基于iBeacon蓝牙微定位技术的儿童服装技术探究

姚琳涵，张 艳

(泉州师范学院 纺织与服装学院，福建 泉州362000)

智能服装作为一个新兴的服装设计研究领域，引领服装发生重大的变革，这也代表着服装科学化的发展趋势。而超低功耗电子技术和新型服装加工技术是智能服装应用和发展的基础，因此，整合这些技术，能够实现具备高精度、高稳度性测量、高舒适性和长时间续航的智能服装[1]。

在智能服装的人群类别划分中，婴儿和幼童群体一度成为服装消费市场的热点。目前的婴儿智能服装能够通过传感器追踪宝宝的日常活动、睡眠状况等多项指标，而幼童的日常生理需求可以通过语言表达解决，相比之下，儿童的出行走动状况成为主要的关注点，使服装的定位功能变成设计的出发点。

传统定位服装表现出模块体积过大、着装舒适性差等诸多弊端，通过对传统定位服装中的不足加以分析和解决[2]。针对无线技术的发展现状，从全新的视角出发，将具备低能耗的iBeacon元件运用在童装上，对儿童的位置进行锁定，同时在版型款式上结合这一年龄段儿童的心理特点和生理需求，设计出一款新型的时尚儿童智能定位服装。

1 问题的提出与解决

与传统服装相比较而言，智能服装是人与智能科技的进一步碰撞。随着智能服装的深入开发，智能定位服装不仅满足传统服装蔽体保暖的基本服用功能，还提供了对着装者的位置信息进行实时监控的功能。然而，在模块元件的应用和款式穿着的设计过程中，定位服装仍需解决模块数据传输稳定性和款式设计时尚舒适化的不足。

在智能定位服装的设计中，需要比传统的服装制作考虑更多的因素，主要包括几个步骤:(1)设计对象人群划分。孩童在心理、心智等方面的发展还不够完备，因此，在这一特殊的群体中存在一个巨大的隐患——安全问题。每年发生的多起儿童失踪案和意外事故，给家庭造成无法弥补的伤痛，以孩童安全问题为定位服装的设计出发点，将广大家长作为目标消费人群，成为明确该课题研究意义的指向标。(2)定位元件的性能检测与应用。包括对选定的定位元件进行模块参数的核对，模块内各部件工作状态的稳定性测量，以及明确工作信号的传输误差。(3)定位元件与服装的结合。保障元件在服装上的牢固性是设计的基础，除此之外，定位元件在服装上的运用还要保证信号传输的稳定性和着装的舒适性，因此，面料的选取和利用是关键点[3-4]。(4)定位服装整体的时尚美观性。在元件能正常使用的情况下，改变传统定位服装元件体积过大、设计缺乏美观性成为新型定位服装的突破点，同时还要保证元件的隐匿性，使得不法分子难以发现。(5)定位服装的局限性改进。定位服装为我们提供了目标的地理位置信息，但在外出时人流较大的情况下，无法第一眼识别目标，在这个局限条件下可加入发光纤维材料，突出儿童主体。同时在服装上嵌入太阳能电池板，解决电池充电问题，也为家长的出行提供便利。

在整个智能定位服装设计过程中，元件在服装上的优化和创新设计是解决的重点，解决这些难题需要最终协调好纺织面料、定位元件、人体版型等各方面之间的关系，才能提高定位服装的结构和性能，获得市场认可，迎合消费者的需求。

2 新型儿童定位智能服装

本课题设计的新型定位服装弥补了传统定位服装的诸多弊端，融入新的服用性能，分化服装设计理论，在元件智能化原理、款式结构设计、服装效果表现等方面根据设计对象的特点进行综合运用。

2.1 元件智能化原理介绍

2.1.1 优势对比

传统非智能化定位设计从服装色彩的鲜艳程度和面料的材质入手，以形成人眼的视觉感官冲击，在聚集的人群中，这种可分辨度在几米之内，效果甚微。iBeacon传达的信息可以在app系统中的地图上随时查看被定位目标，突破肉眼视觉的范围局限，将物理位置信息转化成数字化信息，有效记录人员、设备的位置移动时间、进出某区域的时间、停留时间等数据。例如在室内的主动定位中，iBeacon可以在停车场中为车主提供语音导航、路线规划、方向寻车等诸多实用功能[5]。

2.1.2 工作原理

iBeacon采用蓝牙的广播频道发送信号，因此无需进行配对工作。打开手机的蓝牙，直接使用手机app进行信息推送，在后台唤醒整个程序，方可收集信号。随着信号的传输距离增大，模块传感器的安全性和稳定性也逐步提高。

2.1.3 使用说明

本课题使用的低耗能iBeacon 5.0，参数见表1，支持安卓系统和苹果系统，为使元件的定位数据更精确，因而分别对这两款不同的系统版本进行测试。试验测试中，在带底板的模块按照引脚定义与单片机交叉连接后，使用安卓系统版本的手机下载软件HC-COM，当页面状态显示连接，iBeaconBLE5.0上的指示灯由闪烁变成了常亮，使用苹果手机在商店下载light blue，开启数据连接，并同时在2个手机发送区输入开关灯命令，随后进行测量，最终得到不同距离下的数据误差值，见表2。

2.2 款式结构设计

基于上述iBeacon模块的元件参数和测试步骤，在参考误差范围内的定位信号传输距离下，对儿童智能定位服装的造型、色彩、面料、缝制工艺进行综合设计，最终实现近场定位信号的稳定传输与服装的时尚环保兼备。

表1 iBeaconBLE5.0元件参数

图1 iBeacon元件实物图

表2 不同距离下的定位距离测试误差

2.2.1 造型设计

选取的设计对象儿童在生长发育过程中体型在不断地发生变化，其身体发育阶段相关的器官发育不完全，表现出头大、颈短而粗、肩窄腹凸、四肢短胖的体型特征。因而一般在大轮廓的版样设计上采用H型、A型，不采用S型等容易束缚皮肤的修身造型。同时儿童在对未知世界的探索时表现出多动的特点，对衣物的整洁关注度并不明显，在玩耍活动中往往容易弄脏和磨损袖口、衣领、衣摆、裤脚、门襟等多个部位，因此在这些特殊的活动部位上，我们也需要进行部位设计的优化与细化。本次的定位童装设计以6～8岁，身高135 cm的女童规格为例[6]，见表3。

表3 6～8岁女童部位规格尺寸表

版型除满足身体活动的基本要求外，衣片的结构上还需解决元件与服装的融合问题。卫衣款式是休闲风格的代表之一，满足儿童着装对轻松愉悦的体感需求，因此以宽松连帽卫衣为设计原型，如图2所示，在衣帽的位置缝制符合元件尺寸大小的口袋，开口处用魔术贴固定，方便摘取，保证服装的易清洗和易保养的一致性。

以上的轮廓和部位设计解决定位服装的包容性问题和定位服装基本服用功能的缺陷，而iBeacon元件的应用只能传达着装者的位置信息，在比较偏僻的场所里，无法准确描述出此时儿童身旁的人、事、物等周遭环境，不能第一时间反馈出更多的信息。因此，基于iBeacon元件使用上的局限，我们在定位服装中加入光导纤维的纺织物，提高被定位目标的注目性之外，也增加了服装的趣味性和吸引力，同时一并置入太阳能电池板，如图3、表4所示，解决电池待机问题。

植入光导纤维的光学织物涵盖纺织、光学和电子三种技术，这种含光导纤维面料类似普通的面料，可以手洗。光导纤维纺织物可以连接到特定的LED电子模块，散发光亮。配置的LED电子模块采用的是低电压电池，工作电压在3.7 V左右，参数见表5，符合太阳能电池板的输出电压值，没有电击的危险。

图2 儿童智能定位发光服装款式图

图3 太阳能电池板实物图

表4 LED模块配对电池工作参数

表5 太阳能电池板参数

连接2个元件的太阳能电池板使用稳压器可使电压在5 V左右输出，背面配有防水接线盒和USB输出线，内置防回流二极管，解决电流倒充问题。太阳能电池板的蓄电能力与光照强度息息相关，为检验电池板的可靠性，在阴天的微弱光照条件下再次进行试验，如图4所示，结果显示在微弱光照下配置有稳压器的太阳能电池板仍能稳定地对iBeacon元件、手机、电池输送电流，满足充电目的，可解决出行问题。

图4 太阳能电池板工作测试

儿童的皮肤娇嫩，在童装的缝制中，必须处理所有的多余线头，以免误食和勒伤。iBeacon元件的缝制性能较差，须缝制一个符合尺寸大小的口袋，针对太阳能电池板的稳压器线路在后衣身上缝缀隐形拉链，方便进行拆洗和查看，保护和隐藏这些元件、线路，美化产品外观，延长服装的使用寿命。

2.2.2 色彩图案设计

色彩作为构成一件完整服装的三大要素之一，起着不可或缺的作用。随着儿童年龄的增长，儿童对美的色彩具有敏锐的感受力，对色彩的心理认知也不断发生着变化。色彩的穿插搭配是儿童的空间创造力以及审美爱好的倾向，色彩的应用一方面影响着他们的心理素质，另一方面也诉说着他们内心世界的秘密[7]。

本次的定位童装设计结合了面料的染色原理和色彩的搭配需求，选取了互为对比的橙色和蓝色，如图5所示。衣身、罗纹袖口主要是宝蓝色，袖子部位采用浅蓝色，帽子采用橙色，在明暗对比下，蓝色能够将橙色的温暖感觉衬托得更加突出，整体的色彩不会过于浓郁，不会留有刺激、抢眼的视觉感官体验，给人以比较清新、有活力的印象[8]。融入富有趣味性的魔方图案设计，使用不规则组合排列，表现出强烈的空间感。

图5 卫衣效果图

2.2.3 面辅料的选取

针对儿童的皮肤状况和身体特点，服装制作大多采用含棉麻丝毛等天然纤维及涤棉混纺等成分的纺织物，面料手感清爽，穿着舒适，且具有保护皮肤表皮细胞的功能，大多儿童的日常穿着服装采用的是以天然纤维为主要成分的针织面料[9]。在本课题中，主要针对纬平针组织、纬编罗纹组织、双反面组织、编链组织[10]4种类型的针织棉面料进行iBeacon元件传播信号的稳定性比较，见表6。

分析可知，采用纬平针组织的涤棉混纺面料为定位服装衣身的主面料，iBeacon的信号传输误差最小，发射信号最强。袖口和衣摆处则以纬编罗纹组织的涤棉混纺布作为衔接，使用的辅料装饰物主要在前衣身和背部，儿童不易扣取，减少了误食部位零件的可能性。

表6 元件在不同组织面料下的测试误差

2.3 服装效果的整体评价

服装效果的整体评价是审美性、装饰性、实用性三个分支的汇集与交融，其设计中的美涵盖了哲学、艺术、历史、文化、美学、工程学等多个学科，是与其他多种学科的交汇与融合。在制作童装的过程中同样要以设计成人装的严谨态度对待，综合结构、色彩、材料、装饰、功能等手段进行综合创造，将艺术形式与实用主义的精神发挥出来[11]。

2.3.1 审美性

孩童已具备了一定的审美观念，内心形成了一套自己关于美的认知，儿童的购买选择权也在观念意识的改变中不断提高，使得父母不再成为购买儿童服装绝对的决策者。审美意识的实现需要通过服装上的其他附加设计进行升华创造，才能同时博得家长和孩子的眼球。在智能定位童装中融入富有趣味性的魔方图案设计，魔方块的不规则组合排列表现出强烈的空间感，在背部的魔方块部位嵌入发光纤维材料，增强了视觉冲击力，减少了定位目标的被锁定时间，扩大了服装设计中的科技感染力，获得服装设计的美感。

2.3.2 装饰性

服装的装饰性代表了一部分审美倾向，也是服装工艺技术的呈现，能够将服装原本不和谐的、对立的成分弱化，成为画龙点睛之笔。儿童定位服装设计结合元件的使用特点，在面料材质上发生变化叠加，于太阳能电池板部位使用PVC透明面料，保证太阳能的吸收率，而周围点缀的光导纤维在未发光时呈现秸秆状的纤维特征。面料上的变化使设计层次更加丰富，也能使人联想到生活中类似物质的特征和表象，激发了孩子的想象力，具有一定的象征意义。

2.3.3 实用性

服装的实用性是购买者对商品质量满意度和价格接受度的综合对比权衡，儿童穿着的服饰选择权主要取决于父母的喜好。当下的童装消费主体的父母年龄段多数为80、90后，这个年龄阶层的父母更追求服装个性的表达、产品的安全性和功能化的实现[12]。因而，在儿童定位服装的设计制作中，要把设计要素进行综合和发散，增加定位功能，提高产品的附加价值。

与此同时，利用太阳能电池板的蓄电和发电功能，解决电池板的充电问题，更是对大自然资源的合理利用，对消费者来说，是经济环保的首选。在服装上使用太阳能电池板解决出行时手机充电问题和服装配件电池充电问题，不仅为消费者提供了便利，也传达了绿色消费观念和经济模式。

3 结语

传统定位服装受制于柔性技术发展，表现出服用性差和时尚性弱等诸多缺陷，与理想效果的呈现存在较大出入。新型儿童智能定位服装综合了物理柔性技术与童装款式的创新设计，在实际应用中表现出智能化、低能耗、时尚环保等诸多特点，实现了对传统GPS定位服装的突破，表明了思维创新对智能服装发展的重要性。这款新型定位智能童装能帮助家长在较短时间内确定孩子的移动位置，大大降低走失率，但元件与面料的缝制融合以及功能的完善和创新是需要解决的难题。未来的智能定位服装更应从多方面进行综合开发，融入现代化的科学技术，并不断转化设计思维，综合运用设计理论，让服装成为儿童成长和发育之路的伙伴。