基于压力传感触控技术的室内定位系统

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室内定位系统是指获取对象在室内位置信息的系统,它弥补了全球定位系统GPS无法精确定位室内对象的不足。随着物联网、移动互联网的发展,人们对复杂室内环境下的定位与导航的需求日益增大,同时,室内定位系统在公共安全、移动电子商务等领域也有着广泛的应用前景。目前,室内定位系统采用的定位技术主要包括RFID、Bluetooth、Wi-Fi、UWB、 ZigBee、光学、超声波、红外线、地磁场等。采用单一定位技术的室内定位系统都存在一定的缺陷,如负担性强、扩展性和鲁棒性差、定位精度低、响应时间长等,因此多种定位技术融合是室内定位系统的一个发展方向。本文的研究对象为基于压力传感触控技术的室内定位系统。压力传感触控技术zTouch来自于美国F-Origin公司,其原理是在刚性面板下四周角落处设置多个压力传感器,通过传感器感知对象接触面板时产生的垂直于面板的压力,根据各点传感器受力不同进行定位。压力传感触控技术具有环境鲁棒性、持久性、无负担性和三维信息感知、定位精度高等优点,可弥补其它定位技术的不足。本文所做的主要工作如下:(1)定位原理的研究。首先构建了四支点压力定位模型,通过数学建模推导出定位公式;其次对定位模型中的盲区定位问题进行分析,并探究了平台倾斜对定位精度的影响;最后,对由多个四支点基本定位单元构成的定位平台构建定位模型,给出了定位算法。(2)定位系统的构建。系统分为定位显示子系统、运动控制子系统和远程监视子系统。定位显示子系统采用16个压力传感器及信号放大电路模块、4块正方形玻璃板构建了一70×70cm2的定位平台,通过NI USB-6259(BNC)数据采集卡采集16路传感器数据,并由上位机LabVIEW软件对数据进行计算,得出对象的位置信息和运动轨迹。在运动控制子系统中,选用一小型机器人——Micromouse615电脑鼠作为控制和定位对象,并为其增加了蓝牙通信功能,通过PC机无线控制其在定位平台上运动,以避免接触式移动电脑鼠产生的侧向力对定位精度的影响。远程监视子系统利用LabVIEW的跨平台网络通信功能,为Android设备提供位置信息服务,Android手机可通过互联网远程查看对象的位置信息。(3)定位系统的测试。通过功能测试证明,系统实现了对单一电脑鼠的无线运动控制、定位及路径显示、位置信息的远程监视的功能。此外,通过开发的调平软件对平台倾斜情况进行测试,证明平台倾斜尤其是“虚腿”情况影响系统的定位精度。在本研究环境下,当平台不存在“虚腿”的情况时,系统的定位精度达到了2cm。在实现定位功能的基础上,针对电脑鼠进一步实现了基于位置的控制,即在平台上给定目标点位置,电脑鼠由当前位置运动至目标点。经测试,位置控制的平均偏差单区情况为1.2cm,全区情况为5cm。
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