一种三维位置感应系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及压力传感器、无线传感器网络领域，尤其涉及一种基于压力传感器形成的无线传感器网络的三维位置感应系统与方法。
【背景技术】
[0002]传感器技术是现代测量与自动化系统的重要技术之一，在各类型传感器中，压力传感器是实践中最为常用的一种传感器。其工作原理是通过感受压力并将其转换成可用输出信号，可广泛应用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。主要应用领域包括水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、地质、气象、化工、医疗卫生、石化、电力、船舶、机床等众多行业，可用于制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称等装置。
[0003]压力传感器技术是平面工艺与立体加工相结合的产物，压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、准确度高、温度特性好、可靠性高、功耗小、成本低等诸多优点，又便于集成化。因此压力传感器已成为各类型传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器。
[0004]当前在传感器领域，集成化、智能化、网络化、系统化已经成为传感器技术发展的必然趋势。嵌入式计算技术、网络及无线通信技术、分布式信息处理技术和传感器技术的相互渗透和融合产生了无线传感器网络技术，为传感器技术的发展开辟了一个新方向。无线传感器网络被应用于很多民用领域，如环境与生态监测、健康监护、家庭自动化、交通控制等。无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是一种分布式传感网络，由部署在监测区域内大量的微型、低成本、低功耗的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中被感知对象的信息(比如温度、湿度、位置、光强、声音、振动、压力、运动、污染物等数据)，并发送给观察者。中国专利文献CN101477188，公开了一种基于无线传感器网络的智能物品监测跟踪和管理系统，通过传感器采集温度、压力等信号，并将信号通过无线频段传送至中心服务器，中心服务器判断人员的位置等信息，然而，该件专利中，是将识别和定位终端置于人体身上，这样做使得人员活动不便，且识别和定位终端若是遗落，则无法实现实时跟进位置，且中心服务器仅是推断出终端位置，并无法实时地分析人的行进轨迹。
[0005]因此，业界亟需一种可实时分析行进轨迹、使用方便的三维位置感应系统与方法。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提出了一种基于压力传感器形成的无线传感器网络的三维位置感应系统与方法，该系统在特定环境内，例如在有人居住的住房、办公室的表面，即底板、墙壁壁纸等位置的下面，部署大量微型压力传感器，当人触摸此环境表面形成压力时，压力传感器可感知人的状态，从而判断人的位置或者行进轨迹。
[0007]根据本发明的目的提出的一种三维位置感应系统，监测区域中部署多个压力传感器，所述多个压力传感器构成无线传感器网络的多个节点，所述多个节点之间相互通信，多个节点具有各自的位置信息，所述无线传感器网络包括压力采集模块、数据处理模块、无线通信模块、数据分析模块与电源模块，所述压力采集模块、数据处理模块、无线通信模块依次连接，并均连接电源模块，所述数据分析模块连接无线通信模块，数据分析模块对数据进行处理后分析位置或行进轨迹。
[0008]优选的，所述无线传感器网络还包括预警模块，预警模块与数据分析模块连接。
[0009]优选的，每一个节点都在传感器网络中有一个唯一 ID。
[0010]优选的，所述三维位置感应系统应用于家庭护理、智能家居方面。
[0011]本发明还提出一种三维位置感应方法，步骤包括:
[0012]S1、在监测区域中部署多个压力传感器，多个压力传感器构成无线传感器网络的多个节点，所述多个节点之间相互通信，且多个节点的位置被记录下；
[0013]S2、通过压力采集模块监测人移动、触摸时产生的压力，得到数据信息；
[0014]S3、通过数据处理模块采集从压力采集模块获得的数据信息，并将产生的模拟电压信号转换为数字信号；
[0015]S4、通过无线通信模块将数据处理模块处理后的数字信号实时地无线传输到后台；
[0016]S5、位于后台的数据分析模块经过计算机的数据处理，实时地分析人的位置或行进轨迹。
[0017]优选的，所述压力传感器用于感知人体脚底、手部或身体产生的压力。
[0018]优选的，所述位置或行进轨迹的信息按照时间进行长期的记录和分析。
[0019]与现有技术相比，本发明具有如下的技术优势:
[0020]每一个传感器节点都在网络中有一个唯一 ID，当传感器节点部署完成并自组织构成无线网络后，传感器节点的ID号和位置都成对地被记录下来，用于定位三维空间中的位置，监测三维空间中的压力变化，通过对传感器数据的综合分析，有效实现人的位置或行进轨迹的追踪。同时，位置或是行进轨迹的信息将按照时间进行长期的记录和分析，可用于家庭护理等智能家居方面的多种用途，具有成本低、效果好、使用方便的优势。
[0021]压力传感器具有高的灵敏度，可精确感知人体脚底、手部或身体产生的压力。
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1是本发明无线传感器网络结构示意图
[0024]图2是本发明原理图
[0025]图3是本发明中人的行进轨迹示意图
【具体实施方式】
[0026]正如【背景技术】中所述，现有的基于无线传感器网络的智能物品监测跟踪和管理系统，不仅在使用上不够便捷，同时其不可实时分析行进轨迹，效果不佳。
[0027]下面，将对本发明的具体技术方案做详细介绍。
[0028]请参见图1?图2，在需监测区域中，如家庭、办公室房屋中部署多个微型压力传感器，部署的位置主要包括地板以及墙壁壁纸的下面，为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，可能达到成百上千，甚至更多。这些微型压力传感器即无线传感器网络中的节点，这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的压力信息，可以实现对任意地点信息在任意时间的采集，处理和分析。节点之间可以相互通信，自组织成网并通过多跳的方式连接至基站节点，基站节点收到数据后，通过网关完成和公用因特网的连接。
[0029]基于压力传感器的无线传感器网络的组成包括压力采集模块、数据处理模块、无线通信模块、数据分析模块、电源模块与预警模块，压力采集模块、数据处理模块、无线通信模块依次连接，并均连接电源模块，预警模块与数