[发明专利]一种利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种字符输入方法，尤其涉及一种利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法。

背景技术

利用无线传感器网络定位和跟踪物体一直是无线传感器网络应用领域的一个热点研究问题。无线传感器节点价格便宜、功能相对简单，通常被大规模地部署在指定区域以内，这也对定位和跟踪算法的实时性和准确性提出了较高的要求。

近年来，许多无线传感器网络的应用表明，使用RF信号、超声波信号、甚至UWB信号都可以实现定位与跟踪移动物体的目的，但是，这些系统都存在一些缺陷：RF信号本身具有一定的不稳定性，利用其作为输入很难保证定位结果的准确性；超声波信号和UWB信号成本较高，必须在移动物体上配置特殊的元器件才能达到定位跟踪的目的。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法，以“光”信号作为输入，配合定位算法和传输协议，实现准确实时定位跟踪移动光信号的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法，包括如下步骤：

(1)通过实验测量，拟合出光斑中某点的光强和该点距离光斑中心距离的映射关系，即“光强-距离”映射关系；

(2)收集光斑的光强信息，根据步骤(1)中的映射关系，利用最小覆盖圆算法拟合光斑的位置和大小，进而得到光斑中心坐标；

(3)采用多对一得无冲突无线传输算法，使用TDMA调度，通过一个散列函数sn＝(3*i+j mod 3)mod 9来计算处在第i行第j列的节点发送数据的时隙序号sn，，消除光线传输过程中的冲突。

有益效果：本发明提供的利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法，测量灵敏度高，能够适应移动速度较快的输入，并且具有一定的容错性，即使在部分传感器节点损坏的情况下，本发明依然可以达到较为精确的跟踪效果。

附图说明

图1为手电筒的“光强-距离”函数；

图2为最小圆覆盖算法示意图；

图3为时间片分配示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

一种利用无线传感器阵列实现非接触式字符输入的方法，包括如下步骤：

(1)通过实验测量，拟合出光斑中某点的光强和该点距离光斑中心距离的映射关系，即“光强-距离”映射关系。

在本例中，采用输入光信号为从中心到四周强度均匀减弱的圆形光斑，当然也可以采用其他类型的输入信号，但需要更新相应的映射函数即可。所述圆形光斑的“光强-距离”映射关系可以通过手电筒的灯头产生的光斑来测量，其测量过程如下：

手电筒的光线入射方向与光斑形成面的垂直方向形成一定的小夹角θ，传感器感光元件位于光斑形成面的正上方，手电筒与传感器之间的距离约为1m，形成的光斑半径约为30cm。

由于实验显示，即使光线并不垂直于传感器感光元件，只要夹角θ较小，实验中采用的神笔系统仍能较为精准地定位光斑中心位置，因而可以忽略光线与传感器感光元件的夹角θ。

以手电筒形成的光斑的中心为基点，对距离光斑中心5cm，10cm，15cm，20cm，25cm，30cm各点处做出光强数据采样，每点的采样次数为200次；对采样后的数据通过使用三次样条插值法拟合出从光斑中心到边缘的衰减曲线，得到如图1所示的“光强-距离”映射关系。其中光斑中心的光强值约为60LUX，在距离光斑中心的距离约为5～25cm的范围内，衰减函数近似线性递减且斜率较大，较为适合做“光强-距离”映射关系。为了减小传感器端的计算存储开销，这个映射函数可以保存在上位机中，上位机将收到的光强信号映射到对应的距离值上，供给下一步计算使用。

(2)收集光斑的光强信息，根据步骤(1)中的映射关系，利用最小覆盖圆算法拟合光斑的位置和大小，进而得到光斑中心坐标。

传统的三点定位方法并不适合于本方法，一方面，位于光斑边缘的传感器采样得到的光强值会在阈值上下抖动，当光斑移动到传感器单元格的边缘时，无法进行稳定的定位；另一方面，三点定位法并没有发挥传感器阵列多点采样的优势，会一大半的数据。