服裝和面料設計師將把LED整合到服裝和時尚配飾中。雖然處于起步階段,但有一些設計在業余愛好者領域比Hugo Boss更多,但它仍然是一項不斷發展的業務。確定技術時尚何時以及是否會在消費者市場中占據優勢是不可預測的。然而,盡管衣服上的LED尚未被可穿戴電子設備的市場報告所關注,但將LED刺繡成面料(如亮片或珠子)可能是一項大批量生意。
圖1:左圖:帶有30個紅色,綠色和藍色LED(每個指尖3個)的亮片手套,用于舞蹈套路和街頭表演,每個手套有兩個CR2032。右圖:帶有23個高強度LED的Visijax電子自行車夾克采用3節AAA電池供電。
在時尚行業之外,可穿戴LED的更多實際應用包括高可見度帶,帶扣和貼片,它們被整合到戶外裝備中騎行者,應急服務人員和其他安全服裝。
服裝行業LED的關鍵限制因素是體積小,成本低,堅固,低功耗和“可縫性”。奇怪的是,引線式LED與表面貼裝器件一樣受歡迎,因為引線提供了使用導電線將光線縫合到織物上以提供電氣互連的方法。本文將介紹一些最新的白色和適合服裝應用的彩色LED。例如,Cree的XLamp ? ML-E設備可滿足對亮度的需求,而ROHM的PicoLED則是最小,最便宜,功耗最低的設備之一。
同時,從項目開發的角度來看,Arduino被證明是一種流行的工具,用于開發字符串和織物安裝LED陣列的交互和控制方面。 Arduino和Olimex提供的評估和開發套件,通常基于Atmel的ATmega和ATtiny微控制器,將突出顯示它們如何用于此類應用。
高級時裝到高能見度
網絡尋找可穿戴LED將提供大量的信息和圖像,從艷俗和炫目到時尚和功能。幾年前的閃光領帶,發面和皮帶扣正在讓位于將LED融入時尚和運動服裝及配飾的更微妙和實用的用途。當然,對迪斯科舞廳,音樂會和晚會表演的古怪設計的需求仍在增加。為了服務于這個不斷發展的行業,有許多可穿戴技術專家,結合了紡織品和技術,以及專門封裝和安裝在板上的LED及其相關電路的愛好者和小工具供應商。
隨著LED,控制器和電源變得更小,更便宜,更低功耗和更可靠,市場正在擴大。電池電量是目前的限制因素。一些可穿戴應用可以使用CR2032或CR2450紐扣電池,但設計人員在選擇LED時必須小心,因為這些電池是電流限制的。對于更高電流的設計,更大的電池選項是AA和AAA以及CR123相機電池。 LED的數量,類型和亮度,電池尺寸和壽命之間始終存在折衷。通常,白色和藍色LED的正向電壓高于其他顏色,為2.9至3.2 V,而紅色LED往往是最低在2伏左右。并行運行多個LED會使單個紐扣電池的操作變得更加困難,這就是為什么有些應用會使用兩個串聯的LED。還應該注意的是,對于給定的溫度,正向電壓的微小變化可以產生正向電流的顯著變化。正向電壓和正向電流要求可以隨著LED芯片尺寸,芯片材料甚至芯片批次而顯著變化變化,以及溫度。通常,3 V紐扣電池可提供4至9 mA的電流。雖然發現額定電壓為3 V或更低的LED通常不是問題,但大多數都具有數十或數百mA的正向電流數據。在這種類型的應用中,電阻器是成本最低且最常用的限流裝置。但是,設計人員應該意識到電阻會產生熱量。另一個考慮因素是電流和電壓太小可能導致LED的光輸出減少。
技術和紡織品
舉例來說,如圖1所示的燈光手套。1設計特點十組RGB LED(每個指尖三個),可以設置為閃光燈,慢慢改變顏色或穩定燃燒。每個手套都使用兩個CR2032紐扣電池。相比之下,Visijax2騎行夾克包含不少于23個高強度LED。六個白色LED在前面形成兩個三二極管簇,在背面形成五個紅色LED,在每個臂上形成六個琥珀色LED,運動傳感器提供自動信號系統。 LED的發光強度為3800 mcd(白色),1200 mcd(紅色)和1100 mcd(琥珀色)。電源是三節AAA電池。
采用完全不同的設計方法,可穿戴燈公司Vega3開發了Edge,包括安裝在小電路板上的三個LED,包裝在帶有反光條的皮套中,并帶有強力磁鐵例如,在衣服或包上的單位。該設備由單個CR2032電池供電,據稱可持續使用20小時。
Vega Edge選擇使用高亮度,Cree XLamp ML-E LED。這些器件規定在500 mW時可產生高達58 lm的電流。典型設備包括MLEAWT-A1-CJCA冷白色(6200K)和擴散5000K版本MLEAWT-A1-R250。白光的典型正向電壓為1.5 V(150 mA(并聯)),9.6 V sy 50 mA(系列)。
尺寸,成本和功率折衷
ML-E系列提供3.45 x 3.5 mm封裝,但如果尺寸是關鍵因素,則可以使用更小的封裝器件。 Cree的XLamp XQ-E系列采用0606封裝,白色和彩色變化僅為1.6 x 1.6 mm。最酷的白色版本,5700K,是XQEAWT-0-BEE2,而更溫暖的白色版本,XQEAWT-0-HCE6的CCT為3500K。流明輸出分別為116流明/瓦和102流明/瓦。 350mA時的典型正向電壓為2.9 V.如果成本和最小可能的電源比流明輸出更重要,因為它們可能用于大量使用作為織物的裝飾效果,那么LED指示器芯片可能是答案。 ROHM的picoLED系列聲稱是同類產品中最亮和最高效的LED,尺寸僅為1.0 x 0.6 mm,有多種顏色和RGB版本。對于大多數顏色,典型正向電壓為2.9 V,5 mA。對于某些紅色和橙色器件,典型的正向電壓僅為1 mA時為1.9 V.然而,millicandela的評級相應較低,從2.1到7.6 mcd。
時尚的粉紅色型號SMLP12HBC7W1有一個擴散鏡頭,提供22 mcd,正向電壓為2.9 V,5 mA。還提供藍色,紅色,綠色和黃色版本。對于白色picoLED,ROHM使用InGaN技術。例如,SMLP13WBC8W1的CCT為7700K,產生150 mcd;然而,正向電壓在5 mA時保持相當低的2.9 V。這些超薄型(僅0.2毫米)超低功耗設備非常適合縫制成衣服。
圖2:受時裝設計師Leah Buechly啟發的研究生項目服裝,LilyPad Arduino董事會的聯合設計師,以及Craft雜志的特色。該設計采用Lumex SML-LX1206SIC-TR高強度紅色表面貼裝LED,額定值為70 mcd,正向電壓為2 V,20 mA。使用導電線縫制LED。
Tinkering kits
用于創建可穿戴LED設計的最流行的開發平臺之一是Arduino開發環境(IDE),其硬件基于Atmel的ATtiny或ATmega328微控制器和開源軟件。 Arduino IDE的主要優點是成本低,非專業人員易于使用,并且可以直接插入計算機的USB端口。它提供電源管理和內置電壓調節,可連接到高達12 V的外部電源,并將其調節至5 V和3.3 V.
Arduino入門套件是一個綜合工具箱,包括最新的Arduino Uno板,白色,紅色,綠色,黃色,藍色和RGB的二十九個LED,一系列電容器,電阻器和晶體管以及許多其他器件。文檔通過逐步完成許多項目,幫助用戶探索Arduino通過傳感器和執行器控制物理世界的潛力。
對于已經熟悉Arduino的開發人員,我們提供了廣泛的開發板和評估平臺。還提供各種附件,包括TinkerKit系列中的LED板。可穿戴設備開發商已經設計了LilyPad,專門用于紡織品和服裝,可輕松縫制到織物上,甚至可以清洗。該板使用Atmel ATmega微控制器(圖2)。
SMD格式的標準Arduino Uno板是開發目的的良好起點,較小的Arduino Nano,尺寸僅為18.5 x 43 mm,可以供電通過Mini-B USB連接或5 V穩壓外部電源。另一個靈感來自Arduino的選項是Olimex的Olimexino-85-Kit和Olimexino-85-ASM,基于Atmel的ATtiny85微控制器。該套件隨附預裝有微核tiny85引導加載程序的微控制器,以及一系列可隨時焊接的組件以及用戶手冊。 ASM版本已準備好加載并經過測試。該設計比Arduino Uno更小,更簡單,功能更強,尺寸為32 x 20 mm,已用于可穿戴LED飾品。
低功耗微型
微控制器的選擇會對可穿戴LED配置的功耗產生影響。 ATmega和ATtiny85微控制器體積小,功耗極高。例如,ATmega48A是一個8位risc微控制器,具有許多外設和六種睡眠模式。工作電壓為1.8至5.5 V,1 MHz,1.8 V,25°C時的功耗在工作模式下為0.2 mA,在省電模式下為0.1μA。 ATtiny85具有更少的外設和I/O,在1 MHz,1.8 V時的有源模式功耗為300μA,在1.8 V時的功耗僅為0.1μA。
能量收集
最終,可穿戴的基于LED的設備可能與能量收集技術相結合。已經接近商業化的織物將能夠通過太陽能或壓電技術產生能量。此外,能量存儲也可能被納入紡織品中,纖維可以編織成具有超級電容器特征的電池。當這些類型的開發成果實現時,基于LED的電源和能量存儲挑戰可穿戴設備幾乎會消失。 LED可以為華麗的西裝和顏色協調的配件帶來全新的意義。
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