一種基于壓力傳感觸控技術(shù)的智能地板

　　室內定位系統(Indoor Positioning System，IPS)是普適計算中的重要內容。隨著(zhù)智能終端的普及、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，復雜室內環(huán)境下的定位與導航的需求日益增大，同時(shí)，IPS在公共安全、移動(dòng)電子商務(wù)等領(lǐng)域都有著(zhù)廣泛的應用。目前，IPS采用的定位技術(shù)主要包括RFID、Bluetooth、WiFi、UWB、ZigBee、光學(xué)、超聲波、紅外線(xiàn)、地磁場(chǎng)等。采用單一定位技術(shù)的室內定位系統都存在一定的缺陷，如負擔性強、擴展性和魯棒性差、定位精度低、響應時(shí)間長(cháng)等。因此，多種定位技術(shù)融合是IPS的一個(gè)發(fā)展方向。

　　壓力傳感觸控技術(shù)(Force Based Touch Sereen Technology)zTouch來(lái)自于美國F-Origin公司。該技術(shù)的原理是在剛性面板的四周角落處設置多個(gè)壓力傳感器，通過(guò)傳感器感知用戶(hù)在面板上觸摸或做手勢產(chǎn)生的垂直于面板的壓力，根據各點(diǎn)傳感器受力不同進(jìn)行定位。該技術(shù)具有環(huán)境魯棒性好、持久性強、無(wú)負擔性以及三維信息感知、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，應用于IPS可彌補其他定位技術(shù)的不足。目前，國外有多家機構正在研究基于該技術(shù)的定位系統，如英國蘭卡斯特大學(xué)的Weight Lab、英國謝菲爾德哈勒姆大學(xué)和德國亞琛工業(yè)大學(xué)的Smart Floor等。

　　本文基于壓力傳感觸控技術(shù)設計了一種智能地板，并采用該地板構建了一小型定位系統。系統采用16個(gè)壓力傳感器和4塊地板構建定位平臺，實(shí)現對平臺上運動(dòng)小車(chē)的定位和路徑顯示，并能通過(guò)LabVIEW軟件和Android終端查看小車(chē)位置信息。

　　1定位原理

　　壓力傳感觸控定位技術(shù)的基本單元由1塊剛性面板和4個(gè)壓力傳感器組成，壓力傳感器分布于剛性面板的四角處，形成一四支點(diǎn)結構。四支點(diǎn)定位模型如圖1所示。

　　圖1四支點(diǎn)定位模型

　　在圖1所示的模型中，Si(i=1，2，3，4)表示第i個(gè)壓力傳感器。在P平面的二維坐標系中，記Si與P平面的接觸點(diǎn)(或接觸面的中心點(diǎn))的坐標為(xi，yi)，4個(gè)接觸點(diǎn)構成的矩形區域(虛線(xiàn)框內)稱(chēng)為定位區D.在D中任一點(diǎn)(x，y)處施加一垂直于P平面的力F，令Fi表示Si受到的F的分壓力，根據四支點(diǎn)平面物體重心位置計算公式，式(1)～(3)成立。

　　根據式(1)～(3)，可計算出力F的位置，從而實(shí)現定位。

　　2系統結構設計

　　2.1系統設計

　　根據本研究的實(shí)驗條件，構建了一個(gè)針對小車(chē)的定位演示系統。系統由定位平臺、定位對象(小車(chē))、數據采集卡、PC機、Android監視終端組成。當定位對象在定位平臺上靜止或運動(dòng)時(shí)，通過(guò)分析傳感器的數據計算出其在物理空間中的絕對位置坐標(X，Y)，該位置屬性經(jīng)過(guò)映射，反映在上位機位置管理服務(wù)器(LabVIEW軟件)的虛擬地圖中。位置管理服務(wù)器可以構建虛擬場(chǎng)景，并可為移動(dòng)終端提供位置查詢(xún)和導航的服務(wù)。定位系統構成如圖2所示。

　　圖2定位系統構成

　　本系統采用USB-6259(BNC)采集定位平臺傳感器的數據。USB-6259(BNC)是美國NI公司生產(chǎn)的一款高速、多功能M系列的數據采集卡，提供有16路模擬輸入通道，其最高采樣率為1.25 Ms/s，采樣精度為16位，滿(mǎn)足系統要求。

　　定位系統可分為3個(gè)模塊：

　?、俣ㄎ伙@示模塊。該模塊實(shí)現在PC機端的LabVIEW平臺下，實(shí)時(shí)顯示小車(chē)在定位平臺的絕對位置及運動(dòng)路徑。

　?、谶\動(dòng)控制模塊。該模塊實(shí)現通過(guò)LabVIEW程序控制小車(chē)的運動(dòng)，通過(guò)藍牙傳送控制指令，達到非接觸移動(dòng)小車(chē)的目的，同時(shí)防止接觸方式產(chǎn)生的側向力對定位精度的影響。

　?、圻h程監視模塊。該模塊實(shí)現通過(guò)Android手機遠程監視小車(chē)的位置，PC機通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)向遠程終端廣播小車(chē)的位置信息。