關于智能空調服裝的研究

1、關于智能空調服裝的研究摘要隨著時代發(fā)展，服裝產(chǎn)業(yè)也隨之發(fā)展，越來越智能化。本文基于半導體制冷技術，提出一種智能服裝的設計。將小巧靈活的半導體制冷片嵌入服裝中，通過單片機編入預測PI控制算法控制，進行恒溫控制。研究設計表明該設計的可行性，但存在實用可行性方面的問題。關鍵詞智能服裝;半導體制冷;預測PI半導體制冷技術，因其安全、無污染、靈活的優(yōu)點以及制冷效率低下的缺點，目前只被應用于一些小型制冷場合。預測PI控制算法，是基于原有的PI控制，在其基礎上，添加預測環(huán)節(jié)，使其能夠更好地控制滯后對象。本文基于以上兩種技術，提出智能空調服裝的設計以及設計實現(xiàn)上難點以及解決方法。智能空調服裝概述智能服裝智能服

2、裝是一門交叉技術，它包含了紡織、自動化、材料等學科，是一種新型的智能結合產(chǎn)物。以服裝作為基礎，采取不同形式方法，使服裝本身具有一定的功能，構成完整的智能系統(tǒng)。常見的方法有3種：一是服裝直接外接微型智能電子元器件;二是利用物理或化學整理技術賦予普通纖維材料特殊功能;三是通過梭織、針織等織造方法將智能纖維或智能紗線織入紡織服裝產(chǎn)品中1。半導體制冷半導體制冷技術最早出現(xiàn)于19世紀，是種熱電制冷技術，能夠通過對電流的控制，來控制半導體制冷片的特性，故半導體制冷又稱熱電制冷2。其原理是基于帕爾帖效應直流電經(jīng)過兩個不同型的半導體形成的接點時，接點處會產(chǎn)生溫差和熱量的轉移3預測PI控制算法1992年Hagg

3、lund第一次提出預測PI控制算法這一概念，它是Smith預估器的一種特殊形式，其由分別獨立的兩部分組成：PI部分和預測部分4。相比于傳統(tǒng)PI控制，預測PI控制在保持原性能情況下，還具有預測功能，能有效控制滯后對象。智能空調服裝系統(tǒng)模塊設計整個智能空調服裝系統(tǒng)具有5個模塊，供電模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、單片機控制模塊、人機交互模塊、半導體制冷片模塊，分別協(xié)調完成相應的功能，以達到恒溫控制的效果。系統(tǒng)結構圖如下所示：電源模塊由直流電源構成，負責提供單片機、半導體制冷片、液晶顯示等的供電。數(shù)據(jù)采集模塊由溫度傳感器構成，采集人體與衣服之間的溫度信息，并將信息傳遞給單片機。單片機控制模塊由單片機構成，往其中

4、編寫相應程序，通過采集模塊傳輸過來的數(shù)據(jù)和人機交互控制面板上的數(shù)據(jù)，負責協(xié)調控制各模塊運作。人機交互模塊由顯示屏和鍵盤構成，負責實時顯示溫度和制冷制熱控制，目標溫度設定功能。半導體制冷片模塊由半導體制冷片構成，整個系統(tǒng)的執(zhí)行機構，通過單片機控制供電電流的大小和方向，實現(xiàn)制冷制熱，以及制冷制熱量的大小。智能空調服裝設計難點智能空調服裝是基于半導體制冷片提出的一種智能服裝，所以其在保持服裝特性，還需實現(xiàn)恒溫控制的效果，該服裝實現(xiàn)過程中存在幾個難點。制冷散熱通過之前的原理介紹可知，半導體制冷片制冷時，會產(chǎn)生溫差和熱量轉移，一端制冷一端散熱，經(jīng)調查驗，當半導體不可長時間工作在無散熱的制冷狀態(tài)下，這樣容

5、易損壞半導體制冷片。夏天制冷時，冷端對著人體制冷，熱端處于炎熱的外界環(huán)境下，自然散熱效率低下，很容易損壞。這時候就需要對熱端進行散熱處理。電源供電目前半導體制冷片得不到大型廣泛應用的原因，其中很重要的一點在于半導體制冷片有一個致命的缺點制冷效率低。制冷效率低，意味著需要消耗更多的能量，這對電源的供電提出了要求。硬件布線整個智能空調服裝設計，需要往衣服中嵌入電子元件和電線，一般半導體制冷片的工作電流大小為3A這對于服裝設計的安全性和舒適性提出了挑戰(zhàn)。解決方案針對上述難點，提出一些可行的解決方案。熱管散熱半導體制冷一般常見的散熱方式有4種，自然對流散熱、強迫對流散熱、水冷散熱、熱管散熱。這里對比分

6、析，采用熱管散熱。自然對流散熱為與外界環(huán)境進行交換散熱，強迫對流散熱利用風扇對熱端進行散熱，水冷散熱利用水的循環(huán)來對熱端進行散熱，熱管散熱利用散熱片和熱管的組合進行散熱。能運用在智能空調服裝上的散熱方法為水冷散熱和熱管散熱，但考慮兩種散熱方式的特性，推薦使用熱管散熱，因為水冷散熱由水泵、蓄水池和散熱水層三個組成，對于外界的影響雖然最低，但隨身攜帶不方便，對電源供電也有要求。熱管散熱則具有散熱效率高，體積小重量輕方便攜帶的優(yōu)點，只需將熱管附在熱端表面即可起到散熱作用，所以采用熱管散熱。鋰電池針對智能空調服裝的特點，電源需要滿足三個條件，為了環(huán)保節(jié)能需要可循環(huán)使用，服裝穿在身上需要攜帶方便（體積小

7、重量輕），要至少滿足工作一天的電量需要大容量。根據(jù)以上要求，需要蓄電池，可一般的蓄電池在滿足大容量條件下，基本滿足不了攜帶方便的條件?？紤]這些因素，在這推薦采用鋰電池，鋰電池在同等電容量下，體積重量是一般的蓄電池的十分之一，而且不產(chǎn)生污染。液態(tài)金屬3D打印向服裝中添加電子器件，其電子器件的絕緣必須做好，但同時也要滿足一定的舒適度。目前有一門新興的技術一一液態(tài)金屬3D打印，其能做到在柔性材料上利用液態(tài)金屬打印上電路，而且能夠使用，這是十分重大的應用技術，目前還未完全發(fā)展成熟，但這對于智能服裝的發(fā)展影響是巨大的?？偨Y與展望本文提出了一種基于半導體制冷片的智能服裝設計，并對其實現(xiàn)形式、系統(tǒng)模塊進行了

8、一定的分析。還對其中一些設計難點提出了一些解決方案。目前的技術能夠完成整個設計，但還是存在一些不足的地方（如便攜性與舒適性、安全性），所以還不能全面普及。但隨著科技發(fā)展，這些問題會得到解決，就如同液態(tài)金屬3D打印技術的誕生，就為此問題的解決，提供了重要的幫助，還有未來電池的發(fā)展等，希望本文提出的設想與方案能在未來科技發(fā)展的條件下，最終使智能空調服裝得以實現(xiàn)。參考文獻王棟，卿星，蔣海青，等.纖維材料與可穿戴技術的融合與創(chuàng)新J.紡織學報，2018，39（5）：150-154.郭琛，潘開林，程浩.熱電制冷技術的研究進展J.微納電子技術，2018，5512）：927-931.3申勇.用半導體制冷片為CPU降溫J.承德