一种织物电脑

1.本发明属于织物电子学技术领域，具体涉及一种织物电脑的实现方案及其所能实现的功能。


背景技术：

2.电脑的出现是第三次科技革命的重要推动力。回顾电脑的发展历程，由最早的电子管计算机，到后来的台式机，再到现在广泛应用的笔记本电脑，电子产品正朝着轻量化、便携化、个人化趋势发展。同时，材料和加工工艺的进步也促进了织物电子学的发展。传统的薄膜形态的二维柔性电子器件往往通过在柔性基底上沉积功能材料来得到。相比而言，织物电子产品不受限于基底和加工设备的尺寸。此外，由于织物电子器件由纤维构成，其具有良好的柔性，通过不同的编织形式可得到由多种功能纤维电子器件构成的织物，从而实现功能集成化。相较于薄膜形态的二维柔性电子器件，织物电子器件具有更好的柔性和透气性，更适合可穿戴应用场景。
3.近年来，随着纤维电子技术和织物电子学的发展，以及相关材料和工艺的进步，各种纤维电子器件或织物电子系统得以报道，如纤维太阳能电池、纤维储能电池、纤维生物传感器、织物键盘、触觉传感织物、智能制冷与制热织物、织物天线等。然而，目前所报道的研究工作大多停留在实验室阶段。其原因主要包括以下方面：（1）功能过于简单；（2）工作状态不稳定；（3）寿命过短；（4）工作电压过高；（5）制备工艺太复杂；（6）成本过高；（7）无法连续化生产；（8）无法实现功能集成。其难点在于如何在保持纤维一维结构的前提下，实现相应功能稳定工作。此外，还需要寻找与纤维器件相匹配的编织设备，通过编织工艺来实现织物器件功能集成和稳定工作。
4.织物电脑是一种兼具数据处理能力、人机互动功能的织物电子系统，为织物电子学的实际应用提供可能，也为未来更加便携式电脑的发展提供了方向。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种柔性好、可穿戴性强、具有数据输入、数据处理和数据输出能力、能实现复杂功能且长期稳定工作的织物电脑。
6.本发明提供的织物电脑，包括织物显示模块、织物触摸感应模块、控制器模块以及连接线和附件电源；其中，织物显示模块作为此织物电脑的输出系统，用于显示界面、按键、多媒体图像、视频和运算结果等；织物触摸感应模块作为此织物电脑的输入系统，用于操控此织物电脑及输入文字、数字等信息；控制器模块用于接收数据、数据处理和数据输出，控制整个织物电脑，是整个织物电脑的控制中心。
7.本发明中，织物显示模块由发光纤维与发光纤维，或发光纤维与透明导线，或发光纤维与棉线/涤纶线编织而成。编织构成的织物显示模块具有良好的柔性和高透气性，可以沿任意轴以任意角度弯曲，且不影响其发光性能。相关电源线、地线和数据线编织在织物中；电源线和地线连接到供电系统，数据线与控制器连接，控制器模块通过程序控制织物显
示模块显示相应文字、图案等。
8.本发明中，所述织物显示模块，是以发光纤维或透明导线或棉线/涤纶线为经线、以发光纤维作为纬线编织而成的织物；在该织物的两端或中间还可有一段由棉线或涤纶线编织的织物，来增强结构强度；将电源线、地线和数据线编入织物中。
9.进一步地，织物的编织过程中，所述纬线可通过织布机的穿经工艺形成经线，再上织布机。纬线根据其材质和强度，采用手动或自动打纬。电极用导线可用用缝纫机编入织物中。
10.本发明中，所述发光纤维包括但不限于zns型发光纤维、led型发光纤维等。将发光纤维编织成织物后，发光点可以是经纬交织点，或发光纤维本身的发光点。
11.本发明中，所述织物触摸感应模块，由触摸感应纤维与触摸感应纤维编织而成，或由触摸感应纤维与棉线/涤纶线编织而成。具有编织结构的织物触摸感应模块具有良好的柔软性和透气性；此织物触摸感应模块由控制器模块供电，并将触摸感应到信号传输到控制器模块，可精准识别触摸的位置。
12.所述织物触摸感应模块可以任意弯曲；该织物触摸感应模块通过按压，向控制器模块输送模拟值，从而识别感应位置；且在弯折过程中不易发生误触，弯折状态下触摸，其输入值不发生明显的变化，且能与织物显示模块联合使用。
13.本发明中，所述触摸感应纤维包括但不限于电阻式、电容式、压电式或者红外式。
14.本发明中，所述织物触摸感应模块，是以触摸感应纤维或棉线/涤纶线作为经线、以触摸感应纤维为纬线编织而成的织物；在该织物的两端或中间还可有一段由棉线或涤纶线编织的织物，用来增强结构强度；接电极用的导线编织在织物中。
15.进一步地，织物的编织过程中，所述纬线可通过织布机的穿经工艺形成经线，再上织布机。纬线根据其材质和强度，采用手动或自动打纬。电极用导线可用用缝纫机编入织物中。
16.本发明中，所述控制器模块，用于接收织物触摸感应模块输入的信息、数据，并将信息、数据输送给织物显示模块，并把相关信息、数据进行处理和存储。
17.进一步地，所述控制器模块，其体积相对于织物显示模块及织物触摸感应模块而言小很多，能有效、方便地与织物显示模块及织物触摸感应模块结合；组成整体并不影响织物电脑整体的柔性。
18.具体地，所述控制器模块包括但不限于stm32f103zeet6开发板或stm32h743iit6开发板等。
19.本发明中，所述程序控制方式可由扫描发光点、串行发送数据，或并行发送数据等方式。
20.本发明中，织物电脑的配置方式为：织物显示模块与织物触摸感应模块的相应位置对齐缝合；控制器模块与棉布缝合，再与缝合后的织物显示模块与织物触摸感应模块缝合；相关导线连接，引出电源线并与供电系统连接。所述缝合，可用缝纫机缝合，也可用手工缝合。
21.本发明中，所有导线的粗细均需要与相应模块需要的电流相匹配，按照标准选取。
22.本发明提供的织物电脑，柔性好、可穿戴性强，具有数据输入、数据处理和数据输出能力，能实现复杂功能，且可长期稳定工作。
23.本发明提供的织物电脑，其工作电压不高于人体安全电压（36 v）；其工作温度不超过人体皮肤能承受的最高温度（46.5℃），满足织物可穿戴要求。
24.本发明提供的织物电脑，可实现秒表、计算器、打字、音乐播放、图片播放、视频播放、温度传感和亮度传感等功能，此外，还可以与更多纤维电子器件或织物电子系统集成，为便携式电脑未来的发展方向提供了可能。本发明在织物电子学领域中有巨大应用前景。
附图说明
25.图1为织物电脑实物图。
26.图2为发光纤维的实物图。其中，（a）发光纤维远景；（b）发光纤维近景；（c）一个led灯珠。
27.图3为触摸感应纤维的实物图。其中，（a）触摸感应纤维远景；（b）触摸感应纤维近景；（c）一个触摸感应单元。
28.图4为织物电脑由纤维电子器件编织成织物过程的实物图。
29.图5为织物电脑显示多媒体图片图示。
30.图6为织物电脑用作计算器的应用展示。
31.图7为织物电脑连续工作10分钟以后的热成像图，其没有超过皮肤长期耐受温度46.5 ℃。
具体实施方式
32.实施例1（1）制备织物显示模块：将幻彩led灯带作为纬线，8股涤纶线作为经线，用gt6012型多臂机编织，手动打纬。幻彩led灯带选择灯宽为4mm，灯间距为5mm，每根长50 cm，共48根。编织过程中，先编织5 cm的涤纶线作为纬线，然后编织幻彩led灯带，再编织5cm的涤纶线以在结构上进行加固。最后将幻彩led灯珠首尾相接；（2）制备织物触摸感应模块：画出柔性印刷电路板并打样，制得触摸感应纤维，每一条纤维的宽度为4mm，长度为50 cm，共12根。然后用gt6012型多臂机编织，手动打纬。在编织过程中，首先编织5cm的涤纶线作为纬线，然后编织触摸感应纤维。每两条触摸感应纤维之间编织1.2 cm的涤纶线。再编织5cm的涤纶线以加固结构。最后将触摸感应纤维首尾相接；（3）各模块之间连接：将织物显示模块与织物触摸感应模块的相应位置对齐，用涤纶线将其在缝纫机上缝合。控制器选型为stm32f103zet6。然后用涤纶线在缝纫机上将控制器模块缝在棉布基底上，再将棉布基底、织物显示模块以及织物触摸感应模块缝合。最后用缝纫机缝镀银尼龙复丝，将电源线引出；（4）用keil软件编写织物电脑的程序，并通过usb232串口调试助手与计算机连接，用flymcu软件烧录程序。
33.该织物电脑用作计算器的应用展示，参见图6。该织物电脑连续工作10分钟以后的热成像图，其没有超过皮肤长期耐受温度46.5℃，参见图7。
34.实施例2（1）制备织物显示模块：将幻彩led灯带作为纬线，棉线作为经线，用gt6012型多臂
机编织，手动打纬。幻彩led灯带选择灯宽为4mm，灯间距为5mm，每根长50 cm，共144根。编织过程中，首先编织5 cm的棉线作为纬线，然后编织幻彩led灯带，再编织5cm的棉线以加固结构，最后将幻彩led灯首尾相接；（2）制备织物触摸感应模块：将柔性印刷电路板制版并打样，制得触摸感应纤维，每一条宽度为4mm，长度为50 cm，共36根。用gt6012型多臂机编织，手动打纬。在编织过程中，首先编织5cm的棉线作为纬线，然后编织触摸感应纤维。每两条触摸感应纤维之间，编织1.2 cm的棉线。再编织5cm的棉线加固结构，最后将触摸感应纤维首尾相接；（3）各模块之间连接：将织物显示模块与织物触摸感应模块的相应位置对齐，用棉线在缝纫机上将其缝合。控制器选型为stm32h743iit6。然后用棉线在缝纫机上将控制器模块缝在棉布基底上，再将棉布基底与织物显示模块以及织物触摸感应模块缝合。最后用铜线在缝纫机上缝合，将电源线引出；（4）用keil软件编写织物电脑的程序，并通过jlink串口调试助手与计算机连接并烧录程序。
35.该织物电脑用作计算器的应用展示，参见图6。该织物电脑连续工作10分钟以后的热成像图，与图7相似。