人體工程學的智能警示服舒適性初探

楊宇淵

(西南大學桑蠶紡織與生物質科學學院,重慶 400000)

當前我國交通事業呈現快速發展趨勢,公路上工作人員及行人不斷增加,道路工作人員(交警、環衛工人等)由于工作地點的特殊性,成為交通事故中的高危人群[1]。工作環境的特殊性以及時常發生的雨雪、霧霾等惡劣天氣都是造成道路工作人員傷亡的重要原因,除此之外,工作人員自身的防護措施不足也是不容忽視的問題。現有的防護措施主要通過反光工作服來實現,但現有的工作服經過磨損后,反光效果明顯下降,達不到應有的保護效果,尤其在極端天氣中,可視度更是大幅下降[2]。

一、人體工程學在警示服設計中的應用

在警示服設計和開發時,應以“人——服——環境”為設計理念,在滿足基本功能的基礎上,優化防護服的結構設計,使穿著者感到舒適[3]。李春苗[4]研究發現搶險人員的服裝背部寬度對穿著者胳膊活動外觀影響很大,并設計出袖子開口與袖子間的合理關系。通過研究褲襠形狀的變化和褲裝的貼合程度,得出了褲襠長度、褲襠寬度和后襠傾角之間較為合理的匹配關系[5]。本文基于人體工程學理論,分析人體運動幅度大的關節支點的運動特點,獲得人體體表在運動狀態下的結構分割線,得到自發光智能安全警示服的結構分割和放松量,最終設計出可以根據周圍環境光源的變化智能調節發光帶亮度和顏色的警示服,該警示服具有較高的安全性和舒適性。如圖1所示:

圖1 警示服套裝設計

二、LED發光警示服設計思路

(一)LED發光警示服設計思路

本文基于人體工程學理論,分析人體在運動狀態下,身體的運動特點,選擇發光帶的合理布置[6]。基于對人體運動狀態的分析,總結出人體運動的伸縮變化規律,根據人體輪廓以及服裝結構,在保證服裝功能的前提下,合理設計感光器、發光二極管(稱為LED)組成的發光帶及其分布位置。采用上述研究感光器、發光裝置與周圍環境的智能匹配算法,保證安全服智能自發光功能的運行。

LED燈帶可以定制化、個性化、專業化地附加在衣服上,時尚美觀且重量輕,引人注目。供電由12V鋰電池供電,續航時間長,穩定性高,安全可靠,并易于攜帶。在白天光照強度強的環境下,系統處于待機、睡眠狀態,低功耗運行。在光照強度弱的環境下,如黑夜,系統進入工作狀態,LED燈帶發出強烈光芒,并且通過燈帶上的按鍵控制閃爍頻率,從而滿足客戶多場景化的應用。

(二)LED發光系統子模塊硬件設計

控制單元為3cm×3cm的PCB電路板,使用功率繼電器控制LED燈帶的閃滅,輸入為5-12V電源,輸出是5V直流電源。電路板上裝有光敏傳感器,可以通過電位器控制系統對光照的靈敏度。

圖2 控制單元實物圖

1.光照傳感模塊電路

設計中為了充分利用光源,常在光源上附加一個反射裝置,使得某些方向能夠得到比較多的光通量,增加被照面上的照度。本文采用的是GY-30傳感器,其光照范圍廣,為0-655351x。當接上電源后光照傳感模塊自動檢測并顯示對應的外界光照強度,光照傳感模塊電路如圖3所示,當檢測到外界光照強度時,GY-30傳感器通過SCL和SDA兩個引腳進行光照度數據的傳輸。

圖3 光照傳感模塊電路示意圖

2.紅外感應模塊電路

由于人體溫度與環境溫度不同,人體在進入檢測區后溫度會發生變化,因此可分為如下幾個情況進行討論:當無人進入檢測區時,環境溫度保持不變,電平因此不會產生變化;當有人進入檢測區時,溫度發生改變,電平也隨之變化,由此給單片機發送對應的操作信號;當人體在檢測區保持不動時,檢測區內溫度狀態穩定,電平不發生改變,不會給單片機發送任何操作信號。紅外感應模塊電路如圖4所示。

圖4 紅外感應模塊電路示意圖

3.LED驅動模塊電路

LED驅動模塊的輸入范圍5-35V,輸出350mA±20mA驅動1-10顆1W LED,支持PWM調光高電平關閉輸出低電平開啟輸出。降壓工作模式保證LED的總壓差低于輸入電源電壓2-3V即可工作。

(三)光照傳感器驅動設計

當光照強度發生變化時,LED照明系統也會根據此變化進行相應的調節,光照強度增強時,單片機在接受信號后降低LED的亮度;相反,光照強度降低時,單片機會提高LED的亮度,使得LED燈光與環境光互補并始終處于一個適合人眼觀看的亮度,以此達到最佳的觀看效果。光照傳感器驅動流程如圖5所示。

圖5 光照傳感器驅動流程圖

光照傳感模塊可以將光照強度的變化轉變為電壓數據的變化并進行傳輸。傳感器GY-30將接收的數據進行處理,將數據發送至接收模塊進一步合成,最終成為符合要求的光照數據。部分合成代碼為:dis_data=BUF[0];dis_data(dis_data＜＜6)+BUF[1];//合成光照數據temp=(float)dis_data/1.2。傳感器GY-30在使用前還需設置對應的端口,其中,光照傳感器和單片機的接口分別為P1和P2,SCL設定為驅動時鐘的引腳,同時P1和P2引腳與SDA數據相對應。

三、結語

LED發光警示服的研究已取得了一定進展,但是試驗還處在初期研發階段,后期還需要進一步關注警示服的使用性能。此款LED發光警示服電路和服裝款式設計合理,可有效保障道路工作者的人身安全,具有一定的市場空間和潛力。不足之處是電路設計智能化程度不高,后期需著重研究如何在電路系統中連接光線感應器,以提升警示服的科技含量。另外警示服的類別還需要細分,制作工藝有待改進,以達到產業化應用的目的。