一種功能性騎行裝的設計

任祥放 孟慶慧 沈雷 薛哲彬

摘要：針對太陽能資源的高效利用及騎行者多維度需求的現(xiàn)狀，對國內(nèi)外騎行裝的研究情況進行總結。把柔性非晶硅薄膜太陽能板、鋰電池、驅(qū)動自激多諧振蕩器、壓電蜂鳴器和多功能USB插口裝置組成一個閉路的電路系統(tǒng)，圍繞此系統(tǒng)，設計開發(fā)了時尚、多功能的戶外騎行裝。結果表明：具有柔性薄膜非晶硅太陽能板的騎行裝能夠充分滿足電子裝備供電的需求，而附有自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成的超聲波獨立系統(tǒng)能夠有效地驅(qū)逐騎行中遇到的小動物且不會對其造成傷害，保證了騎行者騎行中的安全，為騎行裝的智能化設計提供了參考。

關鍵詞：交通安全;柔性非晶硅薄膜太陽能板;驅(qū)動自激多諧振蕩器;多功能USB插口裝置;騎行裝

中圖分類號：TS941.73

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）06-0038-04

戶外騎行運動近幾年快速興起，同時，戶外騎行運動服的產(chǎn)業(yè)也發(fā)展迅速[1]。因為騎行運動涉及到交通線路及騎行時長等問題，難免會突發(fā)一些情況，如遇到小動物追逐，騎行時間久了手機、手電筒等電子裝備沒有足夠電量等?；隍T行者的多方面需求，本研究把柔性非晶硅薄膜太陽能板、鋰電池、驅(qū)動自激多諧振蕩器、壓電蜂鳴器和多功能USB插口裝置通過纖細導線連接，設計了一款智能交通安全騎行裝。滿足騎行者的交通安全功能和娛樂需求。

1國內(nèi)外現(xiàn)狀

騎行服伴隨著騎行運動文化的風行應運而生，同時騎行的多維度需求也推動了騎行裝的設計發(fā)展。

在國外，騎行運動大約起源于18世紀的歐洲，經(jīng)過漫長的發(fā)展和進步，騎行裝在紡織材料、結構性能和人體工學的研究上已經(jīng)占據(jù)了一席之地。Deng等[2]認為，未來服裝更多的是體現(xiàn)在智能紡織材料方面，互聯(lián)網(wǎng)與智能紡織材料的結合將是未來主導方向;Rome等[3]利用數(shù)據(jù)測試進行了騎車新手穿騎行防護服和不穿防護裝之間的預測因子實驗，認為這兩者之間沒有太多關系，但是需要開發(fā)更多的安全防護裝保護消費者身體;Aldrich等[4]設計了一款時尚男士騎行夾克，騎行中可感受溫度、光感報警、有LED等警示及可以為電子裝備充電;Beanland等[5]發(fā)明了一款安全的騎行自行車，可以發(fā)電、照明、緊急呼叫等，與騎行服組成一個防護系統(tǒng)，最大限度地提供可接受性。總的說來國外在紡織品面料、人體數(shù)據(jù)和產(chǎn)品設計方面進行了深入研究，同時又與周圍產(chǎn)品匹配形成系統(tǒng)化的影響。

國內(nèi)在騎行運動方面起步較晚，真正形成趨勢約在20世紀80年代，隨著國門的打開，時尚的騎行運動被人們推崇，但在騎行服的研究上缺乏深入地探討。劉娜等[6]發(fā)表了騎行上衣的面料應用和特色功能設計現(xiàn)狀，提出未來要利用新技術開發(fā)新面料，并按照人體工程學特點進行有效地設計研發(fā);趙錦[7]從自行車騎行服的功能性角度來分析研究騎行服的設計方法和思路;張海紅[8]闡述了現(xiàn)在騎行服的具體分類，并探討了騎行服的設計要點。仇春燕等[9]在戶外運動監(jiān)測功能騎行服的設計研究中，探討了舒適性面料、時尚性的結構設計和具有傳感交互功能的騎行裝設計?？偟恼f來，國內(nèi)多數(shù)的研究在實際測試和應用方面較少。同時在騎行裝的便宜化和功能化研究上幾乎處于空白，同時這也是本文所探討的一個問題。

2設計思路

功能性騎行裝不同于一般的服裝產(chǎn)品，具有易于操作、可洗、微型傳感器、貼合人體工程學和工作效率高等特點才能符合消費者的需求。功能性騎行裝系統(tǒng)設計原理見圖1。柔性非晶硅薄膜太陽能電池[10]為新型的技術產(chǎn)品，質(zhì)量輕，可彎曲，易裁剪，轉(zhuǎn)化率高，同時它能以獨立的插件形式與騎行裝口袋復合，可以進行拆卸清洗;驅(qū)動自激多諧振蕩器[11]供電后，發(fā)生震動并通過壓電蜂鳴器，發(fā)出與動物（狗）相似的超聲波頻率，達到驅(qū)擾、保護交通安全的目的，其中（5）、（6）組成一個單獨的系統(tǒng)，并有花紋圖案作為裝飾，固定在袖口處，可拆卸;撥碼開關控制下的USB插口可自主的為手機、MP3、收音機等設備充電，為騎行者提供便利、娛樂;功能性騎行裝共有兩種著裝狀態(tài)，一種是正常生活的穿著狀態(tài)，衣服上沒有太陽能板附件和驅(qū)狗器;一種是功能性的穿著狀態(tài)，帶有各種功能性裝備。

3電路設計原理

圖2為一種功能性騎行裝的電路設計原理，其主要電路節(jié)點是：柔性非晶硅薄膜太陽能板（Solar Cell）、撥碼開關（SW DIP—2）、定時器（U1）、電容器（C1）、電容器 （C2）、電容器（CP）、固定電阻（R1）、固定電阻（R2）、微調(diào)電阻（Rvar）、閾值設定端（Thresh）、定時器觸發(fā)端（Trig）、壓電式蜂鳴器（BUZZER）、鋰電池（Button Battery）、多功能USB插口裝置（Usb socket device）等節(jié)點。

柔性非晶硅薄膜太陽能板的正極與撥碼開關輸入端相連，與定時器的正極端、復位端相連;定時器的正極端與固定電阻相連;固定電阻與定時器的放電端、固定電阻相連;固定電阻與微調(diào)電阻端相連;微調(diào)電阻與閾值設定端、定時器觸發(fā)端、電容端相連，定時器的正極端與固定電阻相連;固定電阻與定時器的放電端、固定電阻相連;固定電阻與微調(diào)電阻端相連;微調(diào)電阻與閾值設定端、定時器觸發(fā)端、電容端相連;定時器的電路地端與電容（端相連并接地;定時器的控制電壓端與電容相連并接地;定時器的輸出端與電容相連，電容與無源貼片壓電式蜂鳴器相連并接地;柔性非晶硅薄膜太陽能板的負極與壓電式蜂鳴器相連;鋰電池的正負極分別與撥碼開關輸入端、柔性非晶硅薄膜太陽能板的負極相連，其中負極端接地。

圖3所示為驅(qū)狗電路，由太陽能板、紐扣電池、撥碼開關組成，形成DC電源部分，驅(qū)動自激多諧振蕩器和超聲波為輸出電路工作。其中多諧振蕩器由定時器（U1）、固定電阻R1、R2、微調(diào)電阻（Rvar）以及電容（C1）、（C2）組成;超聲波輸出電路是由壓電蜂鳴片（BUZZER）組成。

圖3可拆卸的驅(qū)狗器電路

白天或光線較好時，撥碼開關切換到太陽能電池板（Solar Cell），其提供的9 V電源使自激多諧振蕩器發(fā)生振蕩，通過壓電蜂鳴器（BUZZER）產(chǎn)生超聲波輸出，在微調(diào)電阻（Rvar）的控制下，其超聲波振蕩頻率為15～25 kHz;同時產(chǎn)生的電源功率不會對人體造成傷害，這樣做到功效兩不誤。

夜間或光線較暗時，撥碼開關切換到三顆紐扣電池，作為輔助電源，為自激多諧振蕩器提供9V電源輸入，同理，使其振蕩并產(chǎn)生超聲波輸出。

騎行者穿上附有驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨立系統(tǒng)的騎行裝，按動開關，會發(fā)出與狗類似的超聲波頻率范圍，2～3 s就會達到效果，為騎行保駕護航。

4功能性騎行裝的設計

4.1款式設計

基于騎行時人體工程學特點，及附件舒適的附著在服裝上的要求，設計了基于4片的插肩袖、收頸立領、刀背線、易于騎行的下擺造型、整體流線造型的功能性交通安全騎行裝。此款騎行裝已經(jīng)在研發(fā)階段，正在做整個驅(qū)動線路和太陽能電池的連接工作，并且在嘗試怎樣完美的和服裝結合。

圖4中所示：1是輕便驅(qū)動物裝備（驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨立系統(tǒng)），大小如紐扣，體積小重量輕，操作簡單，并且與袖口處帶圖案的腕帶結合，可拆卸，有裝飾功能;2是柔性非晶硅薄膜太陽能板，配有鋰電池、掃碼開關及多功能USB插口裝置，袖口上有放置裝置的口袋，整個裝置以附件的形式結合，可以拆卸，清洗;把太陽能板設置在袖子，源于它的功效和太陽光照的角度有關;3是后背的斜插袋，主要方便騎行者方便存取東西，口袋分為3個，兩側(cè)是騎行經(jīng)常用到的，中間口袋備用，同時斜向的設計符合人體工程學?？钍綀D正面的下擺前短后長，設計目的是保護腰部，防止腰部受到風寒的侵襲。

圖4智能交通安全騎行裝的款式

4.2面料和色彩的選用

基于騎行者在騎行過程中的模擬體驗，面料選用具有彈性、單向?qū)瘛⒎漓o電的柔軟混紡面料，純棉麻等材質(zhì)都不適合。這是因為彈性面料修身，流線型的造型能減少騎行阻力，節(jié)省騎行者體力;單向?qū)窨梢允购顾蜔崞杆倥懦鲶w外，保持騎行者身體舒適狀態(tài)。

色彩方面，主顏色以黑色或者深灰色等中性色調(diào)為主，輔助顏色以橘色、亮灰色等顏色為主，發(fā)揮警示作用。

4.3設計效果評估

柔性薄膜非晶硅太陽能板是目前太陽能板產(chǎn)品中轉(zhuǎn)化效率比較高效的，而且價格便宜，易操作。騎行裝中右側(cè)袖子裝置4塊可拆卸的太陽能板，每塊使用面積為80 cm2，整體使用面積為320 cm2，經(jīng)測試轉(zhuǎn)化率約為12.4%。一般手機電池輸入電壓為5 V，當白天光線較好時，太陽能板大約可為一只手機提供6 h左右充電時間，陰天微弱情況下也能供應手機充電3.5 h左右。據(jù)統(tǒng)計，一般騎行時間為2～4 h，對于一般的供電裝置，騎行時間久了也不怕電不夠用;驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器均是耗電很低的微型裝置，工作功率為22 mA左右，充分滿足主要功能的需求。

騎行者穿上附有驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成的超聲波獨立系統(tǒng)的騎行裝，按動開關，會發(fā)出與狗類似的超聲波頻率范圍，從而達到驅(qū)逐動物的效果。研究模擬了兩組實驗，分別是沒有佩戴和配有驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨立系統(tǒng)的騎行裝，兩組每隔一天同一時刻通過一個有小動物經(jīng)常出沒的地段，沒有其他因素影響，發(fā)現(xiàn)不配有超聲波系統(tǒng)的騎行者被小狗追逐，騎行者在被追逐過程中擔心被咬，騎行速度加快，處置不當則有交通事故發(fā)生的危險;配有超聲波系統(tǒng)的騎行者在發(fā)現(xiàn)有小動物追逐的時候，按動開關，對著小動物，獨立系統(tǒng)釋放超聲波頻率，小動物表現(xiàn)煩躁，不敢靠近。為了增加實驗數(shù)據(jù)的準確性，又設置了幾組實驗，最終得出：超聲波獨立系統(tǒng)對驅(qū)逐小動物很有作用，并且超聲波只是暫時的擾亂動物的接收頻率范圍信號，對其并沒有傷害，遠離了騎行者就會恢復正常。

5結語

基于太陽能資源的合理利用，以及人們現(xiàn)在對健身騎行運動的熱愛，功能性的戶外服裝研究已經(jīng)取得一定的成果，但大部分處于初級實驗或應用階段。輕便驅(qū)動物裝備（驅(qū)動自激多諧振蕩器、蜂鳴器組成獨立系統(tǒng)）質(zhì)量輕、體積小，在騎行裝上的應用具有優(yōu)勢;柔性非晶硅薄膜太陽能板也是新興的技術產(chǎn)品，其在服裝上的合理設計，為騎行者多維度的需求提供了可能。

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