智能针织服装压力测试及数据传输和分析

摘要

适当的服装压力作用会对人体的生理健康产生积极的效果，服装压力的研究越来越成为服装行业重要的课题。在一定程度服装压力的作用下，是保持人体的健康和提高生活质量重要因素。服装压力快速精准的客观测量，对于服装压力的研究具有重要的意义，也是服装压力研究的重要课题。
　　本课题综述了现在主流的测量服装压力的设备原理，用Flexiforce传感器开发了一种新型的智能服装压力测试装置，并验证Flexiforce压力测试装置的准确度和可实用性。将基于Flexiforce传感器所开发的一种新型服装压力测试装置与德国Novel-pliance-32服装压力测试系统在相同条件下进行了服装压力的客观测量并进行了数据的比较。测量对象主要选择上半身匀称，且上半身厚度基本一致，体型相似男性，测试服装选择较紧身的针织服装。本文主要完成了以下的研究内容:
　　(1)通过利用Flexiforce传感器进行服装压力测试装置的设计，该服装压力的测试装置主要包括Flexiforce压力传感器、放大电路、A/D转换器、单片机以及Zigbee无线传输模块等组成。
　　(2)对Flexiforce传感器与放大电路进行了校正与测试，在一定条件下对传感器传感区域上加载一定载荷，通过测量传感器在一定载荷下，相应的输出电压，得到放大电路中的输出电压与相应载重的之间的线性拟合的关系为:y=3.518x-1.10749，其中相关系数R2=0.98765;载荷与所得到的传感器实际电阻的数据曲线与拟合曲线有很高的相似性。表明该测量装置具有很高的准确性和可行性。
　　(3)运用Flexiforce传感器所开发的压力测试系统在不同的组织服装面料下对男性人体上半身不同的位置进行人体服装压力客观测量，实验表明人体两侧位置的服装压力整体大于同一水平面上人体正中心位置;同一位置上，罗纹组织面料所产生的服装压力值大于平纹组织所产生的服装压力值，网眼组织面料所产生的服装压力为最小。
　　(4)用MATLAB进行影响服装压力大小的双因素方差分析，表明在男性人体上半身腰部的水平位置上，不同的组织面料对服装压力的大小影响不大，不同的测量位置对人体服装压力的大小影响较大;在男性人体上半身腹部水平位置上，服装压力大小受服装面料的组织影响更大，位置的变化对压力大小影响较小;在胸部水平位置上，服装压力大小受服装面料的组织和位置不同影响都比较明显，且服装压力在胸部水平位置都偏大。
　　(5)用德国Novel-pliance-32服装压力测试系统在相同条件下进行服装压力客观测量，得出不同面料组织在男性人体上半身不同位置上与Flexiforce传感器所得到的服装压力的分布规律基本相似，两个压力测试在相同条件下各自所测量数据的相关性整体偏高，且数据的规律性一致。因此可以判定，基于Flexiforce传感器的服装压力测量系统有很好的可用性。
　　(6)对服装压力分布预测模型进行有限条件的分析，建立一定条件下男性人体上半身椭圆形和双曲线模型，然后对建立的模型在一定的参数下进行数学方法的运算，并与客观测量的压力分布规律进行对比，得到在一定条件下人体上半身服装压力的客观规律。最后对人体服装压力模型进行ANSYS有限元分析，用Solidworks建立人体上半身理想模型，并导入ANSYS进行有限元分析，得出服装压力分布规律，验证了在一定条件下男性上半身服装压力分布规律的正确性。
　　因此，本课题基于Flexiforce传感器开发了一种智能针织服装压力测试装置，由于此压力传感器属于一种柔性织物传感器，具有织物般柔软和纸张般厚度，可弯曲性能很好，因此可在很多不同的环境中用来测量压力的大小，该服装压力测试装置与传统的服装压力测试装置相比具有更好的可操作性和成本优势。测量设备可以通过对各个部位服装压力更加快速和准确的客观测量，可为人体各个部位服装压力的分布与预测提供更加科学和合理的理论依据，也可为服装压力的舒适性研究提供可靠的技术支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 服装压力的研究现状

1．2．1 国外服装压力研究现状

1．2．2 国内服装压力研究现状

1．3 课题研究的意义和目的

1．4 课题研究的内容

1．4．1 针织服装的压力测试与研究

1．4．2 智能针织服装压力测试系统的开发

1．4．3 novel pliance-x-32测试系统客观压力测试及其比较

1．4．4 智能针织服装的压力模型及有限元受力分析

第二章 针织服装压力测试技术

2．1 服装压力产生的原因

2．2 服装压力客观测试技术

2．2．1 流体压力测量法

2．2．2 应变片压力电阻测量法

2．2．3 气压式服装压力测量法

2．2．4 弹力光纤压力测量法

2．2．5 智能化虚拟仪器服装压力测量法

2．2．6 人体模型客观理论计算法

2．3 服装压力主观测试技术

第三章 智能服装压力测试装置开发与研究

3．1 Flexiforce压力传感器

3．2 放大电路

3．3 A／D转换器

3．3．1 A／D转化器的简介

3．3．2 ADC0808配置位说明

3．3．3 ADC0808工作时序及控制原理

3．4 单片机

3．4．1 单片机简介

3．4．2 单片机引脚及功能

3．5 数据传输

3．5．1 Zigbee技术协议栈框架结构

第四章 基于Flexiforce智能针织服装压力测试系统客观测试

4．1 测试条件准备

4．2 Flexiforce传感器标定与校准

4．3 Flexiforce传感器测试装置客观服装压力测量

4．4 客观测试下服装压力影响因素分析

4．4．1 双因素方差分析及建立数学模型

4．4．2 MATLAB实现

4．5 小结

第五章 基于德国novel pliance-x-32测试系统客观压力测试

5．1 novel pliance-x-32压力测试系统

5．2 服装压力客观测量

5．3 压力测试结果

5．3．1 novel pliance-x-32压力测试系统与Flexiforce压力测试系统比较分析

5．4 小结

第六章 服装压力模型分析

6．1 人体椭圆形受力模型

6．2 人体双曲线受力模型

6．3 人体服装压力有限元分析

6．3．1 人体与服装弹性接触的基本假设

6．3．2 人体模型建立

6．3．3 有限元模型的建立

6．3．4 网格划分及处理

6．4 小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢