隨著生活水平的提高,，人們對服裝的舒適性有了更高的要求。服裝舒適性的研究范圍涉及三個基本領域：物理,、生理和主觀心理?，F(xiàn)階段,，國內(nèi)外的服裝舒適性研究主要集中在生理舒適性領域。服裝生理舒適性領域的研究主要集中在熱濕舒適性,、接觸舒適性和壓感舒適性三大領域,。服裝壓力、溫濕度的狀態(tài)是評價服裝生理舒適性的重要指標,。不適當?shù)姆b壓力會影響著裝者的疲勞感和工作效率,，且關系到人體的健康。一般來說,，當人體皮膚溫濕度處于熱濕舒適性狀態(tài)時,，人們的智力、體力(手工)或感覺方面的表現(xiàn)均處于高水平狀態(tài),，另外熱濕舒適性是人們處于最佳健康狀態(tài)的必要條件,。通過對人體不同狀態(tài)下不同部位的服裝壓力、溫度濕度的測量,，可以得到人體著裝后的不同部位的壓力,、溫濕度的分布狀況。對測量結(jié)果進行分析可以為服裝壓力,、熱濕舒適性的客觀評價提供量化指標,，為服裝的款式與結(jié)構(gòu)設計提供科學依據(jù)。近年來越來越多的研究人員開展了有關服裝功能測試的研究,，并且取得了較多進展,，但是相關的服裝功能測試儀器的研發(fā)遠遠滯后于時代的需要。本文設計了基于ARM技術的便攜式的服裝壓力,、溫濕度測量系統(tǒng),。
1 服裝舒適性檢測系統(tǒng)的構(gòu)成
服裝舒適性檢測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)采集及存儲的控制模塊,、數(shù)據(jù)分析模塊構(gòu)成,，結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊的前端是由多個FlexiForce壓力傳感器,、壓力-電壓信號轉(zhuǎn)換電路和DHT90溫濕度數(shù)字傳感器組成,，這些傳感器用來獲取被測部位的壓力和溫濕度信號，并通過信號調(diào)理電路(信號變換電路,、濾波電路等)將所測的壓力轉(zhuǎn)換為電壓信號,。數(shù)據(jù)采集及存儲的控制模塊是本系統(tǒng)的核心，主要負責數(shù)據(jù)采集和存儲控制,，該模塊利用ARM9處理器芯片S3C2440內(nèi)置10 b模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),，該ADC能以500 KSPS的采樣速率將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為10 b分辯率的數(shù)字信號并利用其GPIO接口實現(xiàn)溫濕度數(shù)字信號的采集。另外該模塊利用SD卡作為存儲介質(zhì)實現(xiàn)對壓力,、溫濕度數(shù)據(jù)的離線存儲,。數(shù)據(jù)分析模塊主要負責讀取SD卡存儲的測量結(jié)果數(shù)據(jù),，該模塊借助LabVIEW語言開發(fā)出的方便、形象逼真的儀器面板將測量結(jié)果保存并以直觀的形式顯示出來,。
2 服裝舒適性檢測系統(tǒng)硬件設計
服裝舒適性檢測系統(tǒng)硬件設計主要是關于系統(tǒng)硬件儀器及其器件的連接設計,，主要指的是數(shù)據(jù)采集模塊的傳感器的選用和數(shù)據(jù)采集及存儲控制模塊的硬件設計。服裝舒適性檢測系統(tǒng)硬件部分實現(xiàn)服裝舒適性檢測系統(tǒng)的儀器控制和數(shù)據(jù)采集,，是服裝舒適性檢測系統(tǒng)的主題部分,，直接關系到整個系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。
2．1 數(shù)據(jù)采集模塊硬件設計
數(shù)據(jù)采集模塊硬件設計主要包括溫濕度傳感器的選用,、壓力傳感器的選用、壓力-電壓信號轉(zhuǎn)換放大電路,。
2．1．1 傳感器的選用
傳感器處于測試系統(tǒng)的最前端,，是感知溫濕度和壓力信號的窗口，所獲得和轉(zhuǎn)換的信息正確與否,，直接關系到整個測試系統(tǒng)的性能好壞,。本系統(tǒng)采用了DHT90數(shù)字溫濕度傳感器和美國Teksean公司的FlexiForce壓力傳感器。
DHT90數(shù)字溫濕度傳感器可以同時測量濕度,、溫度和露點,，不需外圍元件直接輸出經(jīng)過標定了的相對濕度、溫度及露點的數(shù)字信號,，可以有效解決傳統(tǒng)溫,、濕度傳感器的不足。內(nèi)部集成了濕度敏感元件和溫度敏感元件,、放大器,、一個14 b的A／D轉(zhuǎn)換器、標定數(shù)據(jù)存儲器以及數(shù)字總線接口以及穩(wěn)壓電路,。由于溫度傳感器和濕度傳感器在硅片上是緊靠在一起,，可以精確地測定露點，不會因為兩者之間的溫度差而引入誤差,；直接通過存放在芯片上OTP存儲器中的標定系數(shù),，輸出是經(jīng)過標定的數(shù)字信號。DHT90數(shù)字溫濕度傳感器其性能優(yōu)良,、穩(wěn)定性好,、成本低、使用方便,，因此本系統(tǒng)采用其作為溫濕度韻測量,。
采用FlexiForce壓力傳感器進行壓力測試。與傳統(tǒng)服裝壓力測試系統(tǒng)中所采用的傳感器相比,，F(xiàn)lexiForce在線性,、滯后性,、漂移、溫度和靈敏度方面有著優(yōu)良的性能,，根據(jù)待測的服裝壓力值,，選用了壓力范圍為0～1 lb(4．4 N)的FlexiForceA201型傳感器是完全具備服裝壓力測試條件的。由于ARM不能采集非電量的物理信號,，而壓力傳感器輸出的為非電量的壓力信號,，需通過壓力-電壓轉(zhuǎn)換放大電路將壓力信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。再由標定后的壓力與電壓的對應關系,，得到所需的服裝壓力值,。
2．1．2 壓力-電壓信號轉(zhuǎn)換放大電路及壓力-電壓標定
傳感器通過壓力-電壓信號轉(zhuǎn)換放大電路后，輸出電壓值Vout,。傳感器輸入信號與電壓的相互對應關系為Vout=-VD*(RF／R),，RF=R1+RF 1，其中：Vout為輸出的電壓,；RF為放大電路中的反饋電阻,；R為傳感器對應的阻值，其阻值的變化對應了作用在傳感器上壓力的變化,，RF／R為放大電路中的放大系數(shù),。FlexiForce壓力傳感器靜態(tài)特性壓力-電壓標定曲線如圖2所示。
2．2 數(shù)據(jù)采集及存儲控制的硬件設計
數(shù)據(jù)采集及存儲控制模塊是本系統(tǒng)的核心,，該模塊性能直接影響整個服裝測量系統(tǒng)的測量精度和運行速度,。數(shù)據(jù)控制及存儲模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，數(shù)據(jù)采集及存儲控制模塊的核心部分是三星公司生產(chǎn)的高性能S3C2410微處理器,。該處理器是基于ARM920T內(nèi)核的16／32位RISC嵌入式微處理器,，片上主要集成有117個通用I／O接口，24個外部中斷源,，4個具有PWM功能的計時器及1個內(nèi)時鐘,，8通道10位ADC，3通道的UART,，4通道的SDRAM控制器,，1個LCD控制器，具有日歷功能的RTC(實時時鐘),，SD卡接口等,。同時，S3C2410還提供一組完整的系統(tǒng)外圍設備,，主要有MAX232,、按鍵、LED,、SD存儲卡,、SDRAM,、SRAM等。
S3C2410微處理器利用內(nèi)置的10 b模／數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以500 KSPS的采樣速率將壓力信號值轉(zhuǎn)換的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為10 b分辨率的數(shù)字信號,；S3C2410微處理器利用其GPIO接口實現(xiàn)溫濕度數(shù)字信號的采集,。另外該處理器通過按鍵對采樣通道的選擇和采樣速率進行控制；以SD卡作為存儲介質(zhì)對所采集的數(shù)據(jù)進行離線保存,。此芯片主要面向手持設備,，以及高性價比、低功耗的應用,，可滿足數(shù)據(jù)采集及存儲控制模塊控制的需要,。
3 服裝舒適性檢測系統(tǒng)軟件的實現(xiàn)
服裝舒適性檢測系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)指的是數(shù)據(jù)采集及存儲控制硬件模塊的軟件實現(xiàn)以及對數(shù)據(jù)分析模塊的軟件實現(xiàn)。
3．1 數(shù)據(jù)采集和控制及數(shù)據(jù)處理硬件模塊的軟件實現(xiàn)
系統(tǒng)采集,、存儲模塊軟件部分是在ADS 1．2環(huán)境下利用C語言進行編程,，并針對相應的硬件功能實現(xiàn)的，流程圖如圖4所示,。數(shù)據(jù)采集和控制及數(shù)據(jù)處理硬件模塊的軟件實現(xiàn)首先是對系統(tǒng)進行初始化，系統(tǒng)初始化主要指中斷,、存儲器系統(tǒng),、堆棧的初始化及鍵盤、LED,、SD存儲卡等硬件的初始化,；接著通過鍵盤實現(xiàn)采樣通道和采樣速率的設定；然后啟動A／D轉(zhuǎn)換將采集的模擬壓力-電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,；最后在采樣結(jié)束時將采集的壓力,、溫濕度信號導入SD存儲卡實現(xiàn)采集信號的存儲操作。
3．2 數(shù)據(jù)分析模塊的軟件實現(xiàn)
數(shù)據(jù)分析模塊只涉及軟件實現(xiàn),，該模塊采用LabVIEW 7．1軟件實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的輸出,、圖形的實時顯示與Excel測試報告的生成與保存功能，程序示意圖如圖5所示,。數(shù)據(jù)分析模塊的軟件實現(xiàn)首先是打開離線保存在SD存儲卡里的溫濕度壓力信號的文件,；其次進入While loop循環(huán)通過對控制按鈕設定連續(xù)讀取文件中的信號，并將其數(shù)據(jù)分流實現(xiàn)各通道壓力,、溫濕度信號的圖形化顯示,；最后保存Excel測試報告并關閉文件。
設計的數(shù)據(jù)分析模塊的面板如圖6所示,，該模塊靈活簡潔,，可對壓力、溫濕度信號進行長時間的連續(xù)監(jiān)測,，形象地模擬了傳統(tǒng)儀器的外觀,。在操作面板時首先將布爾開關指向“開始”,，打開離線保存在SD存儲卡里的溫濕度壓力信號的文本文件(如j：＼1．txt)讀取數(shù)據(jù)，即每隔一定時間進行一次連續(xù)的數(shù)據(jù)讀取,，然后用戶通過面板的“讀取數(shù)據(jù)點數(shù)”和“讀取位置”控件進行設置所需讀取點數(shù)及通道的選擇,，將布爾開關指向“停止”即可結(jié)束信號的顯示；最后點擊Excel按鈕將測試報告以電子表格的形式進行保存,。該面板實現(xiàn)的是8路信號的數(shù)據(jù)顯示功能,，便于在同一時間監(jiān)測多部位的壓力、溫濕度信號的變化情況,，同時Excel測試報告實現(xiàn)了測試信息長時間保存的功能,。
4 測試實驗
圖6顯示的曲線分別是服裝舒適性檢測系統(tǒng)對人體在正常工作狀態(tài)下后背、腋窩溫濕度和肩部,、腹部壓力測試的結(jié)果,。由于人體在正常工作狀態(tài)時其同一部位的壓力及溫濕度值隨時間變化不大，圖6所示的測試的結(jié)果符合人體正常著裝狀態(tài)下不同部位的壓力及濕度實際變化情況,。
5 結(jié)語
設計一種基于嵌入式ARM處理器的便攜式服裝壓力,、溫濕度測量系統(tǒng)。該系統(tǒng)在單個芯片上實現(xiàn)了人體在正常工作狀態(tài)下的服裝壓力,、溫濕度連續(xù)采集與存儲,，基于LabVIEW實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)分析，且系統(tǒng)具有體積小,、功耗低,、速度快、測試準確,、工作可靠等特點,，該便攜式系統(tǒng)可以為服裝舒適性的客觀評定提供依據(jù)和基礎，為服裝功能測量系統(tǒng)的開發(fā)提供了一條新的思路,。