人体工程学的智能警示服舒适性初探

杨宇渊

(西南大学桑蚕纺织与生物质科学学院,重庆 400000)

当前我国交通事业呈现快速发展趋势,公路上工作人员及行人不断增加,道路工作人员(交警、环卫工人等)由于工作地点的特殊性,成为交通事故中的高危人群[1]。工作环境的特殊性以及时常发生的雨雪、雾霾等恶劣天气都是造成道路工作人员伤亡的重要原因,除此之外,工作人员自身的防护措施不足也是不容忽视的问题。现有的防护措施主要通过反光工作服来实现,但现有的工作服经过磨损后,反光效果明显下降,达不到应有的保护效果,尤其在极端天气中,可视度更是大幅下降[2]。

一、人体工程学在警示服设计中的应用

在警示服设计和开发时,应以“人——服——环境”为设计理念,在满足基本功能的基础上,优化防护服的结构设计,使穿着者感到舒适[3]。李春苗[4]研究发现抢险人员的服装背部宽度对穿着者胳膊活动外观影响很大,并设计出袖子开口与袖子间的合理关系。通过研究裤裆形状的变化和裤装的贴合程度,得出了裤裆长度、裤裆宽度和后裆倾角之间较为合理的匹配关系[5]。本文基于人体工程学理论,分析人体运动幅度大的关节支点的运动特点,获得人体体表在运动状态下的结构分割线,得到自发光智能安全警示服的结构分割和放松量,最终设计出可以根据周围环境光源的变化智能调节发光带亮度和颜色的警示服,该警示服具有较高的安全性和舒适性。如图1所示:

图1 警示服套装设计

二、LED发光警示服设计思路

(一)LED发光警示服设计思路

本文基于人体工程学理论,分析人体在运动状态下,身体的运动特点,选择发光带的合理布置[6]。基于对人体运动状态的分析,总结出人体运动的伸缩变化规律,根据人体轮廓以及服装结构,在保证服装功能的前提下,合理设计感光器、发光二极管(称为LED)组成的发光带及其分布位置。采用上述研究感光器、发光装置与周围环境的智能匹配算法,保证安全服智能自发光功能的运行。

LED灯带可以定制化、个性化、专业化地附加在衣服上,时尚美观且重量轻,引人注目。供电由12V锂电池供电,续航时间长,稳定性高,安全可靠,并易于携带。在白天光照强度强的环境下,系统处于待机、睡眠状态,低功耗运行。在光照强度弱的环境下,如黑夜,系统进入工作状态,LED灯带发出强烈光芒,并且通过灯带上的按键控制闪烁频率,从而满足客户多场景化的应用。

(二)LED发光系统子模块硬件设计

控制单元为3cm×3cm的PCB电路板,使用功率继电器控制LED灯带的闪灭,输入为5-12V电源,输出是5V直流电源。电路板上装有光敏传感器,可以通过电位器控制系统对光照的灵敏度。

图2 控制单元实物图

1.光照传感模块电路

设计中为了充分利用光源,常在光源上附加一个反射装置,使得某些方向能够得到比较多的光通量,增加被照面上的照度。本文采用的是GY-30传感器,其光照范围广,为0-655351x。当接上电源后光照传感模块自动检测并显示对应的外界光照强度,光照传感模块电路如图3所示,当检测到外界光照强度时,GY-30传感器通过SCL和SDA两个引脚进行光照度数据的传输。

图3 光照传感模块电路示意图

2.红外感应模块电路

由于人体温度与环境温度不同,人体在进入检测区后温度会发生变化,因此可分为如下几个情况进行讨论:当无人进入检测区时,环境温度保持不变,电平因此不会产生变化;当有人进入检测区时,温度发生改变,电平也随之变化,由此给单片机发送对应的操作信号;当人体在检测区保持不动时,检测区内温度状态稳定,电平不发生改变,不会给单片机发送任何操作信号。红外感应模块电路如图4所示。

图4 红外感应模块电路示意图

3.LED驱动模块电路

LED驱动模块的输入范围5-35V,输出350mA±20mA驱动1-10颗1W LED,支持PWM调光高电平关闭输出低电平开启输出。降压工作模式保证LED的总压差低于输入电源电压2-3V即可工作。

(三)光照传感器驱动设计

当光照强度发生变化时,LED照明系统也会根据此变化进行相应的调节,光照强度增强时,单片机在接受信号后降低LED的亮度;相反,光照强度降低时,单片机会提高LED的亮度,使得LED灯光与环境光互补并始终处于一个适合人眼观看的亮度,以此达到最佳的观看效果。光照传感器驱动流程如图5所示。

图5 光照传感器驱动流程图

光照传感模块可以将光照强度的变化转变为电压数据的变化并进行传输。传感器GY-30将接收的数据进行处理,将数据发送至接收模块进一步合成,最终成为符合要求的光照数据。部分合成代码为:dis_data=BUF[0];dis_data(dis_data＜＜6)+BUF[1];//合成光照数据temp=(float)dis_data/1.2。传感器GY-30在使用前还需设置对应的端口,其中,光照传感器和单片机的接口分别为P1和P2,SCL设定为驱动时钟的引脚,同时P1和P2引脚与SDA数据相对应。

三、结语

LED发光警示服的研究已取得了一定进展,但是试验还处在初期研发阶段,后期还需要进一步关注警示服的使用性能。此款LED发光警示服电路和服装款式设计合理,可有效保障道路工作者的人身安全,具有一定的市场空间和潜力。不足之处是电路设计智能化程度不高,后期需着重研究如何在电路系统中连接光线感应器,以提升警示服的科技含量。另外警示服的类别还需要细分,制作工艺有待改进,以达到产业化应用的目的。