导言
室内定位体系(Indoor Positioning System，IPS)是普适核算中的重要内容。跟着智能终端的遍及、移动互联网年代的降临，杂乱室内环境下的定位与导航的需求日益增大，一起，IPS在公共安全、移动电子商务等范畴都有着广泛的使用。现在，IPS选用的定位技能首要包含RFID、Bluetooth、WiFi、UWB、ZigBee、光学、超声波、红外线、地磁场等。选用单必定位技能的室内定位体系都存在必定的缺点，如担负性强、扩展性和鲁棒性差、定位精度低、呼应时间长等。因而，多种定位技能交融是IPS的一个发展方向。
压力传感受控技能(Force Based Touch Sereen Technology)zTouch来自于美国F—Origin公司。该技能的原理是在刚性面板的四周旮旯处设置多个压力传感器，经过传感器感知用户在面板上触摸或做手势发生的垂直于面板的压力，依据各点传感器受力不同进行定位。该技能具有环境鲁棒性好、持久性强、无担负性以及三维信息感知、定位精度高级长处，使用于IPS可补偿其他定位技能的缺乏。现在，国外有多家组织正在研讨依据该技能的定位体系，如英国兰卡斯特大学的Weight Lab、英国谢菲尔德哈勒姆大学和德国亚琛工业大学的Smart Floor等。
本文依据压力传感受控技能规划了一种智能地板，并选用该地板构建了一小型定位体系。体系选用16个压力传感器和4块地板构建定位渠道，完成对渠道上运动小车的定位和途径显现，并能经过LabVIEW软件和Android终端检查小车方位信息。
1 定位原理
压力传感受控定位技能的根本单元由1块刚性面板和4个压力传感器组成，压力传感器散布于刚性面板的四角处，构成一四支点结构。四支点定位模型如图1所示。
在图1所示的模型中，Si(i=1，2，3，4)表明第i个压力传感器。在P平面的二维坐标系中，记Si与P平面的触摸点(或触摸面的中心点)的坐标为(xi，yi)，4个触摸点构成的矩形区域(虚线框内)称为定位区D。在D中任一点(x，y)处施加一垂直于P平面的力F，令Fi表明Si遭到的F的分压力，依据四支点平面物体重心方位核算公式，式(1)～(3)树立。
依据式(1)～(3)，可核算出力F的方位，然后完成定位。
2 体系结构规划
2.1 体系规划
依据本研讨的试验条件，构建了一个针对小车的定位演示体系。体系由定位渠道、定位目标(小车)、数据收集卡、PC机、Android监督终端组成。当定位目标在定位渠道上中止或运动时，经过剖析传感器的数据核算出其在物理空间中的肯定方位坐标(X，Y)，该方位特点经过映射，反映在上位机方位办理服务器(LabVIEW软件)的虚拟地图中。方位办理服务器能够构建虚拟场景，并可为移动终端供给方位查询和导航的服务。定位体系构成如图2所示。
本体系选用USB-6259(BNC)收集定位渠道传感器的数据。USB-6259(BNC)是美国NI公司出产的一款高速、多功用M系列的数据收集卡，供给有16路模仿输入通道，其最高采样率为1.25 Ms/s，采样精度为16位，满意体系要求。
定位体系可分为3个模块：
①定位显现模块。该模块完成在PC机端的LabVIEW渠道下，实时显现小车在定位渠道的肯定方位及运动途径。
②运动操控模块。该模块完成经过LabVIEW程序操控小车的运动，经过蓝牙传送操控指令，到达非触摸移动小车的意图，一起防止触摸办法发生的侧向力对定位精度的影响。
③长途监督模块。该模块完成经过Android手机长途监督小车的方位，PC机经过互联网向长途终端播送小车的方位信息。
2.2 定位渠道的设置
定位渠道由16个传感器和4块玻璃板组成，总面积为70×70 cm2，分为4个单元。传感器选用轮辐式压力传感器(型号为BK-4)。传感器本身集成有电桥，对外有4条引线，分别为电源Vbg、GND、信号+和信号-。因为传感器输出的信号弱小(μV～mV级)，因而需求对信号进行扩大。本体系选用的扩大器为AD623。
为保证定位的精确，定位渠道需求调平。当定位渠道不平常，即当传感器高度不一致，在图1所示的四支点定位模型中或许会有1或2个支点处于不受力的悬空状况，即“虚腿”现象。“虚腿”现象将改动四支点渠道力的散布，然后不能使用四支点公式求重心方位。周祖濂经过数学模型证明了在四支点结构中的四个支点能够一起受力，即“虚腿”现象能够经过调平来防止。
四支点渠道的简单调平一般选用向最高支撑挨近的办法，即经过垫片调理4个支点中高度较低的3个，使其与最高支点高度一致然后调渠道面。本体系经过在传感器下垫纸片的办法调平定位渠道。
3 体系软件规划
本体系上位机开发渠道选用NI公司推出的LabVIEW 2013。规划的软件界面如图3所示。
3.1 定位显现模块
定位显现模块的输入为16个压力传感器的数据，经过滤波和核算，输出为定位渠道上物体重心的方位。方位显现办法包含文本坐标和二维图片，途径显现办法为XY图。定位显现流程如图4所示。
3.2 运动操控模块
运动操控模块是经过在PC机和小车间树立蓝牙通讯完成的。不具备蓝牙功用的PC机可经过蓝牙适配器和BlueSoleil软件完成蓝牙功用，小车端经过UART接口衔接一蓝牙透传模块，此刻，PC机端和小车端树立了虚拟串口衔接，LabVIEW端经过VISA串口通讯编程完成向小车发送运动指令。本模块可完成对小车的速度操控以及行进、撤退、左转、右转、中止5种运动状况操控。
3.3 长途监督模块
长途监督模块中，PC机为方位办理服务器，Android终端为客户机，网络架构选用散布式Publisher-Subscriber形式，PC机为一切注册的Android终端供给方位查询服务。
长途监督模块选用了跨渠道网络通讯插件SCCT。SCCT(Smart PhoneCross-Plat-form Communication Toolkit，智能手机跨渠道通讯包)是由T4SM(Tools for Smart Minds Software Solutions)公司研制的、支撑多种渠道和编程言语的开发包，用于多种渠道与LabVIEW渠道之间进行数据通讯。SCCT支撑的操作体系包含Windows、Linux、iOS、Android、Phone7，支撑的编程言语包含LabVIEW、Java、C、Object C、.NET和Javascript(HTML5)。本体系中，LabVIEW端选用SCCTPublisher Library供给的VI完成验证恳求衔接的订阅者身份、检查衔接状况、播送数据至一切活动状况的订阅者以及接纳订阅者恳求的功用，Android端选用SCCT Subscriber Library供给的API完成发送恳求至发布者、接纳数据并提交至界面进行显现等功用。
LabVIEW端信息发布程序框图如图5所示。Android端的软件架构如图6所示。
4 体系测验与成果剖析
体系测验场景如图7所示。
Android手机端长途监督界面如图8所示。
经测验，本体系完成了对小车的定位显现、运动操控和长途监督的功用。
在定位精度的测验中，在渠道上画有方位参照网格，网格边长为1 cm。在定位渠道上随机选取10个测验点，在每个点处施加压力，丈量6次，记载软件核算出的坐标，并与实践网格坐标进行比较。在数据剖析过程中，界说以下概念：
①误差Xp、Yp。假设在物理渠道上测验点的网格坐标取值规模为X∈[a，b]，Y∈[c，d](a、b、c、d为非负整数，b-a=d-c=1，单位为cm)经过软件求得的坐标为(x，y)，界说误差Xp、Yp：
式中，MAX()为最大值;Pi为第i个测验点的定位误差(cm)。
经测验，P=0.6 cm，D=1.8 cm。因而，单块智能地板的定位肯定误差在2 cm内。在智能地板特性不变的前提下，由多块智能地板拼成的更大面积定位空间的定位肯定误差也在2 cm内。
结语
本文规划了一种智能地板，并依据该地板构建了一个定位体系，完成了经过PC机LabVIEW软件和Android手机软件检查智能地板上物体方位和运动途径信息的功用。本定位体系最大定位肯定误差在2 cm内，且具有环境鲁棒性好、无担负性等长处，与其他定位技能结合，可补偿现有室内定位体系的缺乏。此外，本智能地板还可用于要点区域安防、隐私维护下的监控等场合。
