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基于陀螺仪及磁计的状态检测方法和系统

申请号 CN202211399362.3 申请日 2022-11-09 公开(公告)号 CN118049978A 公开(公告)日 2024-05-17
申请人 深圳长城开发科技股份有限公司; 发明人 齐婷婷; 莫嘉; 耿洁;
摘要 本 发明 公开了一种基于 陀螺仪 及磁 力 计的 门 状态检测方法,包括在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门 角 度;以及根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。通过监测到开门操作时的陀螺仪及磁力计 传感器 的原始值,并对陀螺仪的原始值零偏校准后的 角速度 进行积分得到开门角度,以此检测出不同的门状态(关闭或开门角度)。通过陀螺仪和磁力计搭配使用即可检测出门状态,无需机械结构上的特殊检测,安全便捷、 精度 高,利于推广普及。
权利要求

1.一种基于陀螺仪及磁计的状态检测方法,其特征在于,包括以下步骤:
在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;
对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;
利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门度;以及
根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
2.如权利要求1的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,其特征在于,利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时角度的步骤包括:
以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据;
利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;
对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
3.如权利要求2的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,其特征在于,对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度的步骤包括:
采集所述磁力计的实时数据;
判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
4.如权利要求1的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,其特征在于,根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态的步骤包括:
根据所述磁力计的实时数据与所述陀螺仪的实时数据进行实时纠偏处理;
判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。
5.一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,其特征在于,包括门主控模、陀螺仪和磁力计,所述门锁主控模块包括:
数据采集单元,用于在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;
零偏值计算单元,用于对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;
实时开门角度计算单元,用于利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门角度;以及
门状态判断单元,用于根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
6.如权利要求5的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,其特征在于,所述数据采集单元还用于以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据,所述实时开门角度计算单元包括:
预处理子单元,用于利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;
积分子单元,用于对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
7.如权利要求6的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,其特征在于,所述数据采集单元还用于采集所述磁力计的实时数据,所述积分子单元用于判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
8.如权利要求5的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,其特征在于,所述门状态判断单元包括:
纠偏处理子单元,用于根据所述磁力计的实时数据与所述陀螺仪的实时数据进行实时纠偏处理;
定子单元,用于判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。
9.一种计算机可读存储介质,其特征在于,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法的步骤。
10.一种包括如权利要求5至8中任一项的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统的智能门锁。

说明书全文

基于陀螺仪及磁计的状态检测方法和系统

技术领域

[0001] 本发明涉及安防技术领域,尤其涉及一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法和系统。

背景技术

[0002] 门是建筑物的出入口或安装在出入口能开关的装置,是建筑物中不可缺少的部分,与我们的日常生活息息相关,不同的门具有不同的特殊功能,可以具有防盗、防火、绝热、隔声等功能。随着经济的发展,社会的进步,安防设备的发展已经成为建立平安社区、和谐社区必不可少的项目之一。随着防火防盗等监测系统的发展,门状态成为了一个很重要的参数。
[0003] 目前,市面上大多门模组没有门状态检测算法。少数具有门状态检测算法的也是通过结构件与传感器的配合检测,这样的门锁对于组装及结构件的要求比较高,不利于普及。
[0004] 基于此,需要一种新的解决方案。

发明内容

[0005] 本发明的主要目的在于提供一种无线节能智能门锁及其控制方法。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,包括以下步骤:
[0007] 在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;
[0008] 对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;
[0009] 利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门度;以及
[0010] 根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
[0011] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法中,利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时角度的步骤包括:
[0012] 以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据;
[0013] 利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;
[0014] 对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0015] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法中,对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度的步骤包括:
[0016] 采集所述磁力计的实时数据;
[0017] 判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0018] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法中,根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态的步骤包括:
[0019] 根据所述磁力计的实时数据与所述陀螺仪的实时数据进行实时纠偏处理;
[0020] 判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。
[0021] 此外,为实现上述目的,本发明还提供一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,包括门锁主控模、陀螺仪和磁力计,所述门锁主控模块包括:
[0022] 数据采集单元,用于在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;
[0023] 零偏值计算单元,用于对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;
[0024] 实时开门角度计算单元,用于利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门角度;以及
[0025] 门状态判断单元,用于根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
[0026] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统中,所述数据采集单元还用于以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据,所述实时开门角度计算单元包括:
[0027] 预处理子单元,用于利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;
[0028] 积分子单元,用于对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0029] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统中,所述数据采集单元还用于采集所述磁力计的实时数据,所述积分子单元用于判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0030] 在本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统中,所述门状态判断单元包括:
[0031] 纠偏处理子单元,用于根据所述磁力计的实时数据与所述陀螺仪的实时数据进行实时纠偏处理;
[0032] 判定子单元,用于判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。
[0033] 本发明还提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现如上所述的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法的步骤。
[0034] 本发明还提供包括如上所述的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统的智能门锁。
[0035] 本发明提供的用基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法具有以下有益效果:本发明提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,通过监测到开门操作时的陀螺仪及磁力计传感器的原始值,并对陀螺仪的原始值零偏校准后的角速度进行积分得到开门角度,以此检测出不同的门状态(关闭或开门角度)。通过陀螺仪和磁力计搭配使用即可检测出门状态,无需机械结构上的特殊检测,安全便捷、精度高,利于推广普及。附图说明
[0036] 为了更清楚地说明本发明实施例现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图:
[0037] 图1所示为本发明一实施例提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法的流程图
[0038] 图2所示为本发明一实施例提供的陀螺仪零偏值校准的流程图。

具体实施方式

[0039] 为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的典型实施例。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0040] 除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。
[0041] 本发明总的思路是:针对现有的门锁模组没有门状态检测算法,少数具有门状态检测算法的也是通过结构件与传感器的配合检测,这样的门锁对于组装及结构件的要求比较高,不利于普及的问题,提供一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法,通过监测到开门操作时的陀螺仪及磁力计传感器的原始值,并对陀螺仪的原始值零偏校准后的角速度进行积分得到开门角度,以此检测出不同的门状态(关闭或开门角度)。通过陀螺仪和磁力计搭配使用即可检测出门状态,无需机械结构上的特殊检测,安全便捷、精度高,利于推广普及。
[0042] 为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明,应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明,而不是对本申请技术方案的限定,在不冲突的情况下,本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0043] 参照图1,图1所示为本发明一实施例提供的基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法的流程图,图1所示,该基于陀螺仪及磁力计的门状态检测方法包括以下步骤:
[0044] 步骤S1、在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;
[0045] 具体地,在本发明一实施例中,在门锁控制板上设置陀螺仪及磁力计传感器,对于其安装位置及布板的要求为:磁力计的周围区域尽量减少软磁及硬磁材料的覆盖,陀螺仪的其中一个轴尽量平行于门转轴。通过磁力计数据可以反应门周围磁场的变化,因此,利用磁力计数据变化可以反映门是否发生转动。陀螺仪的X轴平行于门转轴,门转动会对陀螺仪X轴上产生数据,即角速度发生变化。因此,在控制板监测到有开门动作时,记录下初始的陀螺仪数据和磁力计数据,作为闭门状态的数据用于后续门状态的匹配检测。
[0046] 步骤S2、对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;
[0047] 具体地,在本发明一实施例中,陀螺仪在静止状态下会有零偏值,因此需要首先进行校准,校准过程如图2所示。首先,采集磁力计数据,判断磁力计数据是否发生变化;如果磁力计数据没有发生变化,则判断陀螺仪数据是否发生变化;如果陀螺仪数据也没有发生变化,则采集陀螺仪数据;采集预定组数(例如,1000组)的陀螺仪数据后,计算陀螺仪的零偏值;对零偏值校验通过后即可。
[0048] 步骤S3、利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门角度;
[0049] 具体地,在本发明一实施例中,在监测过程中,持续采集磁力计数据,在监测到磁力计数据发生变化后,说明门状态发生了变化,开始对陀螺仪的实时数据进行积分,实时计算出开门角度,计算过程如下:以预设周期(例如,1ms)采集数据,并与校准的数据(步骤S2中校准的陀螺仪的零偏)进行校准相关运算,得到X轴角速度的真实值,实时对X轴角速度校准后的值进行积分,可以得到门开的角度。因此,步骤S3包括:
[0050] 步骤S31、以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据;
[0051] 步骤S32、利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;
[0052] 步骤S33、对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0053] 进一步地,在发明一实施例中,当磁力计及陀螺仪数据都停止时,此时为门的停止状态,为了防止长时间陀螺仪积分的累积误差,此时停止陀螺仪数据积分,待磁力计数值发生变化及陀螺仪数据发生明显变化(例如,角速度大于1°/s),再次启动积分。因此,步骤S33包括:
[0054] 步骤S331、采集所述磁力计的实时数据;
[0055] 步骤S332、判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度,计算公式为:A(t)=gyro_x(1*m)*m+gyro_x(2*m)*m+……gyro_x(n*m)*m,公式中所涉及的参数为:gyro_x(1*m)为开始积分时的X轴角速度的值;gyro_x(n*0.001)为第n*m时刻,即t时刻X轴角速度的值,单位为°/S;m为采样间隔(例如,0.001s),单位为S;A(t)为t时刻的角度值,单位为°。
[0056] 步骤S4、根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
[0057] 具体地,在本发明一实施例中,磁力计和陀螺仪可能会由于外界干扰而发生数值变化,因此,需要对磁力计和陀螺仪的实时数据进行纠偏处理,根据实时磁力计的值与实时陀螺仪变化进行融合:如果磁力计的值突变,此时可以根据陀螺仪的值是否也突变,排除外在的磁场干扰;如果陀螺仪数据发生变化,磁力计数据没有变化,此时可以排除如温度因素对于陀螺仪值的影响。通过此过程实时进行实时防干扰处理,为准确得出门的状态提供可靠传感器数据
[0058] 具体地,在本发明一实施例中,在保证了数据的可靠性之后,判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围(例如,5%)内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围(例如,±3°)内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。当磁力计的值与初始值相同误差在5%范围内,陀螺仪积分为0附近±3°时,此时说明门已经闭合状态,此时驱动闭门操作。
[0059] 相应地,本发明还提供一种基于陀螺仪及磁力计的门状态检测系统,包括门锁主控模块、陀螺仪和磁力计,所述门锁主控模块包括:数据采集单元,用于在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;零偏值计算单元,用于对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;实时开门角度计算单元,用于利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门角度;以及门状态判断单元,用于根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
[0060] 具体地,在本发明一实施例中,所述数据采集单元还用于以预设采样间隔采集所述陀螺仪的实时数据,所述实时开门角度计算单元包括:预处理子单元,用于利用所述陀螺仪的零偏值对所述陀螺仪的实时数据进行校准;积分子单元,用于对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0061] 具体地,在本发明一实施例中,所述数据采集单元还用于采集所述磁力计的实时数据,所述积分子单元用于判断所述磁力计的实时数据是否停止变化且所述陀螺仪的实时数据是否小于预设值,如果不是,则对校准后的所述陀螺仪的实时数据进行积分,得到所述实时角度。
[0062] 具体地,在本发明一实施例中,所述门状态判断单元包括:纠偏处理子单元,用于根据所述磁力计的实时数据与所述陀螺仪的实时数据进行实时纠偏处理;判定子单元,用于判断所述磁力计的实时数据与所述磁力计的初始数据的差值是否在第一预设范围内以及所述实时开门角度与0度的差值是否在第二预设范围内,如果是,则判定门状态为闭门状态,如果不是,则判定门状态为开门状态且开门角度为所述实时开门角度。
[0063] 本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时可实现如下步骤;
[0064] 在监测到开门操作时,采集陀螺仪的初始数据和磁力计的初始数据;对所述陀螺仪的初始数据进行校准,记录所述陀螺仪的零偏值;利用校准后的所述陀螺仪的实时数据计算实时开门角度;以及根据所述实时开门角度和所述磁力计的实时数据判断门状态。
[0065] 该计算机可读存储介质可以包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read‑Only Memory,ROM)>随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0066] 在此处所提供的说明书中,说明了大量具体细节。然而,能够理解,本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中,并未详细示出公知的方法、结构和技术,以便不模糊对本说明书的理解。
[0067] 类似地,应当理解,为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个,在上面对本发明的示例性实施例的描述中,本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而,并不应将该公开的方法解释成反映如下意图:即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说,如下面的权利要求书所反映的那样,发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此,遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式,其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
[0068] 本领域那些技术人员可以理解,可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件,以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外,可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述,本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0069] 此外,本领域的技术人员能够理解,尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征,但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如,在下面的权利要求书中,所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0070] 本发明的各个部件实施例可以以硬件实现,或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现,或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解,可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如,计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上,或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到,或者在载体信号上提供,或者以任何其他形式提供。
[0071] 应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制,并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
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