一种基于压力传感技术的室内定位系统的制作方法

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种基于压力传感技术的室内定位系统及方法。

背景技术：

室内定位系统（Indoor Positioning System，IPS）是普适计算中的重要内容。随着智能终端的普及、移动互联网时代的来临，复杂室内环境下的定位与导航的需求日益增大，同时，IPS在公共安全、移动电子商务等领域都有着广泛的应用。目前，IPS采用的定位技术主要包括RFID、Bluetooth、WiFi、UWB、ZigBee、光学、超声波、红外线、地磁场等。采用单一定位技术的室内定位系统都存在一定的缺陷，如负担性强、扩展性和鲁棒性差、定位精度低、响应时间长等。因此，多种定位技术融合是IPS的一个发展方向。

压力传感触控技术（Force Based Touch Sereen Technology）zTouch来自于美国F-Origin公司。该技术的原理是在刚性面板的四周角落处设置多个压力传感器，通过传感器感知用户在面板上触摸或做手势产生的垂直于面板的压力，根据各点传感器受力不同进行定位。该技术具有环境鲁棒性好、持久性强、无负担性以及三维信息感知、定位精度高等优点，应用于IPS可弥补其他定位技术的不足。目前，国外有多家机构正在研究基于该技术的定位系统，如英国兰卡斯特大学的Weight Lab、英国谢菲尔德哈勒姆大学和德国亚琛工业大学的Smart Floor等。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供了一种基于压力传感技术的室内定位系统及方法，本发明具有定位准确、环境鲁棒性好、无负担性、隐私保护好和智能化等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于压力传感技术的室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：小车、定位平台、数据处理中心、上位机和远程监视终端；所述小车分别信号连接于定位平台和上位机；所述定位平台信号连接于数据处理中心；所述数据处理中心信号连接于上位机；所述上位机信号连接于远程监视终端。

所述上位机包括：定位显示模块、运动控制模块和远程监视模块；所述定位显示模块，用于根据小车和定位平台发送过来的数据信息，实时显示小车在定位平台上的绝对位置和运动路径；所述运动控制模块，用于通过蓝牙发送控制命令控制小车的运动，达到非接触移动小车的目的，同时防止接触方式产生的侧向力对定位精度的影响；所述远程监视模块，用于将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台由16个压力传感器和4块刚性玻璃板组成，分为4个压力传感单元；所述传感器为轮辐式压力传感器；所述传感器自身集成有电桥，对外有4条引线，分别为电源适配器线、电源接地线、信号输入线和信号输出线；所述传感器还具有放大器。

进一步的，为保证定位准确性，定位平台在工作时需要调平。当定位平台不平时，即当传感器高度不一致，某个或某几个传感器将处于不受力的悬空状态，即“虚腿”现象。“虚腿”现象将改变四支点平台力的分布，从而导致定位的准确性降低。通过调平可以杜绝这种现象的出现。调平通常采用向最高支撑靠拢的方法，即通过垫片调节4个支点中高度较低的3个，使其与最高支点高度一致从而调平台面。本系统通过在传感器下垫纸片的方法调平定位平台。

所述压力传感单元包括1块刚性玻璃板和4个压力传感器；所述4个压力传感器分别位于对应刚性玻璃板的四角处。

所述小车包括：电机、处理器、电源和车体；所述电源分别信号连接于电机和处理器；所述电机，用于根据处理器的命令，控制车体的运行；所述处理器，用于接收来自运动控制模块的控制命令，控制电机的运行。

进一步的，运动控制模块是通过在上位机和小车间建立蓝牙通信实现的。不具备蓝牙功能的上位机机可通过蓝牙适配器和BlueSoleil软件实现蓝牙功能，小车端通过UART接口连接一蓝牙透传模块，此时，上位机和小车端建立了虚拟串口连接，上位机通过VISA串口通信编程实现向小车发送运动指令。运动控制模块可完成对小车的速度控制以及前进、后退、左转、右转、停止5种运动状态控制。

一种基于压力传感技术的室内定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，系统初始化；

步骤2：上位机发出控制命令控控制小车的运动，小车接收到控制命令后，根据控制命令运动；

步骤3：定位平台的压力传感器实时监测小车的运动位置，压力传感器将感知到的小车的位置信息发送至数据处理中心；

步骤4：数据处理中心根据预设的处理方法，得出小车位于定位平台上的绝对位置，将该绝对位置发送至上位机，上位机根据接收到的位置信息，得出小车的实际位置和运动轨迹；

步骤5：上位机将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台的定位方法包括以下步骤：

步骤1：设定某个压力传感单元种的四个压力传感器分别为： QUOTE , QUOTE ；

步骤2：设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ;设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；

步骤3：当小车在该平面运行过程中，会产生一个垂直于平面的压力，设该压力为： QUOTE ；

步骤4：设置 QUOTE 在四个传感器点处的分力分别为： QUOTE ；

步骤5：通过如下公式，可以计算得出力F的实际位置，从而实现定位：

QUOTE ;

QUOTE ；

QUOTE 。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、定位准确：本发明的定位系统主要通过压力传感器以及基于压力传感器的定位算法进行定位，相比于成本高昂的其他定位系统，本发明在同等成本的情况下实现了最好的定位效果，定位更加准确。

2、环境鲁棒性好、无负担性：本发明的系统设置于地板或者玻璃板下，系统不容易受到外界力量的破坏，同时整个系统组成简单，运行稳定。

3、隐私保护好：本发明的传感器都布设于地板和玻璃板下，很适合一些安防要求较高和隐私保护要求较高的地方。

4、智能化：本发明的定位和路径显示都由系统自行计算和判断，无须人工进行操作，智能化程度较高。

附图说明

图1是本发明的一种基于压力传感技术的室内定位系统及方法的系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种基于压力传感技术的室内定位系统，系统结构如图1所示：

一种基于压力传感技术的室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：小车、定位平台、数据处理中心、上位机和远程监视终端；所述小车分别信号连接于定位平台和上位机；所述定位平台信号连接于数据处理中心；所述数据处理中心信号连接于上位机；所述上位机信号连接于远程监视终端。

所述上位机包括：定位显示模块、运动控制模块和远程监视模块；所述定位显示模块，用于根据小车和定位平台发送过来的数据信息，实时显示小车在定位平台上的绝对位置和运动路径；所述运动控制模块，用于通过蓝牙发送控制命令控制小车的运动，达到非接触移动小车的目的，同时防止接触方式产生的侧向力对定位精度的影响；所述远程监视模块，用于将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台由16个压力传感器和4块刚性玻璃板组成，分为4个压力传感单元；所述传感器为轮辐式压力传感器；所述传感器自身集成有电桥，对外有4条引线，分别为电源适配器线、电源接地线、信号输入线和信号输出线；所述传感器还具有放大器。

进一步的，为保证定位准确性，定位平台在工作时需要调平。当定位平台不平时，即当传感器高度不一致，某个或某几个传感器将处于不受力的悬空状态，即“虚腿”现象。“虚腿”现象将改变四支点平台力的分布，从而导致定位的准确性降低。通过调平可以杜绝这种现象的出现。调平通常采用向最高支撑靠拢的方法，即通过垫片调节4个支点中高度较低的3个，使其与最高支点高度一致从而调平台面。本系统通过在传感器下垫纸片的方法调平定位平台。

所述压力传感单元包括1块刚性玻璃板和4个压力传感器；所述4个压力传感器分别位于对应刚性玻璃板的四角处。

所述小车包括：电机、处理器、电源和车体；所述电源分别信号连接于电机和处理器；所述电机，用于根据处理器的命令，控制车体的运行；所述处理器，用于接收来自运动控制模块的控制命令，控制电机的运行。

进一步的，运动控制模块是通过在上位机和小车间建立蓝牙通信实现的。不具备蓝牙功能的上位机机可通过蓝牙适配器和BlueSoleil软件实现蓝牙功能，小车端通过UART接口连接一蓝牙透传模块，此时，上位机和小车端建立了虚拟串口连接，上位机通过VISA串口通信编程实现向小车发送运动指令。运动控制模块可完成对小车的速度控制以及前进、后退、左转、右转、停止5种运动状态控制。

本发明实施例2中提供了一种基于压力传感技术的室内定位方法：

一种基于压力传感技术的室内定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，系统初始化；

步骤2：上位机发出控制命令控控制小车的运动，小车接收到控制命令后，根据控制命令运动；

步骤3：定位平台的压力传感器实时监测小车的运动位置，压力传感器将感知到的小车的位置信息发送至数据处理中心；

步骤4：数据处理中心根据预设的处理方法，得出小车位于定位平台上的绝对位置，将该绝对位置发送至上位机，上位机根据接收到的位置信息，得出小车的实际位置和运动轨迹；

步骤5：上位机将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台的定位方法包括以下步骤：

步骤1：设定某个压力传感单元种的四个压力传感器分别为： QUOTE , QUOTE ；

步骤2：设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ;设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；

步骤3：当小车在该平面运行过程中，会产生一个垂直于平面的压力，设该压力为： QUOTE ；

步骤4：设置 QUOTE 在四个传感器点处的分力分别为： QUOTE ；

步骤5：通过如下公式，可以计算得出力F的实际位置，从而实现定位：

QUOTE ;

QUOTE ；

QUOTE 。

本发明实施例3中提供了一种基于压力传感技术的室内定位系统及方法，系统结构图如图1所示：

一种基于压力传感技术的室内定位系统，其特征在于，所述系统包括：小车、定位平台、数据处理中心、上位机和远程监视终端；所述小车分别信号连接于定位平台和上位机；所述定位平台信号连接于数据处理中心；所述数据处理中心信号连接于上位机；所述上位机信号连接于远程监视终端。

所述上位机包括：定位显示模块、运动控制模块和远程监视模块；所述定位显示模块，用于根据小车和定位平台发送过来的数据信息，实时显示小车在定位平台上的绝对位置和运动路径；所述运动控制模块，用于通过蓝牙发送控制命令控制小车的运动，达到非接触移动小车的目的，同时防止接触方式产生的侧向力对定位精度的影响；所述远程监视模块，用于将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台由16个压力传感器和4块刚性玻璃板组成，分为4个压力传感单元；所述传感器为轮辐式压力传感器；所述传感器自身集成有电桥，对外有4条引线，分别为电源适配器线、电源接地线、信号输入线和信号输出线；所述传感器还具有放大器。

进一步的，为保证定位准确性，定位平台在工作时需要调平。当定位平台不平时，即当传感器高度不一致，某个或某几个传感器将处于不受力的悬空状态，即“虚腿”现象。“虚腿”现象将改变四支点平台力的分布，从而导致定位的准确性降低。通过调平可以杜绝这种现象的出现。调平通常采用向最高支撑靠拢的方法，即通过垫片调节4个支点中高度较低的3个，使其与最高支点高度一致从而调平台面。本系统通过在传感器下垫纸片的方法调平定位平台。

所述压力传感单元包括1块刚性玻璃板和4个压力传感器；所述4个压力传感器分别位于对应刚性玻璃板的四角处。

所述小车包括：电机、处理器、电源和车体；所述电源分别信号连接于电机和处理器；所述电机，用于根据处理器的命令，控制车体的运行；所述处理器，用于接收来自运动控制模块的控制命令，控制电机的运行。

进一步的，运动控制模块是通过在上位机和小车间建立蓝牙通信实现的。不具备蓝牙功能的上位机机可通过蓝牙适配器和BlueSoleil软件实现蓝牙功能，小车端通过UART接口连接一蓝牙透传模块，此时，上位机和小车端建立了虚拟串口连接，上位机通过VISA串口通信编程实现向小车发送运动指令。运动控制模块可完成对小车的速度控制以及前进、后退、左转、右转、停止5种运动状态控制。

一种基于压力传感技术的室内定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，系统初始化；

步骤2：上位机发出控制命令控控制小车的运动，小车接收到控制命令后，根据控制命令运动；

步骤3：定位平台的压力传感器实时监测小车的运动位置，压力传感器将感知到的小车的位置信息发送至数据处理中心；

步骤4：数据处理中心根据预设的处理方法，得出小车位于定位平台上的绝对位置，将该绝对位置发送至上位机，上位机根据接收到的位置信息，得出小车的实际位置和运动轨迹；

步骤5：上位机将小车的位置信息发送至远程监视终端进行显示。

所述定位平台的定位方法包括以下步骤：

步骤1：设定某个压力传感单元种的四个压力传感器分别为： QUOTE , QUOTE ；

步骤2：设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ;设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；设定 QUOTE 在压力传感单元的平面中的二维坐标为： QUOTE ；

步骤3：当小车在该平面运行过程中，会产生一个垂直于平面的压力，设该压力为： QUOTE ；

步骤4：设置 QUOTE 在四个传感器点处的分力分别为： QUOTE ；

步骤5：通过如下公式，可以计算得出力F的实际位置，从而实现定位：

QUOTE ;

QUOTE ；

QUOTE 。

本发明的定位系统主要通过压力传感器以及基于压力传感器的定位算法进行定位，相比于成本高昂的其他定位系统，本发明在同等成本的情况下实现了最好的定位效果，定位更加准确。

本发明的系统设置于地板或者玻璃板下，系统不容易受到外界力量的破坏，同时整个系统组成简单，运行稳定。

本发明的传感器都布设于地板和玻璃板下，很适合一些安防要求较高和隐私保护要求较高的地方。

本发明的定位和路径显示都由系统自行计算和判断，无须人工进行操作，智能化程度较高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。