一種基于壓力傳感觸控技術的智能地板

　　室內定位系統(Indoor Positioning System，IPS)是普適計算中的重要內容。隨著智能終端的普及、移動互聯網時代的來臨，復雜室內環境下的定位與導航的需求日益增大，同時，IPS在公共安全、移動電子商務等領域都有著廣泛的應用。目前，IPS采用的定位技術主要包括RFID、Bluetooth、WiFi、UWB、ZigBee、光學、超聲波、紅外線、地磁場等。采用單一定位技術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、響應時間長等。因此，多種定位技術融合是IPS的一個發展方向。

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

　　本文基于壓力傳感觸控技術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個壓力傳感器和4塊地板構建定位平臺，實現對平臺上運動小車的定位和路徑顯示，并能通過LabVIEW軟件和Android終端查看小車位置信息。

　　1定位原理

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

　　圖1四支點定位模型

　　在圖1所示的模型中，Si(i=1，2，3，4)表示第i個壓力傳感器。在P平面的二維坐標系中，記Si與P平面的接觸點(或接觸面的中心點)的坐標為(xi，yi)，4個接觸點構成的矩形區域(虛線框內)稱為定位區D.在D中任一點(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，從而實現定位。

　　2系統結構設計

　　2.1系統設計

　　根據本研究的實驗條件，構建了一個針對小車的定位演示系統。系統由定位平臺、定位對象(小車)、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時，通過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)，該位置屬性經過映射，反映在上位機位置管理服務器(LabVIEW軟件)的虛擬地圖中。位置管理服務器可以構建虛擬場景，并可為移動終端提供位置查詢和導航的服務。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，滿足系統要求。

　　定位系統可分為3個模塊：

　　①定位顯示模塊。該模塊實現在PC機端的LabVIEW平臺下，實時顯示小車在定位平臺的絕對位置及運動路徑。

　　②運動控制模塊。該模塊實現通過LabVIEW程序控制小車的運動，通過藍牙傳送控制指令，達到非接觸移動小車的目的，同時防止接觸方式產生的側向力對定位精度的影響。

　　③遠程監視模塊。該模塊實現通過Android手機遠程監視小車的位置，PC機通過互聯網向遠程終端廣播小車的位置信息。