基于LilyPadArduino的寵物狗智能夜行服研發

姜茂欣 魯虹 黃婉蓉 李鑫鑫

摘 要：全球寵物數量每年都在快速增加，養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寵物居民的核心訴求。為保障養狗居民在夜間遛狗時彼此的生命安全，通過市場調研、問卷調研、深度訪談確定寵物狗智能夜行服的功能需求，并結合FEA模型總結得出符合用戶需求的設計方案，通過LilyPad Arduino模塊實現寵物狗夜行服的特殊功能，根據對樣衣的修改確定最終設計方案，并制作樣衣進行測評。研發展現了LilyPad Arduino在智能可穿戴服裝運用中的創造性，也實現寵物服裝市場新型服裝的創新需求。

關鍵詞：寵物狗智能夜行服;安全警示;LilyPad;Arduino;可穿戴技術

中圖分類號：TS941.7 ?文獻標志碼：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展，許多國家在寵物購買和開銷上花費增加，其中寵物服裝占據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寵居民比較擔心的問題，然而市場上的寵物夜行安全設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項圈和光束遛寵物繩為主[1]。研究將寵物狗夜行服設計與LilyPad Arduino開發板結合，旨在開發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研、網絡與實地發放的問卷調研和面對面的深度訪談3個方面，具體調研了寵物智能夜行服的市場需求以及功能需求。此次問卷調研采取網絡發放問卷和實地發放問卷的方式，實地發放問卷對象為上海天山公園遛狗居民。總共發放問卷243份，有效問卷210份，問卷有效率為86%。有效問卷中，共有養狗居民104人，非養狗居民106人。

1.1 寵物狗智能夜行服功能需求分析

問卷調研中，在關于寵物狗智能夜行服設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。具體數據和曲線分析見圖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行調研。如圖2所示，將寵物狗服裝款式總結為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。根據問卷調研得出，64%的養狗居民偏好無袖背心款式。無袖背心款式穿脫十分方便，最為符合養狗居民對寵物智能夜行服設計元素的核心訴求。

1.3 寵物狗智能夜行服設計因素分析

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

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

2.1 款式設計

寵物狗智能夜行服的研發主要結合新版FEA模型[3]和市場需求分析得出的結論，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，采取無袖窿設計配合織帶調節，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棉質面料，保證寵物狗自身的體驗。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，最終選擇反光系數最好且操作性較高的亮銀滌棉反光布。

2.2 功能設計

寵物狗服的智能發光功能由LilyPad套件結合LED彩光燈實現。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，而且利用導電織線進行連接可以增加面料的可塑性，在款式設計上有更大的發揮空間，并且沒有通電導線帶來的不穩定感和不安全感。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、按鈕、LED燈。

2.2.1 發光模型設計

從市場推廣角度考量，一共設計了3種最終方案供消費者選擇，分別是方案1：光線亮時LED不亮，光線弱時LED微亮，黑暗中LED常亮;方案2：光線亮時LED不亮，黑暗中LED閃爍;方案3：光線亮時LED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，進行閃爍及常亮功能的語句的調試。經過測試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。關于常亮編程，只需一直保持高電壓狀態即可。

光敏傳感器也是本次比較關鍵的電子元件，能根據光線的強度輸出0到5 V的模擬量數據。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度轉換為電壓再生成的光值。光值是通過串口監視器來查看傳感器感知的數據，所以要在環境設定中初始化串口通信，并將波特率設置為9 600。之后通過不同環境下的光來檢測對應的光值，并測試光敏傳感器的靈敏度，例如將光值設置為50，如果周圍光線強度小于50光值，紅色LED會閃爍，否則熄滅。

2.3 工藝設計

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

2.3.1 LliyPad拼接與整體結構設計

寵物狗智能夜行服結構與工藝設計難點一是如何將帶有LilyPad的面料和成衣之間制作成可以拆卸的關系。因為光敏傳感器必須直接接觸光線，在被包裹狀態下不夠靈敏，所以要考慮到光敏傳感器部分必須露出。最終，最優的設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容。最終的夜行服成衣結構圖與尺寸如圖6所示。

2.3.2 LliyPad縫制工藝設計

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

電路圖的設計是在拆卸完電子元件之后，根據結構圖進行電路的設計與連接，如圖7所示。

LilyPad的縫制比普通服裝縫制步驟復雜。為了使導電織線與接口接觸良好，在接口處縫制時應繞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，以達到隱形的效果。如果整條線路都屬于通路狀態，線跡最好連貫。縫制工藝的難點在于如何將已化繁為簡的電路設計在真實面料上縫制，并且通路正確，線跡連貫且規律。在縫制期間需要注意防止線路短路。

關于導電織線的絕緣設計，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，折疊或與導電表面接觸而產生的潛在短路，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[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和干燥凝固時間等因素，最終選擇兼具美觀性和生產實用性的刺繡作為本次絕緣技術，而且刺繡可以直接將線跡的正反面包裹住。

成衣制作運用熒光綠棉質面料和黑色包邊條拼接，智能發光局部效果如圖8（a）所示，滿足具備安全警示的作用。在制作上將LilyPad放置在側面以適合寵物運動習性，LilyPad在面料上用工整的手縫方法，能夠順利運行完整的電路如圖8（b）所示，最后進行導電織線的絕緣處理，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。可以較為明確的感知到寵物狗的行動軌跡，因為流線型的燈光設計比較能感知到寵物狗的方位及即將要運動的狀態。

模擬路燈下的夜行服反光能力不強，如圖9（b）所示，因為光線沒有直接照射在反光條上，但是LED的燈光能彌補反光能力較弱的缺陷，在可視范圍內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，能較好的保護寵物狗及主人的安全。LED發光效果在燈光強射的程度下偏弱，但是反光條彌補了因周圍光線過亮而導致的發光效果弱的缺點。

3.2 著裝評價

在評價中，受訪者可以真實感受成衣并模擬穿脫。主觀打分為產品滿意度，1至5分，1分表示不滿意，5分表示非常滿意。關注程度為產品重要性，1至5分，1分表示不重要，5分表示非常重要。具體數據見表1。

大部分目標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注度，美觀性與商用性仍存在思考改進的地方。

在功能性方面，無袖窿設計滿意度最高，插扣穿脫方便也經受訪者測試后被認可。受訪者建議根據季節調整服裝面料厚度;頸圍部分的結構舒適度也需要改進;插片的面料調整為稍厚一點的面料會更方便拆卸。LED發光效果、光敏敏感程度和穿脫使用體驗都使受訪者較滿意。大多數養狗居民認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，受訪者一致認為面料顏色醒目、LED亮度恰當、反光能力好。受訪者建議商業生產時保持燈的顏色一致，并且多一個掛狗繩的D型環。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，在服裝市場推廣實施之后，可以將成本控制在250元人民幣以內。受訪者還表示希望可以通過線上線下多渠道購買。

4 結 論

天黑以后能見度低，很容易造成意外發生，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，同時對養狗居民也可以起到防范作用，避免因寵物引發的民事糾紛[10]。基于寵物狗夜行安全的寵物智能夜行服，在保障養狗居民夜間遛狗時彼此共同的生命安全外，也實現了寵物服裝市場新型服裝的創新需求。在未來可以衍生出為寵物特制的其他服裝，如為地震搜救犬設計帶有GPS和智能感光的服裝。利用智能元素開發寵物行業潛在市場，該款夜行服具有一定的潛在價值。

參考文獻：

[1]楊雪濤.新型寵物服裝的開發研究[D].無錫：江南大學，2008：13-14.

[2]微風.如何給愛犬選購合適的服裝[J].山西老年，2013（3）：42-42.

[3]STOKES B， BLACK C. Application of the functional， expressive and aesthetic consumer needs model： assessing the clothing needs of adolescent girls with disabilities[J].International Journal of Fashion Design， Technology and Education，2012，5（3）：179-186.

[4]李云臺.高亮度服裝輔料[J].浙江紡織服裝職業技術學院學報，2004，3（2）：20-22.

[5]JUNG H， MOON M. A study on the development on the basic pattern for pet dogs wear[J].Journal of Korean Society for Clothing Industry，2006，8（1）：99-106.

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[8]王珊珊.淺談寵物狗衣身紙樣結構設計及要點[J].現代職業教育，2017（24）：58-59.

[9]Sparkfun. Insulation Techniques for e-Textiles[OL].2019 [2019-5-1].https：//learn.sparkfun.com/tutorials/insulation-techniques-for-e-textiles.

[10]張萬鈞，朱燕飛，邵菁.北京居民區寵物安全調查與研究[J].現代商貿工業，2010（18）：258-259.