一种基于导电硅胶的定位系统及方法与流程

本发明涉及压力传感实时定位领域，尤其是一种基于导电硅胶的定位系统及方法。

背景技术：

1、目前，在移动的物体定点的应用中，一般都是使用的摄像头或红外的传感器来完成的移动物体的捕捉。例如：①vr真实的人的行走，需要使用摄像头捕捉人走的距离和速度，这个捕捉的过程里面，摄像头捕捉无法精确人员运动的距离，如果使用红外进行捕捉，又很容易受到外面光线的干扰。②摄像头与红外等光线捕捉，容易产生遮挡，当有一个人在前面，后面的人或物将可能会被遮挡住，无法识别到被遮挡的区域内是否还有物体的存在。

2、多点位的压力信号的触发监控多物体的集体运动速度、方位和密集度：当我们在一块区域内，需要得到某个物体的行动方位和速度。现在我们就需要在这个运动的物体上面安装相应的方向传感器和速度传感器，或是安装一些摄像头来扫描这个物体的运动方向和速度，从这些传感器上面得到这些数据。当有很多物体需要流过这个区域，来收据这些物体流动的速度、方位和密集度时，我们就需要在每个物体上面安装相应的各种传感器，对于随时变化的流动物体来说，这样操作十分得不便捷，并且通过安装摄像头来检查这些物体的速度、方位和密集度时，摄像头在高低不等的物体之间很容易产生遮挡。

3、现实与虚拟的区域匹配：现在vr技术已经十分的发达，我们在玩vr虚拟世界的时候往往都是在一个固定的地方，被一条腰带绑着，然后在一个圆盘区域内移动，有的圆盘底座会运动，走动的方向就体现在虚拟世界中，然而这种体感给人的体验并不是很切合，在圆盘上行走时，体验者需要被腰带绑着，防止其跌落，同时行走的不连贯和不自如都在行动体感上面与虚拟世界的匹配得不到完整的体现。而在一些vr教育内容和游戏内容里面，是需要真正的人们去行走的，例如真正的走动一定的距离到哪某个区域，然后去处理某件事情，然后回到某个点。为了到达这一点，就需要在地面铺上压力检查设备。例如地毯、地胶、地板之内的。为了检查压力就需要使用压力传感器(例如：电容式压力传感器、电阻式压力传感器、电感式压力传感器等等)，但是如果在一块区域内密集的铺上现有的这些压力传感器，首先在体积上面会增加地毯、地胶、或地板的厚度。同时这些传感器十分的昂贵，并且这些传感器都是单点信号传输，例如一个点位需要电源2根线、信号2根线，那么需要把所有的信号都采集出来，整体收集信号的控制器上的线路将会非常的多，这样的制作，大大增加了设备的成本。通过使用常规传感器的方式，去铺设地面，那么区域内将会存在正负两种电压，如果电路被压断或短路，会有电路发热发火的隐患，危险系数较高。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于导电硅胶的定位系统及方法，能快速收集物体在其上部运动的方位、距离、速度及运动物体的密集度等信息，运用范围广、结构简单、成本低，并且采用单路电压，安全性能高。

一种基于导电硅胶的定位系统，包括硅胶片、x轴导线、y轴导线及控制单元，所述控制单元包括电源模块和控制模块，多块硅胶片按照矩阵方式排列分布，其中每一行硅胶片通过一根x轴导线串联连接，每一列硅胶片通过一根y轴导线串联连接，每一根x轴导线和y轴导线的另一端分别连接至控制模块，同时每一行或者每一列硅胶片通过一根输出导线串联连接，每根所述输出导线再分别与电源模块连接，所述输出导线与x轴导线和y轴导线不接触，矩阵式排列分布的硅胶片、穿过硅胶片的x轴导线和y轴导线及连接硅胶片的输出导线形成一个重力感应单元。

作为上述方案的优选，所述x轴导线、y轴导线及输出导线与硅胶片的接触段为裸导线且x轴导线与y轴导线在每一个硅胶片上十字交叉但又不互相连接。

作为上述方案的优选，所述重力感应单元被上下两片绝缘塑料片包裹。

作为上述方案的优选，所述控制单元还包括无线通讯模块；所述电源模块分别与无线通讯模块和控制模块连接并为其提供电能；所述控制模块包括单片机、光电耦合器模块、串口通讯模块及连接端口；所述串口通讯模块、连接端口分别与单片机连接，所述光电耦合器模块包括多个光电耦合器单元，每一条x轴导线和一条y轴导线分别对应连接一个光电耦合器单元，每一个光电耦合器单元再分别与单片机上一个对应的接口连接，每一根输出导线与电源模块之间设置有一个三极管，三极管再分别与单片机连接；所述串口通讯模块又包括数字信号通讯模块和控制信号通讯模块。

作为上述方案的优选，所述定位系统包括两个重力感应单元，所述控制单元分为主控制单元、第一从属控制单元和第二从属控制单元；两个重力感应单元对应相邻的y轴导线串联连接，每根串联连接的y轴导线分别与主控制单元连接，两个重力感应单元的x轴导线分别连接第一从属控制单元和第二从属控制单元，所述第一从属控制单元、第二从属控制单元及主控制单元中的数字信号通讯模块和控制信号通讯模块依次连接。

作为上述方案的优选，所述定位系统由多个重力感应单元矩阵式排列而成，所述控制单元分为主控制单元和多个从属控制单元；每列的重力感应单元中对应的y轴导线串联连接并分别连接至一个从属控制单元，每行的重力感应单元中对应的x轴导线串联连接并分别连接至一个从属控制单元，所述y轴导线或者x轴导线对应连接的从属控制单元的数字信号通讯模块和控制信号通讯模块依次连接并汇总连接至主控制单元。

一种运用上述定位系统的定位方法，

步骤1：编号，每一条x轴导线和y轴导线连接单片机上的一个引脚，对每一个硅胶片及每一个引脚进行编号。

步骤2：供电，通过单片机控制电源模块循环且不间断的依次给每一条输出导线供电。

步骤3：接收指令，当重力感应单元受到重力作用时，受到重力作用的重力感应单元对应的硅胶片被挤压，被挤压的硅胶片通过物理变化从绝缘体变成导体，输出导线通过硅胶片将电信号传递给同一硅胶片上的x轴导线和y轴导线，x轴导线和y轴导线再将电信号传递到单片机上对应的引脚，单片机接收到触发指令。

步骤4：计算定位，单片机将接收到的信号传递到上位机，上位机通过分析接收到的信号即可确定接收到电信号的单片机的引脚的位置，再根据受到感应的单片机引脚的编号、硅胶片的总列数即可通过计算公式获得受到重力作用的硅胶片的编号，即获得受到重力作用的硅胶片的具体位置。

作为上述方案的优选，所述硅胶片按矩阵式排列，所述硅胶片从最底部一行的硅胶片开始依次从左往右并逐级对上一行硅胶片从左往右按照1、2、…、n的顺序编号，穿过每列硅胶片的y轴导线在控制单元的单片机上对应的引脚为h，所述引脚h依次按照h1、h2、…、hn的顺序从左向右进行编号,穿过每行硅胶片的x轴导线在控制单元的单片机上对应的引脚为s，所述引脚s依次按照s1、s2、…、sn的顺序从下往上进行编号，x为所述硅胶片的总列数，z为通过引脚h、引脚s及x计算所得的受到重力作用的硅胶片的位置；所述受重力作用的硅胶片的位置的计算公式为：z＝h+(s-1)*x。

本发明的有益效果在于：

1、应用范围广，能广泛应用于户外真人游戏场馆、vr虚拟现实场地、枢纽安全通道、仓库等诸多领域。

2、结构极其简单，安装方便，能大大的节约安装和运营成本。

3、安全可靠，采用单路电压，即使线路断开或者发生短路，也不会产生发热和起火事故。

附图说明

图1为本发明中绝缘塑料片与硅胶片剖面示意图。

图2为本发明实施例1的结构示意图。

图3为本发明实施例2的结构示意图。

图4为本发明实施例3的结构示意图。

图5为本发明实施例1中电源模块电路图。

图6为本发明实施例1中无线通讯模块电路图。

图7为本发明实施例1中x轴导线与y轴导线和光电耦合器模块连接的电路图。

图8为本发明实施例1中单片机电路图。

图9为本发明串口通讯模块电路图。

图10为本发明实施例1中无线网络模块的电路图。

图11为本发明三极管连接电路图。

附图标记如下：1-硅胶片、2-x轴导线、3-y轴导线、4-输出导线、5-绝缘塑料片、6-控制单元、601-主控制单元、602-从属控制单元，603-第一从属控制单元，604-第二从属控制单元、7-无线通讯模块、8-电源模块、9-单片机、10-光电耦合器模块、11-串口通讯模块、1101-数字信号通讯模块、1102-控制信号通讯模块、12-连接端口、13-三极管、14-第一接头、15-第二接头、16-第三接头、17-第四接头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述。

实施例1，一种基于导电硅胶的定位系统，包括硅胶片1、x轴导线2、y轴导线3及控制单元6，所述控制单元6包括电源模块8和控制模块，多块硅胶片1按照矩阵方式排列分布，其中每一行硅胶片1通过一根x轴导线2串联连接，每一列硅胶片1通过一根y轴导线3串联连接，每一根x轴导线2和y轴导线3的另一端分别连接至控制模块，同时每一行或者每一列硅胶片1通过一根输出导线4串联连接，每根所述输出导线4再分别与电源模块8连接，所述输出导线4与x轴导线2和y轴导线3不接触，矩阵式排列分布的硅胶片1、穿过硅胶片1的x轴导线2和y轴导线3及连接硅胶片的输出导线4形成一个重力感应单元。

作为上述方案的优选，所述x轴导线2、y轴导线3及输出导线4与硅胶片1的接触段为裸导线且x轴导线2与y轴导线3在每一个硅胶片1上十字交叉但又不互相连接。

作为上述方案的优选，所述重力感应单元被上下两片绝缘塑料片5包裹。

作为上述方案的优选，所述控制单元6还包括无线通讯模块7；所述电源模块8分别与无线通讯模块7和控制模块连接并为其提供电能；所述控制模块包括单片机9、光电耦合器模块10、串口通讯模块11及连接端口12；所述串口通讯模块11、连接端口12分别与单片机9连接，所述光电耦合器模块10包括多个光电耦合器单元，每一条x轴导线2和一条y轴导线3分别对应连接一个光电耦合器单元，每一个光电耦合器单元再分别与单片机9上一个对应的接口连接，每一根输出导线4与电源模块8之间设置有一个三极管13，三极管13再分别与单片机9连接；所述串口通讯模块11又包括数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102。

所述无线通讯模块7上的输出接口txd-4、输入接口rxd-4及复位接口rst分别与单片机9上对应的i/o接口连接，光电耦合器模块10的阴极引脚和发射极引脚分别接地，每一条x轴导线2和一条y轴导线3分别对应连接一个光电耦合器单元的一个阳极引脚，每一个光电耦合器单元的集电极引脚连接的导线的第一接头14或者第二接头15分别与单片机9上一个引脚对应的一个第一接头14或者第二接头15连接，数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102的输出接口txd-1和txd-2、输入接口rxd-1和rxd-2及热敏电阻接口r-t-1和r-t-2分别与单片机9上对应的i/o接口连接，同时数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102还分别设有数据信号通讯接口及控制信号通讯接口，数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102分别还设有接地端并与电源模块8连接，连接端口12的miso接口、mosi接口、sclk接口及ss接口分别与单片机9对应的i/o接口连接，连接端口12还设有接地端并与电源模块8连接；每一个三极管13的集电极连接的导线的第三接头16分别与一根输出导线4上的第三接头16连接，每一个三极管13基极连接的导线的第四接头17分别与单片机9上引脚对应的一个第四接头17连接，三极管13的发射极接地。

电源模块8循环且不间断的依次给每一条输出导线4供电，同时电源模块8还给控制模块和无线通讯模块7供电。当重力感应单元没有重力作用时硅胶片1为绝缘体，x轴导线2和y轴导线3感知不到电信号，当重力感应单元受到重力作用时，其相应位置的硅胶片1被挤压，此时，硅胶片1发生物理变化，从绝缘体变成导体，输出导线4上的电信号通过硅胶片1转递给对应的x轴导线2和y轴导线3，随即触发该x轴导线2和y轴导线3所对应连接的单片机9上对应的引脚，单片机9将接收到的信号经过处理后传递给与单片机9连接端口外接的上位机，上位机把接受到的信号通过预先设定的计算程序进行计算即可得受重力作用的硅胶片1的具体位置。当重力作用消失时，硅胶片1恢复初始状态，由导体变成绝缘体，控制模块上接收到的信号消失。

实施例2，所述定位系统包括两个重力感应单元，所述控制单元6分为主控制单元601、第一从属控制单元603和第二从属控制单元604；两个重力感应单元对应相邻的y轴导线3串联连接，每根串联连接的y轴导线3分别与主控制单元6连接，两个重力感应单元的x轴导线2分别连接第一从属控制单元603和第二从属控制单元604，所述第一从属控制单元603、第二从属控制单元604及主控制单元6中的数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102依次连接。

电源模块8循环且不间断的依次给每一条输出导线4供电，同时电源模块8还给控制模块和无线通讯模块7供电。当重力感应单元没有重力作用时硅胶片1为绝缘体，x轴导线2和y轴导线3感知不到电信号，当某一重力感应单元受到重力作用时，其相应位置的硅胶片1被挤压，此时，硅胶片1发生物理变化，从绝缘体变成导体，输出导线4上的电信号通过硅胶片1转递给对应的x轴导线2和y轴导线3，随即触发该x轴导线2对应的第一从属控制单元603或者第二从属控制单元604的单片机9上对应的引脚及y轴导线3所对应连接的主控制单元6的单片机9上对应的引脚；第一从属控制单元603将接收到的数字信号和控制信号传递给第二从属控制单元604，第二从属控制单元604将接收到的第一从属控制单元603和其对应的重力感应单元的传递过来的的数据信号和控制信号转递给主控制单元6，最后，主控制单元6将接收到的所有信号传递给其单片机9外接的上位机，上位机把接受到的信号通过预先设定的计算程序进行计算即可得受重力作用的硅胶片1的具体位置。当重力作用消失时，硅胶片1恢复初始状态，由导体变成绝缘体，控制模块上接收到的信号消失。

实施例3，所述定位系统由多个重力感应单元矩阵式排列而成，所述控制单元6分为主控制单元601和多个从属控制单元602；每列的重力感应单元中对应的y轴导线3串联连接并分别连接至一个从属控制单元602，每行的重力感应单元中对应的x轴导线2串联连接并分别连接至一个从属控制单元602，所述y轴导线3或者x轴导线2对应连接的从属控制单元602的数字信号通讯模块1101和控制信号通讯模块1102依次连接并汇总连接至主控制单元601。

电源模块8循环且不间断的依次给每一条输出导线4供电，同时电源模块8还给控制模块和无线通讯模块7供电。当重力感应单元没有重力作用时硅胶片1为绝缘体，x轴导线2和y轴导线3感知不到电信号，当重力感应单元受到重力作用时，其相应位置的硅胶片1被挤压，此时，硅胶片1发生物理变化，从绝缘体变成导体，输出导线4上的电信号通过硅胶片1转递给对应的x轴导线2和y轴导线3，随即触发该x轴导线2和y轴导线3所对应连接的从属控制单元602的单片机9上对应的引脚，从属控制单元602将接受的数字信号和控制信号依次传递到相邻的从属控制单元602，最后传递到主控制单元601，主控制单元601将接收到的所有信号传递给其单片机9外接的上位机，上位机把接受到的信号通过预先设定的计算程序进行计算即可得受重力作用的硅胶片1的具体位置。当重力作用消失时，硅胶片1恢复初始状态，由导体变成绝缘体，控制模块上接收到的信号消失。

需要补充说明的是，相邻控制单元之间串口通讯模块11互相连接，数字信号和控制信号通过差分信号的形式进行传递，主控制单元601与上位机之间通过rs-232串口连接；当主控制单元601、从属控制单元602及上位机之间由于场地限制不方便导线连接时，信号可以通过无线通讯模块7进行传递；当该定位系统应用场景较大且各应用场景之间距离较远时，可以增加适当数量的交换机，将各应用场地进行适当的组合，将一个组合的信号统一传递到一各交换机，数据在交换机之间逐级传递，最后传递给上位机；增加无线控制模块7和交换机可以增加该定位系统的应用面积和有效提高该定位系统在实际场景中的应用能力。

一种运用上述定位系统的定位方法，

步骤1：编号，每一条x轴导线2和y轴导线3连接单片机9上的一个引脚，对每一个硅胶片1及每一个引脚进行编号。

步骤2：供电，通过单片机9控制电源模块8循环且不间断的依次给每一条输出导线4供电。

步骤3：接收指令，当重力感应单元受到重力作用时，受到重力作用的重力感应单元对应的硅胶片1被挤压，被挤压的硅胶片1通过物理变化从绝缘体变成导体，输出导线通过硅胶片1将电信号传递给同一硅胶片1上的x轴导线2和y轴导线3，x轴导线2和y轴导线3再将电信号传递到单片机9上对应的引脚，单片机9接收到触发指令。

步骤4：计算定位，单片机9将接收到的信号传递到上位机，上位机通过分析接收到的信号即可确定接收到电信号的单片机9上的引脚的位置，再根据受到感应的单片机9引脚的编号、硅胶片1的总列数即可通过计算公式获得受到重力作用的硅胶片1的编号，即获得受到重力作用的硅胶片1的具体位置。

作为上述方案的优选，所述硅胶片1按矩阵式排列，所述硅胶片1从最底部一行的硅胶片1开始依次从左往右并逐级对上一行硅胶片1从左往右按照1、2、…、n的顺序编号，穿过每列硅胶片1的y轴导线3在控制单元6的单片机9上对应的引脚为h，所述引脚h依次按照h1、h2、…、hn的顺序从左向右进行编号,穿过每行硅胶片1的x轴导线在控制单元6的单片机9上对应的引脚为s，所述引脚s依次按照s1、s2、…、sn的顺序从下往上进行编号，x为所述硅胶片1的总列数，z为通过引脚h、引脚s及x计算所得的受到重力作用的硅胶片1的位置；所述受重力作用的硅胶片1的位置的计算公式为：z＝h+(s-1)*x。

本发明中需要补充说明的是：

1、电源模块型号是lm7805，为三端稳压集成电路，无线模块型号是2.4g无线模块，单片机的型号为stm32f103，光电耦合器模块的型号的为pc817,串口通讯模块sp3845e。其中，电源模块的输入电压为5-28v，为安全电压，重力感应单元的面积越大，使用的输出电压越高。

2、所有从属控制单元的控制信号通过主控制单元的连接端口外接的上位机中的控制软件进行统一监督和控制，上位机与主控制单元之间进行数据量的发送的控制，能将所有从属控制单元的工作状态反映到上位机并通过上位机上的控制软件进行识别，若某个从属控制单元出现故障，上位机能迅速找到对应的从属控制单元并找到故障原因，这样方便维修。

3、控制单元的协议是通过轮训制度：每一个控制单元都有自己的编码id，当需要检测某个控制单元是否能够正常通讯的时候，上位机上的控制软件会发出一个查找设备的命令。例如发出一个“aa101”，当接收到“aa101”与之匹配的id的控制单元的时候，该控制器会返回一个应答，此时说明这个控制单元与控制软件连接正常，能正常通讯；反之，说明改控制单元出现故障，需要检修。

本发明中定位装置及定位方法不仅可以对重力感应单元进行实时定位，还有很多其他的用途：

1、根据项目具体地形建立三维立体模型，对每块区域或者每层楼的监测区域的触发情况进行实时定位，分析人员或者货物的密集程度。

2、对一些重要场所在下班时间不允许人员走动的位置或者监控死角进行报警监控。

3、应用于vr与现实交互数据采集，配合智能眼镜可以实现真人cs游戏。

4、可开发象棋或围棋之类实体产品，在实体上操作将过程记忆或投射大屏或远程与其他人下棋。

5、应用于篮球或足球等体育比赛的数据采集，能动态监控和保存运动员在场上的位置数据，进行战术分析。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。