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)代測量與自動化系統(tǒng)的重要技術(shù)之一，在各類型傳感器中，壓力傳感器是實踐中最為常用的一種傳感器。其工作原理是通過感受壓力并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號，可廣泛應(yīng)用于壓力、高度、加速度、液體的流量、流速、液位、壓強的測量與控制。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、機床等眾多行業(yè)，可用于制成血壓計、風(fēng)速計、水速計、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，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。嵌入式計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)及無線通信技術(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)生了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為傳感器技術(shù)的發(fā)展開辟了一個新方向。無線傳感器網(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、健康監(jiān)護、家庭自動化、交通控制等。無線傳感器網(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)測區(qū)域內(nèi)大量的微型、低成本、低功耗的傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網(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)域中被感知對象的信息(比如溫度、濕度、位置、光強、聲音、振動、壓力、運動、污染物等數(shù)據(jù))，并發(fā)送給觀察者。中國專利文獻CN101477188，公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能物品監(jiān)測跟蹤和管理系統(tǒng)，通過傳感器采集溫度、壓力等信號，并將信號通過無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，是將識別和定位終端置于人體身上，這樣做使得人員活動不便，且識別和定位終端若是遺落，則無法實現(xiàn)實時跟進位置，且中心服務(wù)器僅是推斷出終端位置，并無法實時地分析人的行進軌跡。
[0005]因此，業(yè)界亟需一種可實時分析行進軌跡、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，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)測區(qū)域中部署多個壓力傳感器，所述多個壓力傳感器構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點，所述多個節(jié)點之間相互通信，多個節(jié)點具有各自的位置信息，所述無線傳感器網(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)分析模塊連接無線通信模塊，數(shù)據(jù)分析模塊對數(shù)據(jù)進行處理后分析位置或行進軌跡。
[0008]優(yōu)選的，所述無線傳感器網(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，每一個節(jié)點都在傳感器網(wǎng)絡(luò)中有一個唯一 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)測區(qū)域中部署多個壓力傳感器，多個壓力傳感器構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多個節(jié)點，所述多個節(jié)點之間相互通信，且多個節(jié)點的位置被記錄下；
[0013]S2、通過壓力采集模塊監(jiān)測人移動、觸摸時產(chǎn)生的壓力，得到數(shù)據(jù)信息；
[0014]S3、通過數(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)生的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；
[0015]S4、通過無線通信模塊將數(shù)據(jù)處理模塊處理后的數(shù)字信號實時地?zé)o線傳輸?shù)胶笈_；
[0016]S5、位于后臺的數(shù)據(jù)分析模塊經(jīng)過計算機的數(shù)據(jù)處理，實時地分析人的位置或行進軌跡。
[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，所述位置或行進軌跡的信息按照時間進行長期的記錄和分析。
[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:
[0020]每一個傳感器節(jié)點都在網(wǎng)絡(luò)中有一個唯一 ID，當(dāng)傳感器節(jié)點部署完成并自組織構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)后，傳感器節(jié)點的ID號和位置都成對地被記錄下來，用于定位三維空間中的位置，監(jiān)測三維空間中的壓力變化，通過對傳感器數(shù)據(jù)的綜合分析，有效實現(xiàn)人的位置或行進軌跡的追蹤。同時，位置或是行進軌跡的信息將按照時間進行長期的記錄和分析，可用于家庭護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。
[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。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，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)明中人的行進軌跡示意圖
【具體實施方式】
[0026]正如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能物品監(jiān)測跟蹤和管理系統(tǒng)，不僅在使用上不夠便捷，同時其不可實時分析行進軌跡，效果不佳。
[0027]下面，將對本發(fā)明的具體技術(shù)方案做詳細(xì)介紹。
[0028]請參見圖1?圖2，在需監(jiān)測區(qū)域中，如家庭、辦公室房屋中部署多個微型壓力傳感器，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)測區(qū)域通常部署大量傳感器節(jié)點，可能達到成百上千，甚至更多。這些微型壓力傳感器即無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，這些節(jié)點通過自組織方式構(gòu)成無線網(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，可以實現(xiàn)對任意地點信息在任意時間的采集，處理和分析。節(jié)點之間可以相互通信，自組織成網(wǎng)并通過多跳的方式連接至基站節(jié)點，基站節(jié)點收到數(shù)據(jù)后，通過網(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)