基于LilyPadArduino的寵物狗智能夜行服研發(fā)

姜茂欣 魯虹 黃婉蓉 李鑫鑫

摘 要：全球?qū)櫸飻?shù)量每年都在快速增加，養(yǎng)寵居民對寵物服裝的款式與功能需求也逐步提升，保障寵物安全成為養(yǎng)寵物居民的核心訴求。為保障養(yǎng)狗居民在夜間遛狗時彼此的生命安全，通過市場調(diào)研、問卷調(diào)研、深度訪談確定寵物狗智能夜行服的功能需求，并結(jié)合FEA模型總結(jié)得出符合用戶需求的設(shè)計方案，通過LilyPad Arduino模塊實(shí)現(xiàn)寵物狗夜行服的特殊功能，根據(jù)對樣衣的修改確定最終設(shè)計方案，并制作樣衣進(jìn)行測評。研發(fā)展現(xiàn)了LilyPad Arduino在智能可穿戴服裝運(yùn)用中的創(chuàng)造性，也實(shí)現(xiàn)寵物服裝市場新型服裝的創(chuàng)新需求。

關(guān)鍵詞：寵物狗智能夜行服;安全警示;LilyPad;Arduino;可穿戴技術(shù)

中圖分類號：TS941.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2021）03-0065-06

Abstract： The number of pets worldwide is increasing rapidly every year， and pet owners have gradually increased the needs of styles and functions of pet apparel. The protection of pet safety has become the core appeal of dog owners. To guarantee the life safety of both the dogs and the owners when they walk dogs at night， the functional requirements of intelligent night wear for pet dogs were determined by market research， questionnaire research， in-depth interviews， and a design plan that meets users needs was obtained by combining FEA model. The special functions of the intelligent night wear for pet dogs were realized by the LilyPad Arduino. According to the modification of the samples， the final design was determined and the samples were made for testing and assessment. This research shows the creativity of LilyPad Arduino in intelligent wearable clothing applications， and also realizes the innovative demand for new clothing in the pet apparel market.

Key words： intelligent night wear for pet dogs; safety warning; LilyPad; Arduino; wearable technology

全球的寵物市場正在飛速發(fā)展，許多國家在寵物購買和開銷上花費(fèi)增加，其中寵物服裝占據(jù)寵物市場舉足輕重的位置。中國寵物服裝市場更注重寵物服的美觀性與便捷性，對寵物服的安全性能考慮較少。寵物的出行安全是養(yǎng)寵居民比較擔(dān)心的問題，然而市場上的寵物夜行安全設(shè)備可選擇范圍小也并不完善，主要以反光牽引繩、反光雨衣、LED夜行燈、LED項(xiàng)圈和光束遛寵物繩為主[1]。研究將寵物狗夜行服設(shè)計與LilyPad Arduino開發(fā)板結(jié)合，旨在開發(fā)出一款寵物狗智能夜行服，降低寵物狗夜行滋生安全事故的可能性。

1 寵物狗智能夜行服的市場分析

市場分析主要通過線下與線上的市場調(diào)研、網(wǎng)絡(luò)與實(shí)地發(fā)放的問卷調(diào)研和面對面的深度訪談3個方面，具體調(diào)研了寵物智能夜行服的市場需求以及功能需求。此次問卷調(diào)研采取網(wǎng)絡(luò)發(fā)放問卷和實(shí)地發(fā)放問卷的方式，實(shí)地發(fā)放問卷對象為上海天山公園遛狗居民?？偣舶l(fā)放問卷243份，有效問卷210份，問卷有效率為86%。有效問卷中，共有養(yǎng)狗居民104人，非養(yǎng)狗居民106人。

1.1 寵物狗智能夜行服功能需求分析

問卷調(diào)研中，在關(guān)于寵物狗智能夜行服設(shè)計因素重要程度方面，穿脫方便為居民考量的最重要因素，平均排名2.23;其次為穿著舒適，平均排名2.80;然后是具備智能元素，平均排名2.99;最后是可水洗和款式美觀，平均排名分別為3.13和3.85。具體數(shù)據(jù)和曲線分析見圖1。

1.2 寵物狗服款式分析

在淘寶電商平臺中，按月銷量（2019年3月）從高至低排序，挑選10家銷量最高的寵物服店鋪進(jìn)行調(diào)研。如圖2所示，將寵物狗服裝款式總結(jié)為4類，分別為短袖背心款式、無袖背心款式、四腳短袖款式和四腳無袖款式。根據(jù)問卷調(diào)研得出，64%的養(yǎng)狗居民偏好無袖背心款式。無袖背心款式穿脫十分方便，最為符合養(yǎng)狗居民對寵物智能夜行服設(shè)計元素的核心訴求。

1.3 寵物狗智能夜行服設(shè)計因素分析

在關(guān)于寵物狗智能夜行服設(shè)計因素重要程度方面，穿脫方便為居民考量的最重要因素。調(diào)研顯示，46%的養(yǎng)狗居民偏好插扣穿脫，29%的養(yǎng)狗居民偏好魔術(shù)貼穿脫，12%的養(yǎng)狗居民偏好按扣穿脫，僅有7%和6%的養(yǎng)狗居民偏好拉鏈穿脫和搭扣穿脫。魔術(shù)貼方便穿脫，缺點(diǎn)是容易拉扯到寵物狗的毛發(fā)[2]。其次為穿著舒適，主要體現(xiàn)在服裝面料的舒適性。65%的養(yǎng)狗居民希望選用普通寵物服的棉質(zhì)面料，45%的養(yǎng)狗居民希望選用類似警示服的滌棉面料，剩余養(yǎng)狗居民偏好防水面料和反光面料。具體數(shù)據(jù)見圖3。

在發(fā)光功能方面，72%養(yǎng)狗居民希望寵物服兼具反光和發(fā)光的功能，調(diào)研顯示背部反光和常亮發(fā)光為最主流的選擇。48%的養(yǎng)狗居民和非養(yǎng)狗居民選擇常亮作為理想夜間遛狗發(fā)光形式，35%的居民認(rèn)為閃爍的方式更好。2 寵物狗智能夜行服的研發(fā)設(shè)計

2.1 款式設(shè)計

寵物狗智能夜行服的研發(fā)主要結(jié)合新版FEA模型[3]和市場需求分析得出的結(jié)論，從3個方面來考慮，分別是功能性、美觀性和商用性。如圖4所示，采取無袖窿設(shè)計配合織帶調(diào)節(jié)，增加寵物狗穿著舒適感。

寵物狗智能夜行服整體采用透氣性較好的天然材質(zhì)棉質(zhì)面料，保證寵物狗自身的體驗(yàn)。采用熒光綠作為主要顏色，伴以中間色黑色作為輔助顏色中和掉一些大面積熒光綠所帶來的沖擊感。

反光條有4種面料選擇方案，分別是高亮化纖反光布、高亮滌棉反光布、亮銀滌棉反光布、高亮壓燙反光帶[4]。從反光能力和工藝難度兩方面綜合考慮，最終選擇反光系數(shù)最好且操作性較高的亮銀滌棉反光布。

2.2 功能設(shè)計

寵物狗服的智能發(fā)光功能由LilyPad套件結(jié)合LED彩光燈實(shí)現(xiàn)。LilyPad套件是一體化的電子紡織品原型制作套件，LilyPad電路板和傳感器包括電源的體積相對于其他Arduino元件小很多，而且利用導(dǎo)電織線進(jìn)行連接可以增加面料的可塑性，在款式設(shè)計上有更大的發(fā)揮空間，并且沒有通電導(dǎo)線帶來的不穩(wěn)定感和不安全感。傳感器選用的是和LilyPad配套使用的套件，分別有光敏傳感器、開關(guān)、按鈕、LED燈。

2.2.1 發(fā)光模型設(shè)計

從市場推廣角度考量，一共設(shè)計了3種最終方案供消費(fèi)者選擇，分別是方案1：光線亮?xí)rLED不亮，光線弱時LED微亮，黑暗中LED常亮;方案2：光線亮?xí)rLED不亮，黑暗中LED閃爍;方案3：光線亮?xí)rLED不亮，光線弱時LED慢速閃爍，黑暗中LED常亮。

2.2.2 LilyPad Arduino模擬測試

在對Arduino接口多次模擬測試之后，進(jìn)行閃爍及常亮功能的語句的調(diào)試。經(jīng)過測試1 000 ms（1 s）的閃爍頻率過于慢，500 ms（0.5 s）的閃爍頻率觀感比較舒適。關(guān)于常亮編程，只需一直保持高電壓狀態(tài)即可。

光敏傳感器也是本次比較關(guān)鍵的電子元件，能根據(jù)光線的強(qiáng)度輸出0到5 V的模擬量數(shù)據(jù)。日光下最高輸出5 V，如果光線被擋住則輸出0 V。光值均為傳感器檢測出光線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓再生成的光值。光值是通過串口監(jiān)視器來查看傳感器感知的數(shù)據(jù)，所以要在環(huán)境設(shè)定中初始化串口通信，并將波特率設(shè)置為9 600。之后通過不同環(huán)境下的光來檢測對應(yīng)的光值，并測試光敏傳感器的靈敏度，例如將光值設(shè)置為50，如果周圍光線強(qiáng)度小于50光值，紅色LED會閃爍，否則熄滅。

2.3 工藝設(shè)計

國外的寵物服結(jié)構(gòu)設(shè)計主要參考由2006年Jung等[5]設(shè)計的原型結(jié)構(gòu)和2010年Kim等[6]優(yōu)化的原型結(jié)構(gòu)。在前人研究的基礎(chǔ)上，最大化寵物狗的身體特征，根據(jù)胸圍量化每個部分的值，使其可以根據(jù)寵物狗的大小方便地使用[7]。這類版型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于各類尺寸的寵物狗都能根據(jù)自身尺寸計算制作結(jié)構(gòu)紙樣。寵物智能夜行服服裝結(jié)構(gòu)需要根據(jù)寵物狗較為普遍的身體結(jié)構(gòu)和夜行的活動方式和習(xí)性來設(shè)計[8]，款式的變化方式其實(shí)和人體服裝紙樣類似。圖5為根據(jù)立裁的樣衣，進(jìn)行多次制作修改完成的夜行服款式圖和結(jié)構(gòu)圖。

2.3.1 LliyPad拼接與整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

寵物狗智能夜行服結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計難點(diǎn)一是如何將帶有LilyPad的面料和成衣之間制作成可以拆卸的關(guān)系。因?yàn)楣饷魝鞲衅鞅仨氈苯咏佑|光線，在被包裹狀態(tài)下不夠靈敏，所以要考慮到光敏傳感器部分必須露出。最終，最優(yōu)的設(shè)計方式就是使用貼片、貼袋和插片的概念，將帶有LilyPad的面料做成可拆卸式。確定貼片、插片、貼袋的位置也是一個極其重要的研究內(nèi)容。最終的夜行服成衣結(jié)構(gòu)圖與尺寸如圖6所示。

2.3.2 LliyPad縫制工藝設(shè)計

可穿戴智能服裝除了編程設(shè)計外，另一難點(diǎn)在于縫制工藝設(shè)計，主要包括LilyPad整體電路圖的設(shè)計，LilyPad縫制在面料上的工藝以及保證導(dǎo)電織線的絕緣設(shè)計。

電路圖的設(shè)計是在拆卸完電子元件之后，根據(jù)結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行電路的設(shè)計與連接，如圖7所示。

LilyPad的縫制比普通服裝縫制步驟復(fù)雜。為了使導(dǎo)電織線與接口接觸良好，在接口處縫制時應(yīng)繞3～4圈。為了整體線路的美觀性，一般都會針腳間隔均勻并且不重疊。有些設(shè)計會將整體線路暴露，這時正面線跡可以比反面線跡短，以達(dá)到隱形的效果。如果整條線路都屬于通路狀態(tài)，線跡最好連貫?？p制工藝的難點(diǎn)在于如何將已化繁為簡的電路設(shè)計在真實(shí)面料上縫制，并且通路正確，線跡連貫且規(guī)律。在縫制期間需要注意防止線路短路。

關(guān)于導(dǎo)電織線的絕緣設(shè)計，需要特別注意絕緣電源和接地線，以免電池短路。絕緣線跡可以防止因移動，折疊或與導(dǎo)電表面接觸而產(chǎn)生的潛在短路，以及在磨損或清洗過程中增加額外的屏障。有5種電子紡織品的絕緣技術(shù)[9]可供選擇：彈力織物膠、面料漆、織物層/襯里、刺繡/裝飾拼接黏襯。綜合考慮工藝難度系數(shù)和干燥凝固時間等因素，最終選擇兼具美觀性和生產(chǎn)實(shí)用性的刺繡作為本次絕緣技術(shù)，而且刺繡可以直接將線跡的正反面包裹住。

成衣制作運(yùn)用熒光綠棉質(zhì)面料和黑色包邊條拼接，智能發(fā)光局部效果如圖8（a）所示，滿足具備安全警示的作用。在制作上將LilyPad放置在側(cè)面以適合寵物運(yùn)動習(xí)性，LilyPad在面料上用工整的手縫方法，能夠順利運(yùn)行完整的電路如圖8（b）所示，最后進(jìn)行導(dǎo)電織線的絕緣處理，如圖8（c）所示。

3 寵物狗智能夜行服著裝測試與設(shè)計

3.1 著裝測試

分別在黑暗中、模擬路燈、燈光照射下的

測試寵物狗智能夜行服的著裝效果。

黑暗中的夜行服燈光較為明顯，如圖9（a）所示，但是不屬于刺眼的范疇?？梢暂^為明確的感知到寵物狗的行動軌跡，因?yàn)榱骶€型的燈光設(shè)計比較能感知到寵物狗的方位及即將要運(yùn)動的狀態(tài)。

模擬路燈下的夜行服反光能力不強(qiáng)，如圖9（b）所示，因?yàn)楣饩€沒有直接照射在反光條上，但是LED的燈光能彌補(bǔ)反光能力較弱的缺陷，在可視范圍內(nèi)都能較為清晰的分辨寵物狗的去向。

模擬燈光照射下的夜行服反光程度極高，如圖9（c）所示，能夠清晰分辨前方存在活動的物體，能較好的保護(hù)寵物狗及主人的安全。LED發(fā)光效果在燈光強(qiáng)射的程度下偏弱，但是反光條彌補(bǔ)了因周圍光線過亮而導(dǎo)致的發(fā)光效果弱的缺點(diǎn)。

3.2 著裝評價

在評價中，受訪者可以真實(shí)感受成衣并模擬穿脫。主觀打分為產(chǎn)品滿意度，1至5分，1分表示不滿意，5分表示非常滿意。關(guān)注程度為產(chǎn)品重要性，1至5分，1分表示不重要，5分表示非常重要。具體數(shù)據(jù)見表1。

大部分目標(biāo)人群在主觀評價中最為看重夜行服的商用性，其次是美觀性，最后是功能性。本服裝功能性滿足受訪者關(guān)注度，美觀性與商用性仍存在思考改進(jìn)的地方。

在功能性方面，無袖窿設(shè)計滿意度最高，插扣穿脫方便也經(jīng)受訪者測試后被認(rèn)可。受訪者建議根據(jù)季節(jié)調(diào)整服裝面料厚度;頸圍部分的結(jié)構(gòu)舒適度也需要改進(jìn);插片的面料調(diào)整為稍厚一點(diǎn)的面料會更方便拆卸。LED發(fā)光效果、光敏敏感程度和穿脫使用體驗(yàn)都使受訪者較滿意。大多數(shù)養(yǎng)狗居民認(rèn)為穿著此款寵物狗智能夜行服可以有效保障寵物夜行安全。

在美觀性方面，受訪者一致認(rèn)為面料顏色醒目、LED亮度恰當(dāng)、反光能力好。受訪者建議商業(yè)生產(chǎn)時保持燈的顏色一致，并且多一個掛狗繩的D型環(huán)。在商用性方面，受訪者希望價格為200元人民幣以下。目前LilyPad USB Plus售價為25.95美元，光敏傳感器售價為3.5美元，5個LED燈售價為2.95美元，在服裝市場推廣實(shí)施之后，可以將成本控制在250元人民幣以內(nèi)。受訪者還表示希望可以通過線上線下多渠道購買。

4 結(jié) 論

天黑以后能見度低，很容易造成意外發(fā)生，所以有必要使寵物狗穿著方便駕駛員、騎行者、行人分辨清楚的夜行服，以降低寵物狗夜行滋生安全事故的可能性，同時對養(yǎng)狗居民也可以起到防范作用，避免因?qū)櫸镆l(fā)的民事糾紛[10]。基于寵物狗夜行安全的寵物智能夜行服，在保障養(yǎng)狗居民夜間遛狗時彼此共同的生命安全外，也實(shí)現(xiàn)了寵物服裝市場新型服裝的創(chuàng)新需求。在未來可以衍生出為寵物特制的其他服裝，如為地震搜救犬設(shè)計帶有GPS和智能感光的服裝。利用智能元素開發(fā)寵物行業(yè)潛在市場，該款夜行服具有一定的潛在價值。

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