CN103529957A - 一种位置识别装置与方法 - Google Patents
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Abstract
一种位置识别装置与方法，可以使得用户可以用一种自然、直观的方式与智能设备交互。装置包括至少三个按同一方向相互平行设置的传感器，用于检测物体位置变化的位置信号；一模数转换模块与所有所述传感器相连，通过模数转换通道从传感器中获取所述位置信号，并进行模数转换将模拟的位置信号转化为数字化的位置信号；一运算处理模块与所述模数转换模块相连，接收数字化的位置信号数据，对数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据输出给外部设备。本发明使用方便、输出稳定、成本低廉、易于携带、且实现非接触式的位置判断，实现了实时监控并快速反馈给智能设备的特性。
Description
技术领域
本发明涉及人机交互技术领域，尤其涉及一种位置识别装置与方法。
背景技术
随着现代科学技术的发展，人们在处理与电脑、微处理器相关的信息时，采用的外部输入设备逐渐多样化：键盘、鼠标、手写板、触摸屏等。然而，由于上述输入设备与人的直觉存在一定的差异，它们并非自然、直观的与智能设备交互方式。有鉴于此，人们想开发出新的设备或装置，以便更直观、更自然地与智能设备交互。比如kinect（是微软正式公布的XBOX360体感周边外设）、leap motion（体感控制器，一种新型的交互设备）等以人体姿态和手势作为输入装置来控制智能设备的运行。然而，这些设备通常价格高昂，不适合普通用户使用。
现有的位置识别技术主要有基于投影的影像及摄像单元的位置判断装置和穿戴式位置判断装置。比如，中国专利200810092174.X公开了一种“基于投影的影像及摄像单元的位置判断装置”，它运用投影影像及用摄像技术对拍摄到的物体进行分析，从而得到物体的二维位置。中国专利201220109885.5公开了“基于穿戴式的位置判断装置”，它是一种位置感应手表装置，可以通过显示屏来显示两名穿戴者的位置关系。但是，总的来说，现有的基于投影影像及摄像单元的位置判断装置，其成本高昂，不便携带；而基于穿戴式的位置判断装置是一种接触式的装置，无法实现非接触式位置的判断。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种位置识别装置与方法，通过传感器检测物体的位置，将位置信息进行模数转换处理，再将转化后的数据进行运算处理，将其线性化、量化，最后将处理后的物体位置信息数据提供给外部设备。
为实现上述目的，本发明提供了一种位置识别装置，包括：至少三个按同一方向相互平行设置的传感器，用于检测物体位置变化的位置信号；一模数转换模块与所有所述传感器相连，通过模数转换通道从传感器中获取所述位置信号，并进行模数转换将模拟的位置信号转化为数字化的位置信号；一运算处理模块与所述模数转换模块相连，接收数字化的位置信号数据，对数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据输出给外部设备。
进一步，相邻传感器的间距介于10-14厘米之间。
进一步，所述传感器采用超声测距传感器或红外测距传感器。
进一步，对所有所述传感器依排列顺序编号，所述坐标数据中横坐标为检测到物体位置信号的相应传感器的编号，纵坐标为物体与所述相应传感器之间的距离的量化值。
进一步，所述相应传感器对物体停留的位置进行连续多次测量，若连续三次测量得到相同测量值，就以所述相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值。
所述运算处理模块进一步通过串口或蓝牙通讯方式将坐标数据传输给外部设备。
为实现上述目的，本发明还提供了一种位置识别方法，采用本发明所述的位置识别装置，包括如下步骤：（1）检测因物体位置变化的位置信号并进行数字化处理；（2）根据数字化的位置信号获取相应坐标数据，包括对数字化的位置信号数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据；（3）发送坐标数据至外部设备。
进一步，对所有所述传感器依排列顺序编号，步骤（2）进一步包括：获取检测到物体位置信号的相应传感器的编号作为坐标数据中的横坐标，获取物体与所述相应传感器之间的距离的量化值作为坐标数据中的纵坐标。
可选的，步骤（1）进一步包括：对物体停留的位置进行多次测量，获取同一位置的多个数字化的位置信号；步骤（2）进一步包括：对数字化的位置信号数据中物体在同一位置的多个数据进行分析，若连续三次测量得到相同测量值，就以所述相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值。
本发明位置识别装置与方法的积极效果是：本发明使得用户可以用一种自然、直观的方式与智能设备交互；使用方便、输出稳定、成本低廉、易于携带、且实现非接触式的位置判断，实现了实时监控并快速反馈给智能设备的特性。
附图说明
图1是本发明位置识别装置的结构示意图；
图2是本发明传感器设置示意图；
图3是本发明位置识别实现方式示意图；
图4是本发明位置识别方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明一种位置识别装置与方法做详细说明。
参见图1，一种位置识别装置，包括至少按同一方向相互平行设置的传感器11、模数转换模块12以及运算处理模块13，其中，所述模数转换模块12与运算处理模块13可以集成在一单片机中。本发明所述装置通过传感器检测物体的位置，将位置信息进行模数转换处理，再将转化后的数据进行运算处理，将其线性化、量化，最后将处理后的物体位置信息数据提供给外部设备。所述装置融合了传感器阵列、智能运算单元以及计算机软件技术于一体，当物体在一个平面内运动时，可以准确获得物体在虚拟平面内的准确位置，并将物体的位置信息送给外部智能设备，作为控制智能设备的一种输入装置。
以下以手的位置检测为例，通过可以用来测距的一组传感器11形成一个虚拟的垂直于地面的竖直平面，当手处于平面中的一个位置时，相应传感器检测到手在虚拟平面内的位置，发送一个模拟的电压量通过模数转换发给运算处理模块13，运算处理模块13经计算将这个量转化为手与相应传感器的距离值，从而可以判断手位置；通过获取各个时间的手位置，也就可以获取其运动线路，使得用户可以用一种自然的方式与智能设备交互。
所述装置包括至少三个按同一方向相互平行设置的传感器11，用于检测物体位置变化的位置信号。作为优选的实施方式，所有所述传感器11采用超声测距传感器、红外测距传感器，或者其他测距传感器，用来检测手到某个传感器的距离，获得手的位置信息。为了不让两个相邻传感器相互干扰且不影响对手位置的检测，相邻传感器之间的间距L介于10-14厘米之间。本实施方式中，多个传感器11水平排列，相邻传感器之间相距12cm（约为正常人手掌的宽度，其他物体可以做相应调整），参见图2。
所述模数转换模块12与所有所述传感器11相连，通过模数转换通道从传感器11中获取所述位置信号，并进行模数转换将模拟的位置信号转化为数字化的位置信号。模数转换模块12包括多路模数转换芯片，经过初始化后，随即开始将传感器11发出的模拟信号转化为运算处理模块13所能识别的数字信号，并判断其是否转化完毕，而后将转化后的数字化位置信号数据输出给运算处理模块13。
所述运算处理模块13与所述模数转换模块12相连，接收数字化的位置信号数据，对数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并量化为相应坐标数据输出给外部设备19。
具体为：将某一传感器11检测到的该传感器与手的距离的数字信号i（i是测距传感器输出的模拟电压信号经模数转换之后的数字量，i值与距离值成反比，且为非线性。对于本实例使用的传感器，我们选取10cm至30cm的测矩范围，因此i对应的电压模拟量为0.9V到2.5V）进行公式转换，d=(676200/(i*613-900))+4，d即为距离值；可以根据预先设定的排列位置，获取相应传感器与手的距离信息。根据处理所得距离值及相应传感器的位置信息，即可获取手位置的坐标数据信息。
作为优选的实施方式，可以进一步对所有所述传感器11依排列顺序编号，所述坐标数据中横坐标为检测到手位置信号的相应传感器的编号，纵坐标为手与所述相应传感器之间的距离的量化值。参见图3所示，图中虚线表示传感器检测区域，手位置坐标由传感器本身位置和手到传感器的距离共同确定（如图所示坐标（1，d1）……（4，d4））。具体为：将手的位置看作是一个坐标，横坐标x表示从左至右第x个传感器，纵坐标表示手与正下方传感器（也即检测到手位置信号的第x个传感器）之间的距离；当手处于某一传感器的左边、中间、右边（仍在该传感器的测距范围内）的位置时，默认的横坐标为该传感器的编号；如若手在两传感器的中间（均不在两个传感器的测量范围内），则横、纵坐标为前一次传感器所检测到的手位置坐标。于是手在平面任意位置都有一个相应的坐标与之对应。需要注意的是：手位置的横坐标也就是各个传感器位置的坐标，是不连续的；而手纵向位置的坐标是连续的测量距离值，为了与横坐标对应，需要等距离量化为离散的纵坐标。
作为优选的实施方式，所述相应传感器11对物体停留的位置进行多次测量，获取同一位置的多个数字化的位置信号；所述运算处理模块13对数字化的位置信号数据中物体在同一位置的多个数据进行分析处理，实现稳定输出。由于传感器11接收到数据时有错判的可能，因此需要进行分析处理，若连续三次测量得到相同测量值，就以这个相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值并量化，再将此数值量化为坐标输出。测量值其实是模电压信号，我们对此电压信号进行3次测量，3次电压信号相同才转化为距离值，经d=(676200/(i*613-900))+4可转化。
所述运算处理模块13进一步通过串口、蓝牙或其他通讯方式将坐标数据传输给外部设备19（例如PC机、上位机或其它单片机）。
参见图4，采用本发明所述的位置识别装置的位置识别方法流程图，包括如下步骤。
S42：检测因物体位置变化的位置信号并进行数字化处理。
以手的位置检测为例，通过可以用来测距的一组传感器形成一个虚拟的垂直于地面的竖直平面，当手处于竖直平面中的一个位置时，相应传感器检测到手在该平面内的位置，得到一个模拟的电压量通过模数转换，转化为运算处理模块所能识别的数字信号。传感器的设置可参照本发明装置项的描述。
S44：根据数字化的位置信号获取相应坐标数据。具体包括对数字化的位置信号数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据。相应坐标数据的获取方式可参照本发明装置项的描述，此处不再赘述。
S46：发送坐标数据至外部设备。经步骤S44处理后获取的坐标数据，可以通过串口、蓝牙或其他通讯方式传输给外部设备，以供其进行进一步处理或显示。
作为优选的实施方式，可以对所有所述传感器依排列顺序编号，步骤S44进一步包括：获取检测到物体位置信号的相应传感器的编号作为坐标数据中的横坐标，获取物体与所述相应传感器之间的距离的量化值作为坐标数据中的纵坐标。具体处理方式参照图3及其描述。
由于传感器11接收到数据时有错判的可能，因此需要进行误差分析与处理，通过多次测量排除误差。作为优选的实施方式，步骤S42进一步包括：对物体停留的位置进行多次测量，获取同一位置的多个数字化的位置信号；步骤S44进一步包括：对数字化的位置信号数据中物体在同一位置的多个数据进行分析处理：即相应传感器对手停留的位置进行多次测量，进而获取同一位置的多个数字化的位置信号；若连续三次测量得到相同测量值，就以这个相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值并量化，转化为坐标，实现稳定输出。
以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种位置识别装置，其特征在于，包括： 至少三个按同一方向相互平行设置的传感器，用于检测物体位置变化的位置信号； 一模数转换模块与所有所述传感器相连，通过模数转换通道从传感器中获取所述位置信号，并进行模数转换将模拟的位置信号转化为数字化的位置信号； 一运算处理模块与所述模数转换模块相连，接收数字化的位置信号数据，对数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据输出给外部设备。
2.如权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，相邻传感器的间距介于10-14厘米之间。
3.如权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，所述传感器采用超声测距传感器或红外测距传感器。
4.如权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，进一步对所有所述传感器依排列顺序编号，所述坐标数据中横坐标为检测到物体位置信号的相应传感器的编号，纵坐标为物体与所述相应传感器之间的距离的量化值。
5.如权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，所述相应传感器对物体停留的位置进行连续多次测量，若连续三次测量得到相同测量值，就以所述相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值。
6.如权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，所述运算处理模块进一步通过串口或蓝牙通讯方式将坐标数据传输给外部设备。
7.一种位置识别方法，采用权利要求1所述的位置识别装置，其特征在于，包括如下步骤： （1）检测因物体位置变化的位置信号并进行数字化处理； （2）根据数字化的位置信号获取相应坐标数据，包括对数字化的位置信号数据进行运算处理，获取检测到物体位置信号的相应传感器以及物体与所述相应传感器之间的距离值，并转化为相应坐标数据； （3）发送坐标数据至外部设备。
8.如权利要求7所述的位置识别方法，其特征在于，对所有所述传感器依排列顺序编号，步骤（2）进一步包括：获取检测到物体位置信号的相应传感器的编号作为坐标数据中的横坐标，获取物体与所述相应传感器之间的距离的量化值作为坐标数据中的纵坐标。
9.如权利要求7所述的位置识别方法，其特征在于，步骤（1）进一步包括：对物体停留的位置进行多次测量，获取同一位置的多个数字化的位置信号； 步骤（2）进一步包括：对数字化的位置信号数据中物体在同一位置的多个数据进行分析，若连续三次测量得到相同测量值，就以所述相同测量值进行公式转化，并将公式转化值作为距离值。
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