基于压力传感器触发关联事件的承压模块以及承压系统的制作方法

本发明涉及一种基于压力传感器触发关联事件的承压模块以及承压系统，特别是涉及一种集家庭室内装修、安防及娱乐于一体的地板。

背景技术：

随着智能家居领域的快速发展，融合传感器技术的智能设备在家庭生活中的应用越来越多，不断改变着人们的生活方式。在建筑装饰装修行业，地板作为一种人们经常使用的建筑装修材料，在房屋装修中一般只用于室内家居环境美化以及防潮和保温等功能，其功能单一保守。在智能家居的浪潮中，传感器技术为地板的功能扩展提供了无限的可能性。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种基于压力传感器触发关联事件的承压模块和承压系统，其能够尽可能简单地扩展例如地板或墙面单纯作为室内装饰建材之外的功能。

本发明的第一方面涉及一种基于压力传感器触发关联事件的承压模块，所述承压模块包括：用于支撑承压模块的基板；用于与外部压力接触的柔性的表面板，其设置在基板的上端面上；以及压力传感器，其贴靠地设置在表面板下侧。

所述压力传感器与设置在承压模块内部或外部的微处理器单元电连接，从而微处理器单元能从压力传感器获取传感器信号并且根据该传感器信号向外部的控制装置发送所述承压模块的唯一的识别码以及发送传感器信号类型。

所述承压模块构造用于能根据存储在所述控制装置中的事件订阅表来触发相应的事件，所述事件定义承压模块侧的识别码和传感器信号类型以及受控端的地址和所要执行的触发命令之间的逻辑关联，所述事件订阅表包括一个或多个所述事件。

在本发明的意义中，所述事件应理解为实现某一功能的逻辑，也就是说，当承压模块受到某种方式的压力作用时，控制装置基于存储在该控制装置中的与这种方式的压力作用相关联的逻辑获取对相应的受控端的触发命令，从而该相应的受控端进行相应的动作。

本发明的构思在于：将对承压模块的压力作用方式(例如一次踩踏或连续踩踏)与相应的受控端创建逻辑关联以产生事件并且将该事件以事件订阅表的形式存储在控制装置中，通过对承压模块的压力输入来触发这些事件以完成操控。因此，通过本发明的该构思能够简单地将智能家居控制、安防报警、轨迹跟踪、以及室内娱乐等功能集于一体，丰富了例如地板或墙面单纯作为室内装饰建材之外的功能。

优选地，表面板设置在基板的上端面上，从而与基板的外缘拼合形成基本上封闭的结构。因此能够保护基板内部的电气组件。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述承压模块可以用作控制开关，与此相应地，所述受控端是具有电气功能的受控设备。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述受控端可以是安防报警系统。或者所述受控端可以是娱乐设备、例如密室逃脱或室内迷宫等。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述承压模块可以构成为墙面模块或地板模块、尤其是构成为在受控设备附近的墙面模块或地板模块。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述承压模块还可以具有承压板，该承压板被支承在基板与表面板之间的内部空间中，压力传感器设置在表面板下侧与承压板上侧之间并且分别与表面板下侧和承压板上侧接触。该承压板的设置能够使得表面板具有更大的表面张力，从而带来更佳的踩踏触感。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述承压模块还可以具有弹性元件，该弹性元件设置在承压板下侧与基板底部之间，以便吸收承压板的形变所产生的机械能并且在所述形变消除之后使承压板恢复初始形状。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述压力传感器可以是压电薄膜传感器。优选地，所述压电薄膜传感器可以具有产生正向压电效应的传导性材料，从而压电薄膜传感器在受到压力的情况下产生具有第一电极极性的电荷。

优选地，所述压电薄膜传感器可以包括均匀布置的一个或多个压力传感元件和压电薄膜元件，压力传感元件用于检测承压板受到的压力，压电薄膜元件具有产生正向压电效应的传导性材料，从而压电薄膜元件在受到压力的情况下产生具有第一电极极性的电荷。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，在承压板上侧可以设有与传导性材料贴合的具有第二电极极性的导体元件，从而第一电极极性与第二电极极性构成电气回路并且与微处理器单元电连接。优选地，微处理器单元可以具有与第一电极极性和第二电极极性电连接的放大电路并且与该放大电路依次电连接有滤波整形电路、低功耗芯片和无线收发模块，以便监测压电薄膜传感器的压电信号。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，所述承压模块可以具有储能元件，该储能元件构造用于储存由压电薄膜传感器产生的多余电荷和/或将承压模块受到的压力转换成电能并且储存该电能，从而能直接利用压电薄膜传感器的压电效应或直接通过由承压模块受到的压力转换而成的电能来驱动微处理器单元工作。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，基板的沿竖直方向的横截面呈阶梯状，表面板设置并支撑在基板的第一阶梯面上，而承压板设置并支撑在基板的第二阶梯面上。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，表面板可以具有相互贴合的第一板和第二板，第一板与外部压力接触，第二板与压力传感器接触。

在按照本发明的承压模块的一种扩展方案中，基板可以具有其他外围结构，例如可以具有用于将承压模块固定在建筑面内的结构或者具有将多个同类的承压模块彼此拼接的结构。优选地，基板的外侧面上可以设有对接部，所述对接部构造用于与相邻承压模块的基板的互补的对接部嵌接，从而多个承压模块能够形成一个承压系统。优选地，所述对接部具有电触点，所述电触点能与所述互补的对接部的电触点电连接。优选地，所述电触点可以与在基板底部敷设的电力线缆连接，以便为承压模块提供电力。

本发明的第二方面涉及一种基于压力传感器触发关联事件的承压系统，所述承压系统具有至少一个按照本发明的承压模块并且具有控制装置，该控制装置构造用于接收来自承压模块的微处理器单元的识别码和信号类型并且用于向相应的受控端发送触发命令。

在按照本发明的承压系统的一种扩展方案中，所述承压系统具有至少两个相邻的承压模块。优选地，所述微处理器单元构造用于比较所述至少两个相邻的承压模块的压力水平，以便确定所期望的识别码，从而正确地触发相应的事件。

在按照本发明的承压系统的一种扩展方案中，所述承压系统包括多个承压模块，所述多个承压模块共同组成室内地板或墙面，或者单个或成组地形成室内地板或墙面的一部分。优选地，所述多个承压模块有规律地分布设置在室内地板或墙面中。

在按照本发明的承压系统的一种扩展方案中，所述控制装置构造用于确定每个承压模块在承压系统中的方位。优选地，利用与所述控制装置连接的移动设备来标定每个承压模块在承压系统中的方位。

与现有技术相比，按照本发明的承压模块和承压系统的优点在于：按照本发明的承压模块无需外部电源，铺设拼接方便，不会过度减小室内垂直高度空间，其表面板的纹理也可根据市场选用不同的风格和样式供顾客选用，因此不会增加室内装修的复杂程度。在安防领域，按照本发明的承压模块根据受到的动态压力或冲击力来判断是否有人员进入室内，因此检测手段隐蔽不易察觉，而且保护了个人的影像隐私。在智能家居领域，按照本发明的承压模块可用于控制室内其它设备的控制开关，将室内闲置的地面利用起来，扩展了地板的功能。在娱乐方面，按照本发明的承压模块可作为输入按键，与外部娱乐软件系统、影音系统和其它设备相结合，例如应用于室内儿童游乐场等。

附图说明

下面借助于实施例参照附图示例性地详细阐述本发明。这些实施例对于本发明不应是限制性的，而是用于更好地理解本发明。其中：

图1a和1b示出按照本发明的承压模块的第一实施例，其中，弹性元件在图1a中处于初始状态，而在图1b中处于压缩状态；

图2a和2b示出按照本发明的承压模块的第二实施例，其中，图2a示出形式为凹部的对接部，图2b示出形式为凸部的对接部；

图3示出按照本发明的承压系统的一种实施例的局部视图；

图4示出对按照本发明的承压系统的承压模块进行标定的示意图。

具体实施方式

在所述附图中，相同的部件具有相同或相应的附图标记。

图1a和1b示出按照本发明的承压模块的第一实施例，其中，弹性元件在图1a中处于初始状态，而在图1b中处于压缩状态。在该第一实施例中，所述承压模块10包括柔性的表面板11、压电薄膜传感器12、承压板13、基板19和微处理模块(未示出)。

表面板11位于基板上端面，用于接触用户脚底和获取踩踏和行走轨迹输入。例如，在受到人体重力或踩踏冲击下该表面板11可产生一定弹性变形(参见图1b)。压电薄膜传感器12敷设于表面板11和承压板13之间，其中，该压电薄膜传感器12可以贴附于承压板13上表面并且与表面板11下表面相接触，或者反过来，该压电薄膜传感器12可以贴附于表面板11下表面并且与承压板13上表面相接触。

压电薄膜传感器12受到来自表面板11底部传递的机械能而产生至少与该表面板11相同幅度的形变(例如表面弯曲)。根据压电效应原理，压电薄膜传感器12在受到一次或多次外部动态压力后产生电压信号(例如正向压电效应)。该信号用于监测承压模块10受到外部冲力或被人员踩踏动作。

例如，承压板13两端可嵌入到基板19内部的凹部结构内。当受到外部压力时，承压板13随同贴靠在其上表面的压电薄膜传感器12承受外部压力。当然，表面板11的形状不应限于附图中示出的那样，而是例如也可以是与沙发坐垫表面(例如更柔软的有机材料)相似的形状，从而更好地吸收压力冲量。

所述承压模块10还可以包括弹性元件14，该弹性元件14布置在承压板13底部和基板19沉槽上表面之间并且连同承压板13一起以吸收从表面板11传递而来的机械冲击。例如，该弹性元件14可以是用于存储被承压板13吸收的剩余机械能量的弹簧，以便辅助表面板11和承压板13在移除压力后恢复形变。

所述承压模块10还可以具有储能元件、例如用于储存多余电荷的电容器或者用于储存光能的光伏元件等。

优选地，压电薄膜传感器12可以包含均匀布置的一个或多个压力传感元件和压电薄膜元件。这两类元件例如可以带状结构交错敷设。因此，通过压力传感元件能检测来自人体的压力或任何向表面板11下压的冲量(诸如跌倒、跳跃等)。也就是说，通过这类压力传感元件能感测不同程度的下压冲量。压电薄膜元件可以使用任何产生正向压电效应的传导性材料，该压电薄膜元件可在压力形变下产生电荷以具有第一电极极性。

承压板13中可以贴合上述压电薄膜元件地布置具有第二电极极性的导体元件。因此，第一、第二电极可构成电力回路且耦接微处理器单元15。微处理器单元15可通过导线与压电薄膜传感器12和承压板13的正负极相连。优选地，该微处理器单元15内部含有耦接该正负极的电荷放大电路，以及依次电连接的滤波整形电路、低功耗芯片和无线收发模块，以便监测薄膜压电传感器12的压电信号。微处理器单元15构造用于在检测到压电信号后能通过无线收发模块向外部控制装置发送表示该承压模块的唯一识别码。

优选地，微处理器单元15无需外接电源，可以利用薄膜压电材料的压电效应和地板受到的压力或冲击力将机械能转化为电能，从而直接驱动微处理器单元15和无线收发模块工作，省去了地板下的布线，潮湿环境以及可能产生的漏电安全隐患。

优选地，基板可以具有其他外围结构，例如可以具有用于将承压模块固定在建筑面内的结构或者具有将多个同类的承压模块彼此拼接的结构，如以下借助图2a和2b说明的那样。

图2a和2b示出按照本发明的承压模块的第二实施例。以下仅说明第二实施例与图1a和1b的第一实施例的区别，省去对相同部件的重复说明。

在第二实施例中，表面板11具有相互贴合的面板111和底板112，底板112底部具有向两侧逐步平滑弯曲的表面，从而在中央区域使与该底部相互贴合的压电薄膜传感器12具有更大和更灵敏的机械能传递。

在图2a中，承压模块10的基板19的一个或多个侧部设有对接部16，在该对接部16内每个内侧面上布置有电触点131，所述电触点131构造用于电连接其他承压模块以传递(例如)压电效应产生的电荷或者用于接收来自在该基板19底部所敷设的线缆传递的直流电流。对接部16的其中一个电触点131与承压板13电连接。承压板13内设有用于传递电力的导体元件，因此可通过电触点131向微处理器单元15或其外围电路提供工作电流或电荷。

在图2b中，承压模块10的基板19的一个或多个侧部设有互补的对接部26，所述互补的对接部26能与相应的对接部16嵌接。在此同样地，该互补的对接部26的每个外侧面上布置有电触点231，所述电触点231构造用于电连接其他承压模块以传递(例如)压电效应产生的电荷或者用于接收来自在该基板19底部所敷设的线缆传递的直流电流。所述互补的对接部26的其中一个电触点231与承压板13电连接。承压板13内设有用于传递电力的导体元件，因此可通过电触点231向微处理器单元或其外围电路提供工作电流或电荷。

图3示出按照本发明的承压系统的一种实施例的局部视图。所述承压系统100具有至少一个按照本发明的承压模块10并且具有控制装置(未示出)，该控制装置构造用于接收来自微处理器单元(未示出)的识别码和信号类型并且向相应的受控端发送触发命令。

在图3中示出承压系统100的四个彼此相邻的承压模块10。当用户在多个彼此相邻的承压模块10组成的承压系统100上行走/踩踏时，在所述多个彼此相邻的承压模块的压电薄膜传感器中产生压电信号。在图3中示出了用户任意踩踏承压系统的情形，用户的脚底接触区域分布在四个承压模块的表面板上，从而每一表面板上具有各自的接触区域93、94、92、91，不同的接触区域所接收的压力或冲量的水平不同，从而在每一压电薄膜传感器中产生的压电效应的水平不同。优选地，不必在每一承压模块中设置微处理器模块15，不同的压电薄膜传感器能向彼此传递电荷，从而在满足压电效应产生时，一部分电荷可被储能部件储存。

所述微处理器单元15构造用于比较四个彼此相邻的承压模块10的压电薄膜传感器产生的压电信号，以确定用户期望于踩踏的承压模块，从而确定所期望的识别码。

所述控制装置构造用于确定每个承压模块10在承压系统中的方位。优选地，可以利用与所述控制装置连接的移动设备(例如智能手机、平板电脑)来标定每个承压模块10在承压系统100中的方位。

图4示出了利用移动设备来标定每个承压模块在室内的方位的方法。在图4中，所述承压模块构成为地板模块。所述移动设备首先与控制装置101无线相连，然后在移动设备上打开用户界面并且开启标定模式，根据实际室内地板的铺设数量和形式，设定地板模块的行、列数，生成室内地板的二维矩阵图形(图4右侧)，然后设定例如门102和窗户103的位置。

接着，用户手持移动设备进入铺设好的地板区域，一次踩踏一块地板。在用户界面上提示收到地板模块发送的唯一识别码，通过点击用户界面上室内地板的二维矩阵图形中的对应地板图形，将该识别码与二维矩阵图形中的地板图形绑定。用户可继续踩踏下一个相邻的地板模块，直到所有地板模块与二维矩阵图形中的地板图形绑定确认完成以退出标定模式。

此外，控制装置101内部包含无线收发模块。控制装置101构造用于接收和处理地板模块发送的唯一识别码，从而通过识别码确定被触发的地板模块在室内的位置坐标并且也可以通过无线网络与云端服务器或智能移动设备相连，上报地板模块发送的唯一识别码、安防报警信息。控制装置101还可以通过无线网络控制室内/外其他受控设备。

按照本发明提供了一种可用作控制开关的承压模块，用于控制室内外受控设备。例如，当特定的地板模块被踩踏时，地板模块发送唯一识别码用于控制特定设备，例如控制灯具的开/关、窗帘的开/合或安防警报等。例如当被连续踩踏的地板模块在二维平面内形成特定的形状时，可根据识别码序列的方位，激活控制特定设备，如密室逃脱游戏中用于解锁开门等。例如，当某个特定或非特定地板模块被连续踩踏时，地板模块被踩踏的次数或时间间隔序列，可以用于控制特定设备。例如连续踩踏3次可以控制特定灯具的开/关，或连续踩踏的时间间隔为三长两短时可控制安防报警系统自动报警等。

按照本发明还提供了一种家庭安防和报警机制。当用户离家时，用户可通过智能手机或智能终端，将控制装置设置为离家模式；当有人非法进入用户房间时，被踩踏的地板模块在离家模式下，激活控制装置的警告功能；控制装置通过无线信号立即主动向云端服务器上报报警信息；云端服务器在接收到警告信息后，向用户的智能手机或其他智能设备推送报警信息，或直接向公安机关报警。

此外，按照本发明还提供了提供一种室内人员行走轨迹跟踪方法，当人员在铺设有地板模块的房间内连续走动时，被踩踏的地板模块先后向控制装置发送唯一识别码；所述的控制装置将收到的唯一识别码，按照接收到的时间先后顺序依次排序保存；在pc、智能手机或其他智能终端，连接控制装置，打开控制装置的用户界面。点击轨迹跟踪模式，在建立的室内地板二维矩阵图形中，可观察到地板图形依次闪烁，其中闪烁的地板模块图形代表该地板模块被人踩踏过，闪烁的先后顺序代表了各个地板模块被人员踩踏的先后顺序。根据室内地板二维矩阵图形中各个地板模块的闪烁先后顺序，可知人员在室内的移动轨迹，有利于公安机关对入室盗窃案件的侦办。

以上描述中的术语“单元”、“系统”、“组件”等是包含用于处理数据的各种的硬件设备、装置和机器，作为示例可包括可编程处理器、计算机、系统芯片或多个它们的组合。系统或组件也可包括特殊用途的逻辑电路，例如现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic)。除硬件之外的组件还可以包括为计算机程序创建执行环境的代码所驱动的应用程序，例如构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统(例如android系统、os系统等)、跨平台运行环境、虚拟机或它们中的一个或多个组合的代码、设备和执行环境可以实现各种不同的计算模型基础结构，诸如web/browser服务、分布式计算以及网格计算基础结构。

以上提及的特征，只要在本发明的范围内是有意义的，均可以任意相互组合。针对所述承压模块所说明的优点和特征以相应的方式适用于所述承压系统。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，这些具体实施方式仅是举例说明。本领域的技术人员可以在不背离本发明的原理的前提下对这些具体实施方式做出多种变更或修改，这些变更和修改均落入本发明的保护范围内。