一种基于压力传感触控技术的智能地板

室内定位系统(Indoor Positioning System，IPS)是普适计算中的重要内容。随着智能终端的普及、移动互联网时代的来临，复杂室内环境下的定位与导航的需求日益增大，同时，IPS在公共安全、移动电子商务等领域都有着广泛的应用。目前，IPS采用的定位技术主要包括RFID、Bluetooth、WiFi、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IPS的一个发展方向。

压力传感触控技术(Force Based Touch Sereen Technology)zTouch来自于美国F-Origin公司。该技术的原理是在刚性面板的四周角落处设置多个压力传感器，通过传感器感知用户在面板上触摸或做手势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。该技术具有环境鲁棒性好、持久性强、无负担性以及三维信息感知、定位精度高等优点，应用于IPS可弥补其他定位技术的不足。目前，国外有多家机构正在研究基于该技术的定位系统，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。

本文基于压力传感触控技术设计了一种智能地板，并采用该地板构建了一小型定位系统。系统采用16个压力传感器和4块地板构建定位平台，实现对平台上运动小车的定位和路径显示，并能通过LabVIEW软件和Android终端查看小车位置信息。

1 定位原理

压力传感触控定位技术的基本单元由1块刚性面板和4个压力传感器组成，压力传感器分布于刚性面板的四角处，形成一四支点结构。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)表示第i个压力传感器。在P平面的二维坐标系中，记Si与P平面的接触点(或接触面的中心点)的坐标为(xi，yi)，4个接触点构成的矩形区域(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表示Si受到的F的分压力，根据四支点平面物体重心位置计算公式，式(1)～(3)成立。

根据式(1)～(3)，可计算出力F的位置，从而实现定位。

2 系统结构设计

2.1 系统设计