阅读说明：本技术 基于电容传感器的智能地毯 (Intelligent carpet based on capacitive sensor ) 是由 刘红星 程东 刘乐 于 2021-08-26 设计创作，主要内容包括：一种基于电容传感器的智能地毯,它由地毯本体、辅助地垫和地上感知系统组成,其特征是,(1)地上感知系统,由基于电容传感器的传感节点阵列、路由节点和一个上位机组成,(2)地上感知系统的基于电容传感器的传感节点阵列,附着分布于辅助地垫上,置于地毯本体之下,(3)基于电容传感器的传感节点阵列的各传感节点以及一个路由节点,它们之间通过485总线连接,(4)路由节点通过有线或无线方式连接至上位机,(5)路由节点接市电或通过5v插座间接接市电,并为传感节点阵列的各传感节点供电,(6)各传感节点,通过路由节点,将监测的对应地上不同状况的电容值,传给上位机,上位机据此判断是否有人跌倒或入室抢劫。(An intelligent carpet based on a capacitive sensor is composed of a carpet body, an auxiliary ground mat and an above-ground sensing system, and is characterized in that (1) the above-ground sensing system is composed of a sensing node array based on the capacitive sensor, a routing node and an upper computer, (2) the sensing node array based on the capacitive sensor of the above-ground sensing system is attached to and distributed on the auxiliary ground mat and arranged below the carpet body, (3) each sensing node and one routing node of the sensing node array based on the capacitive sensor are connected through a 485 bus, (4) the routing node is connected to the upper computer in a wired or wireless mode, (5) the routing node is connected with a mains supply or indirectly connected with the mains supply through a 5v socket and supplies power to each sensing node of the sensing node array, (6) each sensing node is used for monitoring capacitance values corresponding to different conditions on the ground through the routing node, and the data is transmitted to an upper computer, and the upper computer judges whether a person falls down or enters a room for robbery according to the data.)

基于电容传感器的智能地毯

技术领域

本申请涉及一种基于电容传感器的智能地毯。

居家和休养院逐步向智能化的方向发展，由于视频实时自动监控的方法需要依赖提前积累的大量数据和机器学习，因此，地毯的智能化也是一个重要方法。智能地毯相对于传统地毯而言，融合了多种传感器，以感知地面上发生的事情，如老人跌倒、入室盗窃等。

背景技术

一种智能地毯的实现方式基于电磁层析成像技术。电磁层析成像(Electromagnetic Tomography，EMT)是一种基于电磁感应原理的过程层析成像技术，研究具有电磁特性的物质在空间的分布。典型的EMT系统可分为四个部分：传感器阵列(即检测和激励线圈)，系统控制电路，数据采集与处理电路，图像重建与特征参数提取单元。这种方法用于智能地毯，需要检测和激励线圈，分辨率与线圈数量有关，技术复杂，对应用现场的适应性和鲁棒性不高。

一种智能地毯的实现方式是在传统地毯下使用智能压感地板。智能压感地板，顾名思义，使用的是压力传感器，通过检测来自地面的压力来评判地面上的情况，如老人是否跌倒了、地面上有无人员等。此方法的缺点是需要特制的压感地板，地板要有一定的刚度，地板下要预埋好传感器，可应用性也受到局限。

一种智能地毯的实现方式是在传统地毯下安置静电传感器阵列来感知地面上的状况，其原理是人在地毯上的活动会产生静电、离静电越近的传感器感知的静电信号越强。此方式的优点是对人在地毯上的动作比较敏感(动作产生静电)，缺点是，对地面上的静态情况没有感知能力，另外，它受外界其他静电干扰的影响也比较大。

因此，需要一种适应性、鲁棒性或者说应用性更好的智能地毯技术方案。

发明内容

发明目的。

提出一种新的智能地毯方案，它基于电容传感器，易于应用和实现。

技术方案。

一种基于电容传感器的智能地毯，它由地毯本体[7]、辅助地垫[2]和地上感知系统组成，其特征是，(1)地上感知系统，由基于电容传感器的传感节点阵列[3]、路由节点[5]和一个上位机[6]组成，(2)地上感知系统的基于电容传感器的传感节点阵列[3]，附着分布于辅助地垫[2]上，置于地毯本体[7]之下，(3)基于电容传感器的传感节点阵列的各传感节点[3]以及一个路由节点[5]，它们之间通过485总线[4]连接，(4)路由节点通过有线或无线方式连接至上位机[6]，(5)路由节点接市电或通过5v插座间接接市电，并为传感节点阵列的各传感节点供电，(6)各传感节点[3]，通过路由节点[5]，将监测的对应地上不同状况的电容值，传给上位机[6]，上位机据此判断是否有人跌倒或入室抢劫。

以上所述的基于电容传感器的智能地毯，它的传感节点阵列中的一个传感节点[3]，其特征在于，包括电容极板对、电容值监测芯片、单片机及外围电路和电源模块，电容极板对中的一个极板布置于辅助地垫上，电容极板对中的另一个极板集成于电容值监测芯片中。

以上所述的基于电容传感器的智能地毯，它的传感节点阵列中的一个传感节点[3]，其特征在于，在电容值监测芯片支持的情况下，用多个电容极板对共用一个电容值监测芯片，也共用一套单片机及外围电路和电源模块，这样一个传感节点可对应多块辅助地垫上的极板，也对应监测多块地面上的单元区域。即这种情况下，一个传感节点，对应多个电容，本身对应一个感应区域阵列。

以上所述的基于电容传感器的智能地毯的一个传感节点[3]，它的一极板对中的一块极板[1]附着在辅助地垫[2]上，其特征在于，这块附着在辅助地垫[2]上的极板可采用铜箔[1]。

以上方案源于这样的假设：人在地毯上某处出现或移动时，包括跌倒、走动等，会改变脚下电容阵列的原来电容值。也源于发明者的实践对这样的规律的发现和确认，即：人在地毯上某处出现或移动时，脚下电容阵列值的改变足够大，可以被利用。

有益效果。

搭建了一个基于电容传感器的智能地毯简易装置，

具体实施方式

详见后面的实施例。

测试实验。8块泡沫地垫上附着了8片铜箔构成8个电容传感器，在其上又放置另8块泡沫地垫充当地毯本体。受试者分别站在1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#智能地毯块上，发现相应的电容值也发生了明显改变。踩在哪块电毯区域，电脑显示器上对应的电容值就会大出很多。这说明了本发明监测地面上人的状况的有效性。

附图说明

图1，本发明基于电容传感器的智能地毯的结构的斜视图。图1中，①为电容极板，②为辅助地垫，③为电容值监测芯片、单片机及外围电路和电源模块构成的传感节点，④为RS485总线，⑤为路由节点，⑥为上位机，⑦为地毯本体

图2，实施例中搭建的智能地毯电路逻辑框图。

图3，踩1#感知区域的感知结果示意图。

图4，踩7#感知区域的感知结果示意图。

具体实施方式

实施例。前文提到，用8块泡沫地垫上附着了8片铜箔以构成8个电容传感器，在其上又放置另8块泡沫地垫充当地毯本体。采用TI公司推出的电容传感器芯片FDC2214作为前文提到的电容值监测芯片。FDC2214为TI公司推出的适用于接近传感和液位传感的28位电容数字转换IC，是面向电容式传感解决方案的抗噪声和EMI、高分辨率、高速、多通道电容数字转换器。该器件采用基于窄带的创新型架构，可对噪声和干扰进行高度抑制，同时在高速条件下提供高分辨率。该芯片一块芯片与4块铜箔配合可以构建4个电容，监测四个电容值，因此，此实施例只涉及到两个传感节点。传感节点的单片机采用ST公司STM32F103，路由节点也采用STM32F103，负责发送指令给各传感节点的单片机收集电容数据，并将数据通过WIFI上传给上位机。电容极板采用铜箔，较为便宜方便。铜箔贴合在地垫上，在铜箔上焊接一根导线，连接到传感节点，传感节点收到采集命令之后进行电容值采集并将结果通过485总线发送给路由节点，再发送给上位机PC，PC处理数据，将其可视化地展示出来。

附图3和4中，计算机可视化显示电容值，图中的每一个小灰度块代表一块地毯，电容值经过处理后转换为灰度值，电容值越大、灰度值越小、小灰度块越白。