一种智能发光服装、健身娱乐设备与警戒监控设备的制作方法

1.本实用新型属于服装与智能设备技术领域，具体涉及一种智能发光服装、健身娱乐设备与警戒监控设备。


背景技术：

2.近年来，可穿戴电子技术越来越受到人们的重视。目前，已开发研究的可穿戴电子产品包括智能手表、持续医疗监测器、健身监测器、以及带有环境传感器的服装等。
3.作为可穿戴电子产品中的一种，智能服装将服装与微电子设备“无缝结合”，提供多种交互功能，提高了服装的智能、趣味性，为穿戴者带来便利。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种智能发光服装，可实现与发光单元的交互，增加了服装的功能、趣味性与视觉效果，也可实现对外界应力的视觉监控。
5.本实用新型的技术方案为：一种智能发光服装，包括服装本体，其特征是：服装本体上设置发光单元、弹性应变传感单元与信号处理单元；
6.在应力作用下，所述弹性应变传感单元发生拉伸、压缩、弯曲等形变，其电信号发生变化，信号处理单元采集、处理该电信号，获得该形变信息，并参照数据库得到与该形变信息对应的控制指令，所述控制指令用于控制发光单元；
7.所述数据库中存储所述形变信息与控制指令之间的对应关系。
8.本实用新型中，弹性是指在外力作用下能够发生弯曲、拉伸、压缩等变形，并且当外力撤除时具有一定形状恢复能力的性能。
9.所述服装本体材料不限，考虑到穿戴舒适性以及与身体的贴合性，优选柔软、具有弹性的材料。
10.所述弹性应变传感器不限，包括电容式弹性应变传感器、电感式弹性应变传感器、电阻式弹性应变传感器等。所述电信号包括电容电阻、电感、电阻等。
11.所述发光单元的形状不限，包括条状，管状，灯泡状等。
12.所述发光单元的发光原理不限，包括电致发光、光致发光等。
13.所述发光单元的发光材料不限，包括led灯珠，柔性oled发光条，以及荧光粉等。
14.作为一种实现方式，所述发光单元呈管状，管内壁涂覆荧光粉，管内设置可激发该荧光粉发光的发光二极管。作为优选，所述荧光粉具有不同发射波长，受到发光二极管的激发波时，可发射出不同颜色。
15.作为优选，所述发光单元具有弹性，主要由弹性载体与发光材料构成。作为一种实现方式，弹性载体具有可透光性，其材料可以是热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶中的一种或者几种。
16.所述弹性应变传感器可以通过粘结、热压、缝合等方式设置在服装本体上。
17.所述应力来源不限，包括穿戴者的身体动作时对弹性应变传感器造成的应力，例
如穿戴者进行关节弯曲动作时造成的弯曲应力，进行拉伸动作时造成的拉伸应力，进行按压动作时造成的压应力等；也包括外界应力，例如来自外界，而非穿戴者的弯曲应力、拉伸应力以及压应力等。
18.所述发光单元与服装本体的连接方法不限，包括粘结、热压、缝合等方法中的一种或者几种。作为一种实现方式，将发光单元通过粘结、热压、缝合等方法中的一种或者几种方法连接在纺织材料上，然后将纺织材料缝制在服装本体上。
19.所述弹性应变传感器与服装本体的连接方法不限，包括粘结、热压、缝合等方法中的一种或者几种。作为一种实现方式，将弹性应变传感器通过粘结、热压、缝合等方法中的一种或者几种连接在纺织材料上，然后将纺织材料缝制在服装本体上。
20.所述弹性应变传感器个数不限，可以通过串联或者并联方式结合在一起。
21.所述控制指令用于控制发光单元的发光状态，包括发光单元的开合、发光模式、发光颜色、发光亮度等中的一种或者几种。
22.作为优选，所述智能发光服装上还设置触摸传感器，当导体与该触摸传感器相接触时，其电信号发生变化，可作为发光单元的发光控制开关或者某种发光模式的触发开关，一方面可以增加发光的视觉效果，另一方面可用于外界干扰或者碰触信号的警示。所述发光模式可以是闪烁模式、固定颜色模式等，例如红光报警模式等。
23.所述触摸传感器种类不限，可以是电容式触摸传感器、电感式触摸传感器、电阻式触摸传感器等，当与导体接触后，其电容、电感、电阻等发生变化。
24.作为一种实现方式，所述弹性应变传感单元设置在服装本体对应人体关节的位置，用于探测该关节的弯曲角度。所述关节不限，包括肩关节、肘关节、腕关节、膝关节、腰椎关节、脊椎关节等中的一种或者几种。在这种情况下，所述数据库中存储的该关节的弯曲角度与发光单元的控制指令之间的对应关系。在这种情况下，根据电信号获得该关节的弯曲角度时需要初始化校准，具体方法如下：
25.使用者穿戴该智能发光服装成为穿戴者，首先，穿戴者不进行关节弯曲动作，该关节保持自然状态，记录弹性应变传感器的电信号，定义为初始值；然后，穿戴者进行关节弯曲动作至该关节弯曲到最大幅度，记录弹性应变传感器的电信号，定义为满量程值；根据初始值和满量程值得到电信号值与该关节弯曲角度的对应关系。
26.作为一种实现方式，所述发光单元由若干子发光单元通过导线连接组成。为了增加设计感与趣味感，所述若干子单元形成一定图案。
27.弹性应变传感器结构不限。例如，当弹性应变传感器为电容式弹性应变传感器时，作为一种实现方式，所述弹性应变传感器以弹性绝缘材料为基体，包括第一导电层，第二导电层，弹性介电层与弹性封装层；所述第一导电层位于基体表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与外部第一电极相连；所述弹性介电层具有导电绝缘性，位于第一导电层表面；所述第二导电层位于弹性介电层表面，由导电液体、导电浆料或者导电凝胶构成，与外部第二电极相连；所述弹性封装层具有导电绝缘性，用于封装第二导电层。其中，基体材料包括但不限于热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)、二甲基硅氧烷(pdms)、脂肪族芳香族无规共聚酯(ecoflex)、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)中的一种或者几种。
28.所述弹性封装层材料不限，包括弹性高分子材料等。作为进一步优选，所述弹性绝
缘层采用与弹性服本体材料具有良好的粘结能力的弹性材料，例如热塑性弹性体(tpe)、热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)、二甲基硅氧烷(pdms)、脂肪族芳香族无规共聚酯(ecoflex)、高分子聚合树脂、硅胶、橡胶、水凝胶、聚氨酯、聚乙烯辛烯共弹性体(poe)中的一种或者几种。
29.所述导电液体不限，例如液态金属、导电墨水等。
30.所述导电凝胶不限，例如石墨导电胶、银胶等。
31.所述导电浆料不限，包括石墨烯浆料，导电材料与弹性体的混合浆料等。导电材料与弹性体的混合浆料包括但不限于液态金属与弹性体的混合浆料、碳粉与弹性体的混合浆料、碳纤维与弹性体的混合浆料、石墨烯与弹性体的混合浆料、金属粉末与弹性体的混合浆料等。
32.所述液态金属是指在室温下为液态的金属导电材料，包括但不限于汞、镓铟合金、镓铟锡合金，以及过渡金属、固态非金属元素的一种或多种掺杂的镓铟合金、镓铟锡合金等。
33.所述的第一电极用于导电连接外部器件，其材料不限，包括金属材料、导电布、石墨烯、石墨导电胶、银胶、液态金属、电路板等。
34.所述的第二电极用于导电连接外部器件，其材料不限，包括金属材料、导电布、石墨烯、石墨导电胶、银胶、液态金属、电路板等。
35.所述控制指令通过无线传送或者有线传送至发光单元。无线传送包括但不限于zigbee、蓝牙、wifi、gprs等中的一种或几种。
36.作为优选，所述的信号处理单元的电路基底为弹性材料，例如聚酰亚胺等。
37.用于为信号处理单元、发光单元以及弹性应变传感器中的一种或者几种供电的电源结构不限，包括柔性电池。
38.本实用新型将服装与弹性应变传感单元、信号采集单元与发光单元相结合，穿戴者穿戴该智能服装时，在受到外界应力作用或者人体运动产生应力作用时，弹性应变传感单元发生拉伸、弯曲等形变，该形变会引起弹性应变传感器的电信号发生变化，信号处理单元采集、处理该电信号后得到形变信息，通过数据库中存储的形变信息与发光单元的控制指令之间的对应关系得到控制指令，该控制指令传送至发光单元，在控制指令的控制作用下发光单元的发光状态发生响应变化，实现与发光单元的交互。与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
39.(1)本实用新型的智能服装可通过穿戴者的身体动作控制发光单元的发光状态，可用于舞蹈娱乐、健身锻炼时增加趣味，提高视觉效果；
40.(2)本实用新型的智能服装可通过外界应力作用控制发光单元的发光状态，可用于外界干扰监控、警戒监视等，实现了对外界应力的视觉监控，具有良好的推广价值；
41.(3)本实用新型可根据实际需要将弹性应变传感器贴合于穿戴者身体的不同位置，用于探测该位置的运动情况，例如关节弯曲情况、肌肉拉伸或弯曲情况、触碰物体与否、受到压力大小等情况，根据该运动造成的形变对发光单元进行控制，因此探测内容广泛，控制途径丰富。
附图说明
42.图1是本实用新型实施例1中智能发光上衣的结构示意图。
43.图2是图1中电容式弹性应变传感器的结构示意图。
44.图3是图1中弹性应变传感器的排布示意图。
45.图4是电容式弹性应变传感器中电容检测模块的电路原理图。
46.图5是本实用新型实施例1中发光条内部结构示意图。
47.图6是本实用新型实施例3中弹性应变传感器的排布示意图。
48.图7是本实用新型实施例4中发光条内部结构示意图。
49.图8是本实用新型实施例5中发光条内部结构示意图。
50.图1-8中的附图标记为：1-上衣本体；2-发光条；3-套袖；4-弹性应变传感单元；5-信号处理单元；6-触摸传感器；7-弹性导线；8-usb端口；9-弹性绝缘层；10-第一导电层；11-弹性介电层；12-第二导电层；13-弹性封装层；14-第一电极；15-第二电极；16-led灯珠；17-限流电阻；18-led发光条电极；19-oled柔性条；20-oled柔性发光条电极；21-荧光粉；22-发光二极管；23-发光二极管电极。
具体实施方式
51.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本实用新型的理解，而对其不起任何限定作用。
52.实施例1：
53.本实施例中，如图1所示，智能发光上衣包括上衣本体1。上衣本体1上设置发光单元2、弹性应变传感单元4、触摸传感器6与信号处理单元5。
54.弹性应变传感单元4是电容式弹性应变传感器，设置在上衣本体对应手肘关节的位置，覆盖两个手臂的大部分位置。
55.触摸传感器6设置在上衣本体的前胸。
56.发光单元2由若干发光条组成，设置在上衣本体的左臂、右臂、前胸与后背，前胸组成字母“rh”型，在后背组成字母“w”型。
57.信号处理单元5通过弹性导线7与发光单元2、弹性应变传感单元4以及触摸传感器6电连接。
58.上衣本体1还设置usb端口8，usb端口8通过弹性导线7与外部电源连接，可为发光单元2、信号处理单元5、触摸传感器6，以及弹性应变传感单元4供电。
59.在应力作用下，所述弹性应变传感单元发生拉伸、收缩、弯曲等形变，其电信发生变化，信号处理单元采集、处理该电信号，获得该形变信息，并参照数据库得到与该形变信息对应的控制指令，所述控制指令用于控制发光单元；
60.所述数据库中存储所述形变信息与控制指令之间的对应关系。
61.本实施例中，上衣本体由纺织材料制成，上衣本体的袖部由薄弹性纺织材料制成，穿戴后舒适感强，可自如运动。
62.本实施例中，弹性导线7由弹性体和液态金属复合而成，弹性体是热塑性弹性体tpe，液态金属是gainsn或gain合金，弹性体构成中空的管体，液体金属位于该管体的中空腔体内。
63.本实施例中，如图2所示，电容式弹性应变传感器由弹性绝缘层9，第一导电层10，弹性介电层11，第二导电层12与弹性封装层13组成。弹性绝缘层9具有导电绝缘性；第一导电层10位于弹性绝缘性层9表面，由导电布构成，与外部第一电极14相连；弹性介电层11具有导电绝缘性，位于第一导电层10表面；第二导电层12位于弹性介电层11表面，由导电布构成，与外部第二电极15相连；弹性封装层13用于封装第二导电层。
64.本实施例中，弹性绝缘层、弹性介电层、弹性封装层都选择热塑性聚氨酯弹性体橡胶聚(tpu)，第一导电层与第二导电层为导电纤维，外部第一电极14与外部第二电极15为铜片。
65.本实施例中，导电纤维的导电率优于3.8
×
106s/m。
66.本实施例中，电容式弹性应变传感器中电容检测模块的电路原理图如图4所示，用于检测电容式弹性应变传感器受到拉伸、弯曲、压缩等应力时的电容变化。
67.本实施例中，信号处理单元采用数字电容芯片pcap01，可直接读取电容值，并且采用stm32f103c8t6进行信号处理，从而实现高精度快速测量。
68.本实施例中，可采用信号处理单元上的电池供电或外部电源供电。
69.本实施例中，信号处理单元的电路基底为聚酰亚胺。
70.本实施例中，如图3所示，三个电容式弹性应变传感器以串联的方式连接，通过粘结、热压或者缝合等方法连接在纺织材料构成的套袖3上，然后将套袖3缝制在上衣本体的衣袖部，使其与上衣本体一体化。
71.本实施例中，发光条通过粘结、热压、缝合中的一种方法或者几种方法连接在上衣本体上。
72.本实施例中，发光条的主要发光成分为内部的led灯珠，发光原理为电致发光，发光条的内部结构如图5所示，由led灯珠16，限流电阻17以及电极18构成，在控制指令作用下可发出红、蓝、绿、白四种颜色的光。
73.使用该智能发光上衣时，首先进行手肘关节弯曲角度的初始化校准，具体方法如下：
74.使用者穿戴该智能发光上衣，usb端口8连接外部电源。首先，双臂自然下垂，记录各电容式弹性应变传感器的电容值，定义为初始值；然后，双臂弯曲至手肘关节弯曲到最大幅度，记录各电容式弹性应变传感器的电容值，定义为满量程值；根据初始值和满量程值得到电容值与手肘关节弯曲角度的对应关系。
75.实际使用中，使用者手肘姿态的变化导致各电容式弹性应变传感器的电容值发生变化，信号处理单元接收弹性应变传感器的实际电容值并根据所述对应关系进行处理，得到该使用者各手肘关节的实际弯曲角度，然后参照数据库，数据库中存储手肘关节的弯曲角度与控制指令之间的对应关系，即可得到该手肘关节的实际弯曲角度对应的控制指令。
76.本实施例中，数据库中存储着手肘关节的弯曲角度与控制指令之间的对应关系如下：
77.当初始化校准之后，左臂的手肘关节弯曲时，左臂上的发光条发光，左臂上的发光条的发光亮度由左臂的手肘关节弯曲角度控制，即，左臂的手肘关节的弯曲角度从自然下垂弯曲到最大幅度时，左臂处弹性应变传感器的电容值将从初始值到达满量程值，在这个过程中左臂上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明；
78.当初始化校准之后，右臂的手肘关节弯曲时，右臂上的发光条发光，右臂上的发光条的发光亮度由右臂的手肘关节弯曲角度控制，即，右臂的手肘关节的弯曲角度从自然下垂弯曲到最大幅度时，右臂处弹性应变传感器的电容值将从初始值到达满量程值，在这个过程中右臂上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明；
79.当初始化校准之后，双臂的手肘关节同时弯曲时，双臂上的发光条以及前胸与后背部的发光条同时发光，并且左臂上的发光条以及前胸上的发光条的发光亮度由左臂的手肘关节弯曲角度控制，右臂上的发光条以及后背上的发光条的发光亮度由右臂的手肘关节弯曲角度控制。即，左臂的手肘关节的弯曲角度从自然下垂弯曲到最大幅度时，左臂处弹性应变传感器的电容值将从初始值到达满量程值，在这个过程中左臂上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明，并且前胸上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明；右臂的手肘关节的弯曲角度从自然下垂弯曲到最大幅度时，右臂处弹性应变传感器的电容值将从初始值到达满量程值，在这个过程中右臂上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明，并且后背上的发光条发光亮度线性递增，从最暗到最明。
80.另外，当人体或其他导体与触摸传感器接触时，可触发发光条闪烁模式。
81.实施例2：
82.本实施例中，智能发光上衣的结构与实施例1基本相同，所不同的是智能发光上衣上不设置触摸传感器。
83.实施例3：
84.本实施例中，智能发光上衣的结构与实施例1基本相同，所不同的是电容式弹性应变传感器的结构为如图6所示的阵列结构。
85.实施例4：
86.本实施例中，智能发光上衣的结构与实施例1基本相同，所不同的是发光条内部的主要发光成分为oled柔性条，如图7所示，由柔性oled发光条19以及柔性电极20构成，与实施例1中由于led灯珠不具有柔性而导致发光条部分柔性化相比，该结构可实现发光条真正的柔性化，具有如下优点：
87.(1)相较于led的晶体层，oled的有机塑料层更薄、更轻而富有柔韧性；
88.(2)oled发光比led更亮，而能耗小于led；
89.(3)oled发光响应速度快，在不同发光模式切换下，响应速度快于led灯珠；
90.(4)oled发光色彩好，显示更细腻。
91.实施例5：
92.本实施例中，智能发光上衣的结构与实施例1基本相同，所不同的是：与实施例1、2中的电致发光相比，发光条的发光原理为光致发光；发光条呈管状结构，管内的主要发光成分如图8所示，由荧光粉21、发光二极管22以及发光二极管电极23构成，其制备方法如下：
93.首先，在管内壁均匀涂抹荧光粉，然后，在管内部串联一系列可激发该荧光粉发光的发光二极管芯片，当具有不同发射波长的荧光粉接收到发光二极管的激发波时，可发射出不同颜色。
94.本实施例中，采用可发出近紫外光的发光二极管，管内壁的荧光粉为可被近紫外光激发的荧光粉，例如在双臂发光条的管内壁涂抹ca3y2si3o
12
:dy
3+
荧光粉，可发射出白光，后背部的发光条的管内壁涂抹camoo4:eu
3+
荧光粉，可发射出红光，前胸部的发光条的管内
壁涂抹srzno2:bi
3+
荧光粉，可发射出蓝光。
95.以上所述的实施例对本实用新型的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本实用新型的具体实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。