基于LilyPadArduino的宠物狗智能夜行服研发

姜茂欣 鲁虹 黄婉蓉 李鑫鑫

摘 要：全球宠物数量每年都在快速增加，养宠居民对宠物服装的款式与功能需求也逐步提升，保障宠物安全成为养宠物居民的核心诉求。为保障养狗居民在夜间遛狗时彼此的生命安全，通过市场调研、问卷调研、深度访谈确定宠物狗智能夜行服的功能需求，并结合FEA模型总结得出符合用户需求的设计方案，通过LilyPad Arduino模块实现宠物狗夜行服的特殊功能，根据对样衣的修改确定最终设计方案，并制作样衣进行测评。研发展现了LilyPad Arduino在智能可穿戴服装运用中的创造性，也实现宠物服装市场新型服装的创新需求。

关键词：宠物狗智能夜行服;安全警示;LilyPad;Arduino;可穿戴技术

中图分类号：TS941.7  文献标志码：A

文章编号：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

全球的宠物市场正在飞速发展，许多国家在宠物购买和开销上花费增加，其中宠物服装占据宠物市场举足轻重的位置。中国宠物服装市场更注重宠物服的美观性与便捷性，对宠物服的安全性能考虑较少。宠物的出行安全是养宠居民比较担心的问题，然而市场上的宠物夜行安全设备可选择范围小也并不完善，主要以反光牵引绳、反光雨衣、LED夜行灯、LED项圈和光束遛宠物绳为主[1]。研究将宠物狗夜行服设计与LilyPad Arduino开发板结合，旨在開发出一款宠物狗智能夜行服，降低宠物狗夜行滋生安全事故的可能性。

1 宠物狗智能夜行服的市场分析

市场分析主要通过线下与线上的市场调研、网络与实地发放的问卷调研和面对面的深度访谈3个方面，具体调研了宠物智能夜行服的市场需求以及功能需求。此次问卷调研采取网络发放问卷和实地发放问卷的方式，实地发放问卷对象为上海天山公园遛狗居民。总共发放问卷243份，有效问卷210份，问卷有效率为86%。有效问卷中，共有养狗居民104人，非养狗居民106人。

1.1 宠物狗智能夜行服功能需求分析

问卷调研中，在关于宠物狗智能夜行服设计因素重要程度方面，穿脱方便为居民考量的最重要因素，平均排名2.23;其次为穿着舒适，平均排名2.80;然后是具备智能元素，平均排名2.99;最后是可水洗和款式美观，平均排名分别为3.13和3.85。具体数据和曲线分析见图1。

1.2 宠物狗服款式分析

在淘宝电商平台中，按月销量（2019年3月）从高至低排序，挑选10家销量最高的宠物服店铺进行调研。如图2所示，将宠物狗服装款式总结为4类，分别为短袖背心款式、无袖背心款式、四脚短袖款式和四脚无袖款式。根据问卷调研得出，64%的养狗居民偏好无袖背心款式。无袖背心款式穿脱十分方便，最为符合养狗居民对宠物智能夜行服设计元素的核心诉求。

1.3 宠物狗智能夜行服设计因素分析

在关于宠物狗智能夜行服设计因素重要程度方面，穿脱方便为居民考量的最重要因素。调研显示，46%的养狗居民偏好插扣穿脱，29%的养狗居民偏好魔术贴穿脱，12%的养狗居民偏好按扣穿脱，仅有7%和6%的养狗居民偏好拉链穿脱和搭扣穿脱。魔术贴方便穿脱，缺点是容易拉扯到宠物狗的毛发[2]。其次为穿着舒适，主要体现在服装面料的舒适性。65%的养狗居民希望选用普通宠物服的棉质面料，45%的养狗居民希望选用类似警示服的涤棉面料，剩余养狗居民偏好防水面料和反光面料。具体数据见图3。

在发光功能方面，72%养狗居民希望宠物服兼具反光和发光的功能，调研显示背部反光和常亮发光为最主流的选择。48%的养狗居民和非养狗居民选择常亮作为理想夜间遛狗发光形式，35%的居民认为闪烁的方式更好。2 宠物狗智能夜行服的研发设计

2.1 款式设计

宠物狗智能夜行服的研发主要结合新版FEA模型[3]和市场需求分析得出的结论，从3个方面来考虑，分别是功能性、美观性和商用性。如图4所示，采取无袖窿设计配合织带调节，增加宠物狗穿着舒适感。

宠物狗智能夜行服整体采用透气性较好的天然材质棉质面料，保证宠物狗自身的体验。采用荧光绿作为主要颜色，伴以中间色黑色作为辅助颜色中和掉一些大面积荧光绿所带来的冲击感。

反光条有4种面料选择方案，分别是高亮化纤反光布、高亮涤棉反光布、亮银涤棉反光布、高亮压烫反光带[4]。从反光能力和工艺难度两方面综合考虑，最终选择反光系数最好且操作性较高的亮银涤棉反光布。

2.2 功能设计

宠物狗服的智能发光功能由LilyPad套件结合LED彩光灯实现。LilyPad套件是一体化的电子纺织品原型制作套件，LilyPad电路板和传感器包括电源的体积相对于其他Arduino元件小很多，而且利用导电织线进行连接可以增加面料的可塑性，在款式设计上有更大的发挥空间，并且没有通电导线带来的不稳定感和不安全感。传感器选用的是和LilyPad配套使用的套件，分别有光敏传感器、开关、按钮、LED灯。

2.2.1 发光模型设计

从市场推广角度考量，一共设计了3种最终方案供消费者选择，分别是方案1：光线亮时LED不亮，光线弱时LED微亮，黑暗中LED常亮;方案2：光线亮时LED不亮，黑暗中LED闪烁;方案3：光线亮时LED不亮，光线弱时LED慢速闪烁，黑暗中LED常亮。

2.2.2 LilyPad Arduino模拟测试

在对Arduino接口多次模拟测试之后，进行闪烁及常亮功能的语句的调试。经过测试1 000 ms（1 s）的闪烁频率过于慢，500 ms（0.5 s）的闪烁频率观感比较舒适。关于常亮编程，只需一直保持高电压状态即可。

光敏传感器也是本次比较关键的电子元件，能根据光线的强度输出0到5 V的模拟量数据。日光下最高输出5 V，如果光线被挡住则输出0 V。光值均为传感器检测出光线强度转换为电压再生成的光值。光值是通过串口监视器来查看传感器感知的数据，所以要在环境设定中初始化串口通信，并将波特率设置为9 600。之后通过不同环境下的光来检测对应的光值，并测试光敏传感器的灵敏度，例如将光值设置为50，如果周围光线强度小于50光值，红色LED会闪烁，否则熄灭。

2.3 工艺设计

国外的宠物服结构设计主要参考由2006年Jung等[5]设计的原型结构和2010年Kim等[6]优化的原型结构。在前人研究的基础上，最大化宠物狗的身体特征，根据胸围量化每个部分的值，使其可以根据宠物狗的大小方便地使用[7]。这类版型结构的优势在于各类尺寸的宠物狗都能根据自身尺寸计算制作结构纸样。宠物智能夜行服服装结构需要根据宠物狗较为普遍的身体结构和夜行的活动方式和习性来设计[8]，款式的变化方式其实和人体服装纸样类似。图5为根据立裁的样衣，进行多次制作修改完成的夜行服款式图和结构图。

2.3.1 LliyPad拼接与整体结构设计

宠物狗智能夜行服结构与工艺设计难点一是如何将带有LilyPad的面料和成衣之间制作成可以拆卸的关系。因为光敏传感器必须直接接触光线，在被包裹状态下不够灵敏，所以要考虑到光敏传感器部分必须露出。最终，最优的设计方式就是使用贴片、贴袋和插片的概念，将带有LilyPad的面料做成可拆卸式。确定贴片、插片、贴袋的位置也是一个极其重要的研究內容。最终的夜行服成衣结构图与尺寸如图6所示。

2.3.2 LliyPad缝制工艺设计

可穿戴智能服装除了编程设计外，另一难点在于缝制工艺设计，主要包括LilyPad整体电路图的设计，LilyPad缝制在面料上的工艺以及保证导电织线的绝缘设计。

电路图的设计是在拆卸完电子元件之后，根据结构图进行电路的设计与连接，如图7所示。

LilyPad的缝制比普通服装缝制步骤复杂。为了使导电织线与接口接触良好，在接口处缝制时应绕3～4圈。为了整体线路的美观性，一般都会针脚间隔均匀并且不重叠。有些设计会将整体线路暴露，这时正面线迹可以比反面线迹短，以达到隐形的效果。如果整条线路都属于通路状态，线迹最好连贯。缝制工艺的难点在于如何将已化繁为简的电路设计在真实面料上缝制，并且通路正确，线迹连贯且规律。在缝制期间需要注意防止线路短路。

关于导电织线的绝缘设计，需要特别注意绝缘电源和接地线，以免电池短路。绝缘线迹可以防止因移动，折叠或与导电表面接触而产生的潜在短路，以及在磨损或清洗过程中增加额外的屏障。有5种电子纺织品的绝缘技术[9]可供选择：弹力织物胶、面料漆、织物层/衬里、刺绣/装饰拼接黏衬。综合考虑工艺难度系数和干燥凝固时间等因素，最终选择兼具美观性和生产实用性的刺绣作为本次绝缘技术，而且刺绣可以直接将线迹的正反面包裹住。

成衣制作运用荧光绿棉质面料和黑色包边条拼接，智能发光局部效果如图8（a）所示，满足具备安全警示的作用。在制作上将LilyPad放置在侧面以适合宠物运动习性，LilyPad在面料上用工整的手缝方法，能够顺利运行完整的电路如图8（b）所示，最后进行导电织线的绝缘处理，如图8（c）所示。

3 宠物狗智能夜行服着装测试与设计

3.1 着装测试

分别在黑暗中、模拟路灯、灯光照射下的

测试宠物狗智能夜行服的着装效果。

黑暗中的夜行服灯光较为明显，如图9（a）所示，但是不属于刺眼的范畴。可以较为明确的感知到宠物狗的行动轨迹，因为流线型的灯光设计比较能感知到宠物狗的方位及即将要运动的状态。

模拟路灯下的夜行服反光能力不强，如图9（b）所示，因为光线没有直接照射在反光条上，但是LED的灯光能弥补反光能力较弱的缺陷，在可视范围内都能较为清晰的分辨宠物狗的去向。

模拟灯光照射下的夜行服反光程度极高，如图9（c）所示，能够清晰分辨前方存在活动的物体，能较好的保护宠物狗及主人的安全。LED发光效果在灯光强射的程度下偏弱，但是反光条弥补了因周围光线过亮而导致的发光效果弱的缺点。

3.2 着装评价

在评价中，受访者可以真实感受成衣并模拟穿脱。主观打分为产品满意度，1至5分，1分表示不满意，5分表示非常满意。关注程度为产品重要性，1至5分，1分表示不重要，5分表示非常重要。具体数据见表1。

大部分目标人群在主观评价中最为看重夜行服的商用性，其次是美观性，最后是功能性。本服装功能性满足受访者关注度，美观性与商用性仍存在思考改进的地方。

在功能性方面，无袖窿设计满意度最高，插扣穿脱方便也经受访者测试后被认可。受访者建议根据季节调整服装面料厚度;颈围部分的结构舒适度也需要改进;插片的面料调整为稍厚一点的面料会更方便拆卸。LED发光效果、光敏敏感程度和穿脱使用体验都使受访者较满意。大多数养狗居民认为穿着此款宠物狗智能夜行服可以有效保障宠物夜行安全。

在美观性方面，受访者一致认为面料颜色醒目、LED亮度恰當、反光能力好。受访者建议商业生产时保持灯的颜色一致，并且多一个挂狗绳的D型环。在商用性方面，受访者希望价格为200元人民币以下。目前LilyPad USB Plus售价为25.95美元，光敏传感器售价为3.5美元，5个LED灯售价为2.95美元，在服装市场推广实施之后，可以将成本控制在250元人民币以内。受访者还表示希望可以通过线上线下多渠道购买。

4 结 论

天黑以后能见度低，很容易造成意外发生，所以有必要使宠物狗穿着方便驾驶员、骑行者、行人分辨清楚的夜行服，以降低宠物狗夜行滋生安全事故的可能性，同时对养狗居民也可以起到防范作用，避免因宠物引发的民事纠纷[10]。基于宠物狗夜行安全的宠物智能夜行服，在保障养狗居民夜间遛狗时彼此共同的生命安全外，也实现了宠物服装市场新型服装的创新需求。在未来可以衍生出为宠物特制的其他服装，如为地震搜救犬设计带有GPS和智能感光的服装。利用智能元素开发宠物行业潜在市场，该款夜行服具有一定的潜在价值。

参考文献：

[1]杨雪涛.新型宠物服装的开发研究[D].无锡：江南大学，2008：13-14.

[2]微风.如何给爱犬选购合适的服装[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]李云台.高亮度服装辅料[J].浙江纺织服装职业技术学院学报，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.

[6]KIM J， PARK S. The prototype development of clothing for pet dogs[J].The Research Journal of the Costume Culture，2010，18（4）：599-611.

[7]LEE J. A study on the development of pattern and design for pet dogs wear[J].Journal of Korean Society for Clothing Industry，2012，14（5）：846-852.

[8]王珊珊.浅谈宠物狗衣身纸样结构设计及要点[J].现代职业教育，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]张万钧，朱燕飞，邵菁.北京居民区宠物安全调查与研究[J].现代商贸工业，2010（18）：258-259.