，因此蓝牙设备需统一控制各个电子元件协同工作。

2.3 太阳能供电技术

本空调服主要是将太阳能转化为电能。由于智能空调服要穿着在人体上，所以电压不能过高，还需将其转化为12 V交流电，最后供给电子装置。由于服装上的电子元件较多，普通的太阳能供电装置无法满足要求，因此要提高光电转换率，实现设备整体正常运行。

2.4 智能空调服的服用性

在智能服装设计过程中，不但要重视功能性的实现，还要考虑到服装的实用性、舒适性与美观性。在对空调服的研究中，由于各个小电子物品存在一定的体积和质量，会加重衣服的质量，影响服装的穿着舒适性，这也是智能化服装普遍存在的一个问题。所以，要对各个电子元件进行合理设计与安排。

3 解决方案

3.1 半导体制冷技术解决方案

在本研究中采用自主改装设计的半导体制冷散热器，包括基板1和一体连接于基板背面的多个肋片2，基板1的正面设有贴装制冷片的开口3，基板一侧的上下端分别设有进液口4、出液口5，进出液口分别横向延伸到基板的内部，基板的内部设有与进出液口分别相连通且竖向设置多个流道6。此设计结构简单，将冷板结构与肋片板结构相互结合，可以对制冷片的制冷进行液体换热和空气换热[1]，如图1、图2所示。

图1 外部结构示意图

图2 内部结构示意图

3.2 蓝牙控制技术解决方案

蓝牙控制技术对智能空调服各个部件的结合控制问题，将采取基于操作系统抽象层(Operating System Abstraction Layer，OSAL)的软件流程来实现。操作系统抽象层(OSAL)是一个以实现多任务为核心的非抢占式的系统资源管理器，可以管理系统各个软件的运行，包括硬件抽象层、BLE协议栈、通用属性应用框架(GATT)、应用程序[2]。

硬件抽象层可直接控制底层硬件，即对制冷片、发热片等进行控制。软件实现的BLE协议栈包括了各个协议层，提供了连接参数的设置接口、数据通信的接口等，同时为基于GATT应用框架提供了数据框架。应用程序主要是实现统一控制的功能，方便快捷，而且利用OSAL系统还可以新建一种或者几种任务，且实现方便。

3.3 太阳能供电技术解决方案

在整个太阳能供电技术系统中，其供电过程是以太阳能电池作为整个系统的能量来源。太阳能电池中的电量，一部分供给电子元件，另一部分储存到电池中。将太阳能供电技术高效安全地应用在智能空调服中主要使用三种设备，分别是太阳能充电器、降压电路、逆变电路。

太阳能充电器与太阳能电池相连接，进而保证了正常的用电需求，且太阳能电池板需采用光电转换率较高的产品;电源供给各个电子元件的过程中，需要利用降压电路将其转化为12V的电压；在使用电池供电时，直流电不能直接应用，需要利用逆变电路将其转化为交流电[3]，使各元器件正产运行。

3.4 智能空调服的服用性解决方案

基于对智能控温空调服装各性能的考虑，在服装功能与款式设计中合理设计安排各功能元件部位，尽量达到其美观性与舒适性，提高其服用性，设计图如图3、图4所示。

图3 智能空调服正面款式图

图4 智能空调服背面款式图

4 结语

智能终端控温空调服在设计研发过程中存在诸如半导体制冷片散热、蓝牙调控与服装结合、太阳能供电等问题。针对相关问题提出具体的技术解决方案，并通过合理的款式与功能设计，在实现智能空调服主要温控功能的同时，保证服装的美观与舒适，为智能控温空调服的功能和设计的进一步完善提供参考。

参考文献：

[1] 谢钦，万士军，汪长江，等.半导体制冷片散热器[P].中国专利：CN205860546U，2017—01—04.

[2] 丁鹭.基于蓝牙低功耗传输的智能腕带设计[D].杭州：杭州电子科技大学，2015.

[3] 郭金涛.小型独立太阳能发电系统设计[D].西安：西安科技大学，2015.