一種三維位置感應(yīng)系統(tǒng)與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓力傳感器、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于壓力傳感器形成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維位置感應(yīng)系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器技術(shù)是現(xiàn)代測(cè)量與自動(dòng)化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，在各類型傳感器中，壓力傳感器是實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。其工作原理是通過(guò)感受壓力并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)，可廣泛應(yīng)用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強(qiáng)的測(cè)量與控制。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、地質(zhì)、氣象、化工、醫(yī)療衛(wèi)生、石化、電力、船舶、機(jī)床等眾多行業(yè)，可用于制成血壓計(jì)、風(fēng)速計(jì)、水速計(jì)、壓力表、電子稱等裝置。
[0003]壓力傳感器技術(shù)是平面工藝與立體加工相結(jié)合的產(chǎn)物，壓力傳感器具有體積小、重量輕、靈敏度高、準(zhǔn)確度高、溫度特性好、可靠性高、功耗小、成本低等諸多優(yōu)點(diǎn)，又便于集成化。因此壓力傳感器已成為各類型傳感器中技術(shù)最成熟、性能最穩(wěn)定、性價(jià)比最高的一類傳感器。
[0004]當(dāng)前在傳感器領(lǐng)域，集成化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化已經(jīng)成為傳感器技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。嵌入式計(jì)算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)和傳感器技術(shù)的相互滲透和融合產(chǎn)生了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為傳感器技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了一個(gè)新方向。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被應(yīng)用于很多民用領(lǐng)域，如環(huán)境與生態(tài)監(jiān)測(cè)、健康監(jiān)護(hù)、家庭自動(dòng)化、交通控制等。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)是一種分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中被感知對(duì)象的信息(比如溫度、濕度、位置、光強(qiáng)、聲音、振動(dòng)、壓力、運(yùn)動(dòng)、污染物等數(shù)據(jù))，并發(fā)送給觀察者。中國(guó)專利文獻(xiàn)CN101477188，公開(kāi)了一種基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能物品監(jiān)測(cè)跟蹤和管理系統(tǒng)，通過(guò)傳感器采集溫度、壓力等信號(hào)，并將信號(hào)通過(guò)無(wú)線頻段傳送至中心服務(wù)器，中心服務(wù)器判斷人員的位置等信息，然而，該件專利中，是將識(shí)別和定位終端置于人體身上，這樣做使得人員活動(dòng)不便，且識(shí)別和定位終端若是遺落，則無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)跟進(jìn)位置，且中心服務(wù)器僅是推斷出終端位置，并無(wú)法實(shí)時(shí)地分析人的行進(jìn)軌跡。
[0005]因此，業(yè)界亟需一種可實(shí)時(shí)分析行進(jìn)軌跡、使用方便的三維位置感應(yīng)系統(tǒng)與方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種基于壓力傳感器形成的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三維位置感應(yīng)系統(tǒng)與方法，該系統(tǒng)在特定環(huán)境內(nèi)，例如在有人居住的住房、辦公室的表面，即底板、墻壁壁紙等位置的下面，部署大量微型壓力傳感器，當(dāng)人觸摸此環(huán)境表面形成壓力時(shí)，壓力傳感器可感知人的狀態(tài)，從而判斷人的位置或者行進(jìn)軌跡。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的目的提出的一種三維位置感應(yīng)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)區(qū)域中部署多個(gè)壓力傳感器，所述多個(gè)壓力傳感器構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互通信，多個(gè)節(jié)點(diǎn)具有各自的位置信息，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)包括壓力采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)分析模塊與電源模塊，所述壓力采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊依次連接，并均連接電源模塊，所述數(shù)據(jù)分析模塊連接無(wú)線通信模塊，數(shù)據(jù)分析模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后分析位置或行進(jìn)軌跡。
[0008]優(yōu)選的，所述無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)還包括預(yù)警模塊，預(yù)警模塊與數(shù)據(jù)分析模塊連接。
[0009]優(yōu)選的，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都在傳感器網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)唯一 ID。
[0010]優(yōu)選的，所述三維位置感應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)用于家庭護(hù)理、智能家居方面。
[0011]本發(fā)明還提出一種三維位置感應(yīng)方法，步驟包括:
[0012]S1、在監(jiān)測(cè)區(qū)域中部署多個(gè)壓力傳感器，多個(gè)壓力傳感器構(gòu)成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，所述多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間相互通信，且多個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置被記錄下；
[0013]S2、通過(guò)壓力采集模塊監(jiān)測(cè)人移動(dòng)、觸摸時(shí)產(chǎn)生的壓力，得到數(shù)據(jù)信息；
[0014]S3、通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊采集從壓力采集模塊獲得的數(shù)據(jù)信息，并將產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；
[0015]S4、通過(guò)無(wú)線通信模塊將數(shù)據(jù)處理模塊處理后的數(shù)字信號(hào)實(shí)時(shí)地?zé)o線傳輸?shù)胶笈_(tái)；
[0016]S5、位于后臺(tái)的數(shù)據(jù)分析模塊經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)地分析人的位置或行進(jìn)軌跡。
[0017]優(yōu)選的，所述壓力傳感器用于感知人體腳底、手部或身體產(chǎn)生的壓力。
[0018]優(yōu)選的，所述位置或行進(jìn)軌跡的信息按照時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)期的記錄和分析。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的技術(shù)優(yōu)勢(shì):
[0020]每一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都在網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)唯一 ID，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)部署完成并自組織構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)后，傳感器節(jié)點(diǎn)的ID號(hào)和位置都成對(duì)地被記錄下來(lái)，用于定位三維空間中的位置，監(jiān)測(cè)三維空間中的壓力變化，通過(guò)對(duì)傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，有效實(shí)現(xiàn)人的位置或行進(jìn)軌跡的追蹤。同時(shí)，位置或是行進(jìn)軌跡的信息將按照時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)期的記錄和分析，可用于家庭護(hù)理等智能家居方面的多種用途，具有成本低、效果好、使用方便的優(yōu)勢(shì)。
[0021]壓力傳感器具有高的靈敏度，可精確感知人體腳底、手部或身體產(chǎn)生的壓力。
【附圖說(shuō)明】
[0022]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是本發(fā)明無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]圖2是本發(fā)明原理圖
[0025]圖3是本發(fā)明中人的行進(jìn)軌跡示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0026]正如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能物品監(jiān)測(cè)跟蹤和管理系統(tǒng)，不僅在使用上不夠便捷，同時(shí)其不可實(shí)時(shí)分析行進(jìn)軌跡，效果不佳。
[0027]下面，將對(duì)本發(fā)明的具體技術(shù)方案做詳細(xì)介紹。
[0028]請(qǐng)參見(jiàn)圖1?圖2，在需監(jiān)測(cè)區(qū)域中，如家庭、辦公室房屋中部署多個(gè)微型壓力傳感器，部署的位置主要包括地板以及墻壁壁紙的下面，為了獲取精確信息，在監(jiān)測(cè)區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點(diǎn)，可能達(dá)到成百上千，甚至更多。這些微型壓力傳感器即無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中特定的壓力信息，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)任意地點(diǎn)信息在任意時(shí)間的采集，處理和分析。節(jié)點(diǎn)之間可以相互通信，自組織成網(wǎng)并通過(guò)多跳的方式連接至基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)后，通過(guò)網(wǎng)關(guān)完成和公用因特網(wǎng)的連接。
[0029]基于壓力傳感器的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組成包括壓力采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、電源模塊與預(yù)警模塊，壓力采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無(wú)線通信模塊依次連接，并均連接電源模塊，預(yù)警模塊與數(shù)