技术领域
[0001] 本
发明涉及姿态检测技术领域，具体涉及一种智能防盗门及门体姿态检测 方法。
背景技术
[0002] 电动闭门器采用平开门拉杆及
推杆，拉杆适用于内开门，推杆适用于外开 门，还采用自动门微电脑
控制器来接收
传感器或者其他
开关的检测
信号，用来 驱动
马达控制门体按照合适的方式运动。
[0003] 目前，家用防盗门采用闭门器来自动关门，可以保证门被开启后，准确、 及时地关闭到初始
位置。但是，闭门器无法保证门在关闭时能够完全准确地回 到初始位置，并且目前市场上有少量能够用来开门的闭门器，其无法保证门能 够打开到一个安全的
角度，有可能会夹到人给人身安全带来一定
风险，缺乏相 应的反馈机制来调整门体姿态。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中的
缺陷，本发明提供一种智能防盗门及门体姿态检测方 法。
[0005] 一方面，本发明提供一种智能防盗门，包括：防盗门本体、闭门装置、门 体姿态检测装置和控制装置；
[0006] 其中，所述防盗门本体包括
门框和
门扇，所述门扇的一侧与所述门框通过 合页相铰接，所述门扇绕着合页的中
心轴线做相对转动运动；所述门体姿态检 测装置设置于所述门扇内；所述控制装置分别与所述闭门装置和门体姿态检测 装置通信连接；
[0007] 所述控制装置用于在用户进出门后控制所述闭门装置动作以驱动所述门 扇关闭，确定所述门扇关闭所需的转动角度值，实时获取所述门体姿态检测装 置的输出结果并据此确定所述门扇的
偏航角，据此计算所述门扇的转动角度差 值，并根据该转动角度差值控制所述闭门装置继续动作直到所述门扇的转动角 度差值为零。
[0008] 优选地，所述控制装置还用于在用户进出门前控制所述闭门装置动作以驱 动所述门扇打开，确定所述门扇打开所需的转动角度值，实时获取所述门体姿 态检测装置的输出结果并据此确定所述门扇的偏航角，据此计算所述门扇的转 动角度差值，并根据该转动角度差值控制所述闭门装置继续动作直到所述门扇 的转动角度差值处于预设范围内。
[0009] 优选地，所述闭门装置包括闭门器和驱动臂，所述闭门器位于所述门框上 部且通过驱动臂与所述门扇连接。
[0010] 优选地，所述门体姿态检测装置包括
加速度计、磁
力计和
陀螺仪。
[0011] 优选地，还包括身份识别装置、按钮和门
锁机构，所述身份识别装置设置 于所述门扇外侧，所述按钮设置于所述门扇内侧，所述门锁机构包括门锁和门 锁驱动机构，所述控制装置还分别与所述身份识别装置、按钮和门锁驱动装置 通信连接；
[0012] 所述控制装置还用于接收所述身份识别装置的身份验证结果，在身份认证 结果为验证通过后控制所述门锁驱动机构动作以打开所述门锁；在接收到所述 按钮的触发信号时控制所述门锁驱动机构动作以打开所述门锁；以及在所述门 扇关闭后控制所述门锁驱动机构动作以关闭所述门锁。
[0013] 另一方面，本发明还提供一种智能防盗门的门体姿态检测方法，包括以下 步骤：
[0014] 建立以智能防盗门的门扇在关闭状态下的长、宽和高的方向作为x轴、y 轴和z轴的参考
坐标系，获取所述门扇在x轴和y轴方向的加速度、在x轴和 y轴方向的
角速度以及在x轴、y轴和z轴方向的
磁场强度；
[0015] 根据前一时刻的姿态四元数以及当前时刻的加速度和磁场强度确定当前 时刻的姿态梯度；
[0016] 根据当前时刻的加速度对应的特征函数确定加速度计梯度增益；以及，根 据当前时刻的磁场强度对应的特征函数确定磁力计梯度增益；
[0017] 根据所述加速度计梯度增益和磁力计梯度增益对所述当前时刻的姿态梯 度进行修正，得到修正后的当前时刻的姿态梯度；
[0018] 根据所述前一时刻的姿态四元数、所述修正后的当前时刻的姿态梯度和确 定的当前时刻的角速度确定所述门扇当前时刻的姿态四元数，并求解偏航角。
[0019] 优选地，还包括以下步骤：
[0020] 根据修正后的当前时刻的姿态梯度确定角速度误差；
[0021] 根据所述角速度误差对当前时刻的角速度进行补偿，得到补偿后的当前时 刻的角速度，并将其作为所述确定的当前时刻的角速度。
[0022] 优选地，在确定所述当前时刻的姿态梯度之前，还包括以下步骤：
[0023] 对所述加速度、角速度和磁场强度进行低通滤波。
[0024] 优选地，在确定所述当前时刻的姿态梯度之前，还包括以下步骤：
[0025] 对所述加速度、角速度和磁场强度进行均值滤波。
[0026] 优选地，利用加速度计获取所述加速度，利用陀螺仪获取所述角速度，以 及利用磁力计获取所述磁场强度。
[0027] 本发明的有益效果体现在：
[0028] 1)本发明提供的智能防盗门能够在用户进出门后控制闭门装置动作来驱 动门扇关闭，在关闭过程中对门体实时姿态进行检测并得到门扇的偏航角，通 过门扇关闭所需的转动角度值与该偏航角之间的转动角度差值调节闭门装置 动作，直到转动角度差值为零。本发明采用反馈机制来调整门体姿态，能够使 门体完全准确地回到初始位置，避免了防盗门闭合不完全导致的安全问题。
[0029] 2)本发明提供的智能防盗门能够在用户进出门前控制闭门装置动作来驱 动门扇打开，在打开过程中对门体实时姿态进行检测并得到门扇的偏航角，通 过门扇打开所需的转动角度值与该偏航角之间的转动角度差值调节闭门装置 动作，直到转动角度差值处于预设范围内。本发明采用反馈机制来调整门体姿 态，能够使门体打开到一个安全的角度，可以防止门体夹到人，避免了对人身 安全产生的风险。
[0030] 3)本发明提供的门体姿态检测方法，通过确定加速度计梯度增益和磁力 计梯度增益，对姿态梯度进行修正，然后根据前一时刻的姿态四元数、修正后 的当前时刻的姿态梯度和确定的当前时刻的角速度确定门扇当前时刻的姿态 四元数，并据此求解偏航角。本发明能够对姿态梯度进行修正，加快了姿态梯 度的收敛速度，进而根据修正后的姿态梯度确定门扇当前时刻的姿态四元数， 能够加快偏航角收敛速度。
附图说明
[0031] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附 图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分 并不一定按照实际的比例绘制。
[0032] 图1为本发明
实施例一的智能防盗门的结构组成示意图；
[0033] 图2为本发明实施例二的门体姿态检测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0034] 下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例 仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限 制本发明的保护范围。
[0035] 需要注意的是，除非另有说明，本
申请使用的技术术语或者科学术语应当 为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
[0036] 实施例一
[0037] 图1为本发明实施例一的智能防盗门的结构组成示意图。如图1所示，智 能防盗门包括防盗门本体1、闭门装置2、门体姿态检测装置3和控制装置4。
[0038] 防盗门本体1包括门框和门扇，门扇的一侧与门框通过合页相铰接，门扇 绕着合页的中心轴线做相对转动运动。
[0039] 闭门装置2包括闭门器和驱动臂，闭门器位于门框上部且通过驱动臂与门 扇连接。
[0040] 门体姿态检测装置3包括加速度计、磁力计和陀螺仪，均设置于门扇内。
[0041] 控制装置4是智能防盗门的核心控制部件，其设置于门扇内，分别与闭门 装置2和门体姿态检测装置3通信连接。
[0042] 在用户进出门前门扇处于关闭状态，控制装置4用于控制闭门装置2动作 以驱动门扇从初始位置(门扇关闭时的位置)开始转动，确定门扇打开所需的 转动角度值(60度到90度之间)，实时获取门体姿态检测装置3的输出结果 并据此确定门扇的偏航角，通过门扇打开所需的转动角度值减去门扇的偏航角 来计算门扇的转动角度差值，并根据该转动角度差值控制闭门装置2继续动作 直到门扇的转动角度差值处于预设范围(0度到5度)内。采用反馈机制来调 整门体姿态，能够使门体打开到一个安全的角度，可以防止门体夹到人，避免 了对人身安全产生的风险。
[0043] 门体在开合过程中，控制装置4根据当前时刻的闭门器控制参数(运行速 度，运行力矩，阻力检测)及门体姿态检测参数(
角加速度及偏航角)，通过 特定场景的参数匹配方式，识别出门体处于人为阻力或者人体意外阻挡的情 况，将及时停止门体的运转，避免造成人身安全，同时提升用户体验。
[0044] 在用户进出门后，控制装置4用于控制闭门装置2动作以驱动门扇关闭， 确定门扇关闭所需的转动角度值，实时获取门体姿态检测装置3的输出结果并 据此确定门扇的偏航角，通过门扇打开所需的转动角度值减去门扇的偏航角来 计算门扇的转动角度差值，并根据该转动角度差值控制闭门装置2继续动作直 到门扇的转动角度差值为零。采用反馈机制来调整门体姿态，能够使门体完全 准确地回到初始位置，避免了防盗门闭合不完全导致的安全问题。
[0045] 门体在闭合状态下，可以通过门体姿态检测，可以判定门体出现门体是否 出现异常，如门体下沉(长时间使用)或安装不当或剧烈振动(防拆功能)等， 进而对用户进行报警提示。
[0046] 本实施例的智能防盗门还可以包括身份识别装置、按钮和门锁机构，图1 中未示出。身份识别装置设置于门扇外侧，按钮设置于门扇内侧，门锁机构包 括门锁和门锁驱动机构，控制装置4还分别与身份识别装置、按钮和门锁驱动 装置通信连接。优选地，身份识别装置为掌静脉识别仪，本发明不限于此，还 可以为其他装置，例如指纹识别装置、
语音识别装置、
人脸识别装置等等。
[0047] 在用户进门前，需通过掌静脉识别仪进行身份验证，并将身份验证结果上 报给控制装置4。控制装置4接收该身份验证结果，在身份认证结果为验证通 过后控制门锁驱动机构动作以打开门锁。
[0048] 在用户出门前，需按动按钮。控制装置4在接收到按钮的触发信号时控制 门锁驱动机构动作以打开门锁。
[0049] 在用户进出门后，待门扇完全闭合后控制门锁驱动机构动作以关闭门锁。
[0050] 综上所述，本发明实施例采用反馈机制来调整门体姿态，能够使门体完全 准确地回到初始位置或者使门体打开到一个安全的角度，避免了防盗门闭合不 完全导致的安全问题和避免门体夹到人的风险。
[0051] 实施例二
[0052] 本实施例提供了一种基于上述实施例一的智能防盗门的门体姿态检测方 法，下面进行详细说明。
[0053] 图2为本发明实施例二的门体姿态检测方法的流程示意图。如图2所示， 主要包括以下步骤S1至S5。
[0054] 在步骤S1中，建立以智能防盗门的门扇在关闭状态下的长、宽和高的方 向作为x轴、y轴和z轴的参考坐标系，获取门扇在x轴和y轴方向的加速度、 在x轴和y轴方向的角速度以及在x轴、y轴和z轴方向的磁场强度。其中， 利用加速度计获取加速度，利用陀螺仪获取角速度，以及利用磁力计获取磁场 强度。
[0055] 优选地，在获取到加速度、角速度和磁场强度后，对其进行低通滤波以滤 除高
频率噪声，或者对其进行均值滤波。根据门体转动的特点，对相应加速度、 角速度和磁场强度的传感参数，进行合理过滤，降低噪声干扰。
[0056] 在步骤S2中，根据前一时刻的姿态四元数以及当前时刻的加速度和磁场 强度确定当前时刻的姿态梯度。
[0057] 需要说明的是，四元数为：由一个实数和三个复数组成的超复数，可用于 描述物体的转动。其中实数表征转动的大小，三个复数表征
转轴在三维空间的 方向。姿态四元数为：表征载体三维空间姿态的四元数。
[0058] 具体地，假定k表示当前时刻，k-1表示前一时刻，记前一时刻门扇的姿 态四元数为：Q(k-1)＝[qw qx qy qz]，qw、qx、qy、qz表示门扇空间姿态的四元 数。
[0059] 当前时刻的加速度表示为A(k)＝[ax ay 0]T，归一化后为 则当前时 刻加速度对应的特征函数和雅克比矩阵分别为：
[0060]
[0061] 当前时刻的磁场强度为M(k)＝[mx my mz]T，归一化后为 则当前时 刻磁场强度对应的特征函数和雅克比矩阵分别为：
[0062]
[0063]
[0064] 其中，hy、hz分别为磁力计在地里坐标系的
水平投影和垂直投影。
[0065] 当前时刻的姿态梯度G(k)为 ▽(k)＝[Ja Jm][fa fm]T。
[0066] 在步骤S3中，根据当前时刻的加速度对应的特征函数确定加速度计梯度 增益；以及，根据当前时刻的磁场强度对应的特征函数确定磁力计梯度增益。
[0067] 具体地，加速度计梯度增益Ka＝1+sign(||fa||-0.5)，其中，sign(x)为符 号函数。磁力计梯度增益Km＝1+10·||fm||。
[0068] 在步骤S4中，根据所述加速度计梯度增益和磁力计梯度增益对当前时刻 的姿态梯度进行修正，得到修正后的当前时刻的姿态梯度。
[0069] 修正后的当前时刻的姿态梯度表示为：ΔQG(k)＝-β·Ka·Km·G(k)。其中， β表示陀螺零偏增益，εb表示陀螺仪零偏系数。
[0070] 在得到修正后的当前时刻的姿态梯度后，根据修正后的当前时刻的姿态梯 度确定角速度误差，根据角速度误差对当前时刻的角速度进行补偿，得到补偿 后的当前时刻的角速度，并将其作为确定的当前时刻的角速度。
[0071] 当前时刻的角速度ω(k)＝[ωx ωy 0]T，补偿后的当前时刻的角速度 前一时刻陀螺仪误差为ε(k-1)，则当前时刻陀螺仪误差 为：其中，
ξ表示陀螺仪游走增益，εw表示陀螺仪随机游走系数。
[0072] 根据修正后的当前时刻的姿态梯度确定陀螺仪误差，以及对当前时刻的角 速度进行补偿，通过误差补偿使得陀螺仪测量的角速度更加准确。
[0073] 在步骤S5中，根据所述前一时刻的姿态四元数、修正后的当前时刻的姿 态梯度和确定的当前时刻的角速度确定门扇当前时刻的姿态四元数，并求解偏 航角。
[0074] 当前时刻的转动四元数 当前时 刻的姿态四元数为：Q(k)＝Q(k-1)+ΔQω(k)+ΔQG(k)。通过将当前时刻 的姿态四元数转化为欧拉角，从而求解偏航角。
[0075] 综上所述，本实施例提供的门体姿态检测方法能够对姿态梯度进行修正， 加快了姿态梯度的收敛速度，进而根据修正后的姿态梯度确定门扇当前时刻的 姿态四元数，能够加快偏航角收敛速度。能够避免常见的如卡尔曼滤波
算法、 Madgwick梯度下降算法等求解姿态角所存在的姿态角收敛时间长，无法快速 得到准确的姿态角的问题。
[0076] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明 的
权利要求和
说明书的范围当中。
