一种基于柔性压力传感器的智能地毯制造技术

本实用新型专利技术公开一种基于柔性压力传感器的智能地毯，包括地毯主体、信号采集装置、上位机和报警装置。所述地毯主体是由柔性压力传感器构成，由六层平面结构堆叠而成，分别为屏蔽层、上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层、下缓冲层。该智能地毯利用阵列式分布的电容单元获取压力分布状态，不仅可以检测是否摔倒，同时还可以显示人体在智能地毯上的压力分布图像，在判断人体是否摔倒时结论更加准确直观，同时本智能地毯因可以对压力分布图像进行处理，可以检测是否有人进入以及所处的位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柔性压力传感器的智能地毯
本技术涉及智能家居，具体是一种基于柔性压力传感器的智能地毯。
技术介绍
随着现代科技飞速发展，智能家居逐渐进入人们视线，地毯作为日常家居开始智能化。现有的智能地毯在满足基本要求的同时，可以实现多种功能，例如检测有人是否摔倒，有人是否非法入侵。近些年，老年人因意外摔倒而没有及时救助，会产生骨折或者心脑血管疾病突发的情况，因此需要智能家居实时监测；智能家居在提供舒适环境时，可以为家庭提供安全服务，防止外来侵入。本智能地毯因内置柔性压力传感器可以满足以上两种功能。申请号为201610637157.4的中国专利公开一种多功能智能地毯，该智能地毯带有摔倒检测报警技术，利用呈矩阵分布的感应探头检测压力分布情况，但该智能地毯无法显示人体的压力分布，只是通过判断探头数量来判断人体是否摔倒。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术拟解决的技术问题是，提供一种基于柔性压力传感器的智能地毯，该智能地毯利用阵列式分布的电容单元获取压力分布状态，不仅可以检测是否摔倒，同时还可以显示人体在智能地毯上的压力分布图像，在判断人体是否摔倒时结论更加准确直观，同时本智能地毯因可以对压力分布图像进行处理，可以检测是否有人进入以及所处的位置。本技术解决所述技术问题的技术方案是：设计一种基于柔性压力传感器的智能地毯，其特征在于，包括地毯主体、信号采集装置、上位机和报警装置。所述地毯主体是由柔性压力传感器构成，由六层平面结构堆叠而成，分别为屏蔽层、上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层、下缓冲层；上电极层和下电极层的表面分别粘贴有A条和B条平行且相互间隔的条带状导电胶布，两个电极层上的导电胶布的位置在空间内垂直相交，构成A×B个阵列单元；每层导电胶布等间隔等长度放置，且所有导电胶布的一端分别用导线连接至信号采集装置；介电层采用海绵材质，厚度为5mm；上缓冲层采用聚酯纤维编制而成的无尘布；下缓冲层采用橡胶材料；屏蔽层采用防辐射布，与地面接触；信号采集装置是一种32位数据采集专用型单片机，内置与下电极层的导电胶布数目相同的采样电阻，每路采样电阻约为0.5欧；其采集端口通过排线与所有导电胶布连接；信号采集装置与上位机采用USB转TTL协议，通过通讯协议实时采集柔性压力传感器的数据；报警装置由继电器模块和告警灯组成，继电器模块采用4路24v继电器模块，上位机与继电器模块的输入端连接，采用RS232通讯协议；告警灯采用旋转式警示灯，工作电压为24v；告警灯与继电器模块的输出端的常开接口连接。与现有技术相比，本技术有益效果在于：1、本智能地毯实时性高，稳定可靠，可以实时监控是否有人摔倒，是否有人入侵，实现了智能家居的高级应用。2、上位机的操作面板可以显示物体的压力分布图像，不同的压力值范围对应不同的颜色，将压力划分为若干范围显示，方便辨识压力物体的外形特征，更加直观可见。3、本技术内部元器件少，方便布置，使用方便且可以实现更多的功能。附图说明图1为本技术一种实施例的整体结构图。图2为本技术一种实施例的柔性压力传感器的结构示意。图3为本技术一种实施例的上电极层结构示意图。图4为本技术一种实施例的下电极层结构示意图。图5为本技术一种实施例的人体站姿检测原理示意图。图6为本技术一种实施例的人体卧态检测原理示意图。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。本技术提供一种基于柔性压力传感器的智能地毯，其特征在于，包括地毯主体1、信号采集装置2、上位机3和报警装置4。所述地毯主体1是由柔性压力传感器构成，其结构示如图2所示，由六层平面结构堆叠而成，分别为屏蔽层11、上缓冲层12、上电极层13、介电层14、下电极层15、下缓冲层16；上电极层13结构示意如图3，下电极层15结构示意如图4，上电极层13和下电极层15的表面分别粘贴有A条和B条平行且相互间隔的条带状导电胶布5，两个电极层上的导电胶布5的位置在空间内垂直相交，构成A×B个阵列单元；该导电胶布5宽度为10mm，电阻约为10欧，每层导电胶布等间隔等长度放置，且所有导电胶布的一端分别用导线连接至信号采集装置2；介电层14采用海绵材质，厚度为5mm；上缓冲层12采用聚酯纤维编制而成的无尘布，摩擦不脱纤维，可以防止产生静电；下缓冲层16采用橡胶材料；屏蔽层11采用防辐射布，优选为高强度的尼龙布料，与地面接触。信号采集装置12是一种数据采集专用型单片机，型号是STM32F405RGT6,内置与下电极层15的导电胶布数目相同的采样电阻，每路采样电阻约为0.5欧；其采集端口通过排线与所有导电胶布连接；信号采集装置12与上位机3采用USB转TTL协议，通过通讯协议实时采集柔性压力传感器的数据。单片机外部有保护壳，可以固定在地面上。报警装置4由继电器模块和告警灯组成，继电器模块采用4路24v继电器模块，上位机与继电器模块的输入端连接，采用RS232通讯协议。告警灯采用旋转式警示灯，工作电压为24v，因底部含有螺栓，可以固定在天花板或墙体上。告警灯与继电器模块的输出端的常开接口连接，上位机通过向继电器模块发送指令，继电器模块的输出端的常开接口闭合，告警灯工作，提示有人跌倒或进入。继电器模块为Omron/欧姆龙G2R-1-E的QX-16A1R16。所述的上位机与信号采集装置相连，接收并处理从信号采集装置传送的数据，并且上位机包含的操作面板，生成人体的压力分布图像，并且根据图像特征判别人体的姿态。本技术的工作原理是柔性压力传感器的阵列单元因受外界压力，电容产生变化，此时单片机读取到电路中电阻两端的电压变化，并将采集到的数据传入至上位机，上位机采集到变化的电压数值，经数据处理可以显示智能地毯上的压力分布图像，通过图像判断有人跌倒或进入，再通过继电器模块控制告警灯。例如，当人体站立在智能地毯上时，此时可以显示人体的脚步图像，如图5为站姿；而当人体跌倒在地毯上时，可以显示人体此时与智能地毯接触区域的图像，如图6为人的卧态，本例只是列出两种常见姿态。实施例1，检测人体是否摔倒的具体方法是在系统初始化时，根据人体在智能地毯站立时的压力分布图像的像素值，在系统内设置阈值，所述的阈值大于站立时压力分布图像轮廓的像素值。人正常行走时，与地面的接触面积小于或等于站立时与地面的接触面积。因此当人在智能地毯站立或者行走时，此时检测到压力分布图像轮廓的像素值小于阈值，系统不会判定此时有人摔倒；而当有人摔倒时，由行走姿态变为卧姿，并且卧姿时与智能地毯的接触面积较大，系统检测到压力分布图像的像素值大于或等于这个阈值，系统会判定此时有人摔倒，系统会做出响应，触发报警装置，在第一时间通知有人摔倒，达到实施监测的目的。但是当有人摔倒之后能够自己站立，此时报警装置仍然报警会产生误报。因此在检测人体压力分布图像时，在系统中添加了计时器，设置定时器工作时间为t，当系统检测到图像像素值大于或等于阈值时，此时计时器开始工作。当计时超过t时，系统再次检测图像像素值的大小，如果此时图像像素值仍大于或者等于阈值，系统发出报警信号，传递给报警装置，而当计时超过t之后，检测到图像像素值小于阈值，系统不会传输报警信号，防止产生误报。实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柔性压力传感器的智能地毯，其特征在于，包括地毯主体、信号采集装置、上位机和报警装置；所述地毯主体是由柔性压力传感器构成，由六层平面结构堆叠而成，分别为屏蔽层、上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层、下缓冲层；上电极层和下电极层的表面分别粘贴有A条和B条平行且相互间隔的条带状导电胶布，两个电极层上的导电胶布的位置在空间内垂直相交，构成A×B个阵列单元；每层导电胶布等间隔等长度放置，且所有导电胶布的一端分别用导线连接至信号采集装置；介电层采用海绵材质，厚度为5mm；上缓冲层采用聚酯纤维编制而成的无尘布；下缓冲层采用橡胶材料；屏蔽层采用防辐射布，与地面接触；信号采集装置是一种数据采集专用型单片机，内置与下电极层的导电胶布数目相同的采样电阻；其采集端口通过排线与所有导电胶布连接；信号采集装置与上位机采用USB转TTL协议，通过通讯协议实时采集柔性压力传感器的数据；报警装置由继电器模块和告警灯组成，继电器模块采用4路24v继电器模块，上位机与继电器模块的输入端连接，采用RS232通讯协议；告警灯采用旋转式警示灯，工作电压为24v；告警灯与继电器模块的输出端的常开接口连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性压力传感器的智能地毯，其特征在于，包括地毯主体、信号采集装置、上位机和报警装置；所述地毯主体是由柔性压力传感器构成，由六层平面结构堆叠而成，分别为屏蔽层、上缓冲层、上电极层、介电层、下电极层、下缓冲层；上电极层和下电极层的表面分别粘贴有A条和B条平行且相互间隔的条带状导电胶布，两个电极层上的导电胶布的位置在空间内垂直相交，构成A×B个阵列单元；每层导电胶布等间隔等长度放置，且所有导电胶布的一端分别用导线连接至信号采集装置；介电层采用海绵材质，厚度为5mm；上缓冲层采用聚酯纤维编制而成的无尘布；下缓冲层采用橡胶材料；屏蔽层采用防辐射布，与地面接触；信号采集装置是一种数据采集专用型单片机，内置与下电极层的导电胶布数目相同的采样电阻；其采集端口通过排线与所有导电胶布连接；信号采集装置与上位机采用USB转...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘今越，雷冀钏，肖杰，周志文，王晓帅，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津,12