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(gè)基本領(lǐng)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(lǐng)域。服裝生理舒適性領(lǐng)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(lǐng)域,。服裝壓力、溫濕度的狀態(tài)是評價(jià)服裝生理舒適性的重要指標(biāo),。不適當(dāng)?shù)姆b壓力會影響著裝者的疲勞感和工作效率,，且關(guān)系到人體的健康。一般來說,，當(dāng)人體皮膚溫濕度處于熱濕舒適性狀態(tài)時(shí),，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(jìn)行分析可以為服裝壓力,、熱濕舒適性的客觀評價(jià)提供量化指標(biāo)，為服裝的款式與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù),。近年來越來越多的研究人員開展了有關(guān)服裝功能測試的研究,，并且取得了較多進(jìn)展，但是相關(guān)的服裝功能測試儀器的研發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于時(shí)代的需要,。本文設(shè)計(jì)了基于ARM技術(shù)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(gè)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(fù)責(zé)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(shí)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(shí)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(fù)責(zé)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(shè)計(jì)
    服裝舒適性檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是關(guān)于系統(tǒng)硬件儀器及其器件的連接設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì),。服裝舒適性檢測系統(tǒng)硬件部分實(shí)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(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣,。
2．1 數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計(jì)
    數(shù)據(jù)采集模塊硬件設(shè)計(jì)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(guān)系到整個(gè)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(shí)測量濕度,、溫度和露點(diǎn),，不需外圍元件直接輸出經(jīng)過標(biāo)定了的相對濕度、溫度及露點(diǎn)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(gè)14 b的A／D轉(zhuǎn)換器、標(biāo)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(diǎn)，不會因?yàn)閮烧咧g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(biāo)定系數(shù),，輸出是經(jīng)過標(biāo)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(jìn)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(biāo)定后的壓力與電壓的對應(yīng)關(guān)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(biāo)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(yīng)關(guān)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(yīng)的阻值，其阻值的變化對應(yīng)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(biāo)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(shè)計(jì)
    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(gè)服裝測量系統(tǒng)的測量精度和運(yùn)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(gè)通用I／O接口,，24個(gè)外部中斷源,，4個(gè)具有PWM功能的計(jì)時(shí)器及1個(gè)內(nèi)時(shí)鐘，8通道10位ADC,，3通道的UART,，4通道的SDRAM控制器，1個(gè)LCD控制器，具有日歷功能的RTC(實(shí)時(shí)時(shí)鐘),，SD卡接口等,。同時(shí)，S3C2410還提供一組完整的系統(tǒng)外圍設(shè)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(shí)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(jìn)行控制,；以SD卡作為存儲介質(zhì)對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行離線保存,。此芯片主要面向手持設(shè)備，以及高性價(jià)比,、低功耗的應(yīng)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(shí)現(xiàn)
    服裝舒適性檢測系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)指的是數(shù)據(jù)采集及存儲控制硬件模塊的軟件實(shí)現(xiàn)以及對數(shù)據(jù)分析模塊的軟件實(shí)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(shí)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(jìn)行編程，并針對相應(yīng)的硬件功能實(shí)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(shí)現(xiàn)首先是對系統(tǒng)進(jìn)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(shí)現(xiàn)采樣通道和采樣速率的設(shè)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(shí)將采集的壓力,、溫濕度信號導(dǎo)入SD存儲卡實(shí)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(shí)現(xiàn)
    數(shù)據(jù)分析模塊只涉及軟件實(shí)現(xiàn),，該模塊采用LabVIEW 7．1軟件實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的輸出,、圖形的實(shí)時(shí)顯示與Excel測試報(bào)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(shí)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(jìn)入While loop循環(huán)通過對控制按鈕設(shè)定連續(xù)讀取文件中的信號,，并將其數(shù)據(jù)分流實(shí)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(bào)告并關(guān)閉文件,。

    設(shè)計(jì)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(jìn)行長時(shí)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(shí)首先將布爾開關(guān)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(shí)間進(jìn)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(diǎn)數(shù)”和“讀取位置”控件進(jìn)行設(shè)置所需讀取點(diǎn)數(shù)及通道的選擇,，將布爾開關(guān)指向“停止”即可結(jié)束信號的顯示；最后點(diǎn)擊Excel按鈕將測試報(bào)告以電子表格的形式進(jìn)行保存,。該面板實(shí)現(xiàn)的是8路信號的數(shù)據(jù)顯示功能,，便于在同一時(shí)間監(jiān)測多部位的壓力、溫濕度信號的變化情況,，同時(shí)Excel測試報(bào)告實(shí)現(xiàn)了測試信息長時(shí)間保存的功能,。

4 測試實(shí)驗(yàn)
    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(shí)其同一部位的壓力及溫濕度值隨時(shí)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(shí)際變化情況,。

5 結(jié)語
    設(shè)計(jì)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(gè)芯片上實(shí)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，且系統(tǒng)具有體積小,、功耗低,、速度快、測試準(zhǔn)確,、工作可靠等特點(diǎn),，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(chǔ)，為服裝功能測量系統(tǒng)的開發(fā)提供了一條新的思路,。