CN106157418B - 自动家居门 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自动家居门，其包括门禁卡和门扇机构。所述门扇结构包括门锁、门锁驱动电机、射频定位模块和语音控制模块；所述门禁卡上设置有彼此间隔一定距离的两个射频天线k1和k2、射频信号收发电路、射频信号‑直流电压转换电路、微控制器及电源。其中，所述射频定位模块包括两个彼此间隔一定距离设置的射频天线m1和m2、以及射频信号收发电路；所述语音控制模块包括麦克风、声音识别单元、开关单元、模数转换单元及语音控制单元。

Description

自动家居门

技术领域

本申请涉及一种自动家居门，更具体地涉及一种具有更低功耗及安全性的家居门系统。

背景技术

随着自动控制技术的发展，具有自动解锁功能的家居用门具有越来越广泛的应用。通常，家居门的自动解锁功能是借助能够发出与设置于门扇结构中的门锁控制装置匹配的射频信号的门禁卡来实现的。然而，这种自动解锁机制下，门禁卡的射频信息容易被复制，安全性不够，且门禁卡由于需要持续或定时发出射频信号而具有较大的功耗，导致其使用寿命不足。

发明内容

基于上述缺陷，本发明提供了一种自动家居门，其包括门禁卡和门扇机构。所述门扇结构包括门锁、门锁驱动电机、射频定位模块和语音控制模块；所述门禁卡上设置有彼此间隔一定距离的两个射频天线k1和k2、射频信号收发电路、射频信号-直流电压转换电路、微控制器及电源。其中，所述射频定位模块包括两个彼此间隔一定距离设置的射频天线m1和m2、以及射频信号收发电路；所述语音控制模块包括麦克风、声音识别单元、开关单元、模数转换单元及语音控制单元。

所述门扇结构的射频定位模块通过所述两个射频天线m1、m2发射射频信号，所述射频天线m1、m2发射的射频信号的强度被选择成在仅可第一预定范围内被检测到。所述门禁卡上的微处理器被设置成，当所述门禁卡位于所述第一预定范围之外，射频天线k1和k2未接收到来自所述射频天线m1和m2的射频信号时，处于休眠状态，所述射频天线k1和k2不发射射频信号；当所述门禁卡进入所述第一预定范围内，所述射频天线k1和k2接收到来自所述射频天线m1和m2的射频信号时，所述门禁卡的射频信号收发电路将接收到的射频信号传递给所述射频信号-直流电压转换电路。所述射频信号-直流电压转换电路将所述接收到的射频信号转换为适于激活所述微控制器使其进入工作状态的直流电压信号。所述微控制器在进入工作状态后，控制所述两个射频天线k1和k2发射射频信号，所述两个射频天线k1和k2所发出的射频信号由所述两个射频天线m1、m2接收，从而形成四路射频信号传输路径；所述射频定位模块基于所述四路射频信号传输路径上的射频信号强度变化确定所述门禁卡与所述门扇结构的相对方位关系。当所述射频定位模块确定所述门禁卡相对于所述门扇结构处于第二预定方位时，所述语音控制模块的麦克风采集声音指令，并将所述声音指令传送给所述声音识别单元；所述声音识别单元将所述声音指令直接与预设音频信号进行比较，如果比较结果相符，则激活所述语音控制单元，同时通过所述切换开关单元将所述声音指令传送给所述模数转换单元以将所述声音指令变换成数字语音信号；所述语音控制单元从所述数字语音信号中提取特定的语音特征信号，并将其与预设的语音特征信号进行比对，如果比对结果相符，则继续执行完整的语音识别功能以识别相应的语音指令，否则重新进入非工作状态。当所述语音控制单元识别出与解锁相关的预设指令时，则发送控制信号以驱动所述门锁驱动电机工作。

进一步地，当所述门禁卡在预定时间内未接收到来自所述天线m1和m2发出的射频信号时，所述门禁卡的微控制器进入非工作状态，以减少功率的消耗。

更具体地，所述射频信号-直流电压转换电路可以包括阻抗匹配电路及三级整流升压电路。其中，所述阻抗匹配电路由电感L1串联由电容C1与电感L2并联的并联电路而构成，所述电感L1、L2及电容C1的大小选择成使得所述阻抗匹配电路的等效阻抗与所述天线k1、k2的输出阻抗匹配；所述阻抗匹配电路的输出端连接由电容C2、C5与二极管D1、D2构成的第一级整流升压电路，其中，所述第一级整流升压电路的输入端经所述电容C2连接所述二极管D1的负极和所述二极管D2的正极，所述第一级整流升压电路的输出端连接所述二极管D2的负极且经所述电容C5连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的正极接地；电容C3、C6与二极管D3、D4构成第二级整流升压电路，其中，所述第二级整流升压电路的输入端经所述电容C3连接所述二极管D3的负极和所述二极管D4的正极，所述第二级整流升压电路的输出端连接所述二极管D4的负极且经所述电容C6及电阻R1连接所述二极管D3的正极，所述二极管D3的正极经所述电阻R1接地，所述第一级整流升压电路的输出端连接所述二极管D3的正极，所述阻抗匹配电路的输出端连接所述第二级整流升压电路的输入端；电容C4、C7与二极管D5、D6构成第三级整流升压电路，所述第三级整流升压电路的输入端经所述电容C4连接所述二极管D5的负极和所述二极管D6的正极，所述第三级整流升压电路的输出端连接所述二极管D6的负极且经所述电容C7接地，所述二极管D5的正极经所述电容C6接地；所述第二级整流升压电路的输出端连接所述二极管D5的正极，所述阻抗匹配电路的输出端连接所述第三级整流升压电路的输入端。

进一步地，所述门扇结构中还可以包括功率放大电路，用于对所述语音控制模块响应于所述声音指令发出的所述控制信号进行放大，以使其足以驱动所述门锁驱动电机。

进一步地，所述语音控制模块响应于所述声音指令发出的所述控制信号可以为两路方波驱动信号。

更具体地，所述功率放大电路可以包括IR驱动芯片及四个MOS晶体管Q1、Q2、Q3、Q4，其中所述语音控制模块输出的两路方波控制信号被输入所述IR驱动芯片的Hin和Lin端口，所述IR驱动芯片的SD端口经电容C21、电阻R21及二极管D21的并联电路连接地，同时Vcc端口经二极管D22连接VB端口；所述IR驱动芯片的Ho端口经电阻R22连接所述晶体管Q1、Q4的G极，Lo端口经电阻R23连接所述晶体管Q2、Q3的G极；所述晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的S极分别连接二极管D23、D24、D25及D26的正极，所述晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的D极分别连接所述二极管D23、D24、D25及D26的负极；所述晶体管Q1、Q4的D极连接直流电压Vcc，所述晶体管Q2、Q4的S极连接地；所述晶体管Q1的S极连接所述晶体管Q2的D极，所述晶体管Q3的D极连接所述晶体管Q4的S极；所述晶体管Q1的S极和所述晶体管Q3的D极分别连接所述功率放大电路的两个输出端。

更具体地，所述IR驱动芯片用于实现所述语音控制模块发出的所述控制信号与所述晶体管之间的电压适配。

附图说明

现在，将参考附图以示例的方式详细描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的自动家居门的示意图；

图2示出了根据本发明的射频信号-直流电压转换电路的原理图；

图3示出了根据本发明的用于门锁驱动电机的控制信号的功率放大电路的原理图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的自动家居门系统包括由授权人员携带的门禁卡以及包括门锁、门锁驱动电机、射频定位模块和语音控制模块的门扇机构。

该门禁卡上可以设置有彼此间隔一定距离的两个射频天线k1、k2，射频信号收发电路，微控制器及电源。该门扇结构中的射频定位模块可以同样包括两个彼此间隔一定距离设置的射频天线m1、m2及射频信号收发电路。

在远离门扇结构的情况下，例如在办公场所，门禁卡上的微处理器处于休眠状态，射频天线k1、k2不发射射频信号，相应地，门禁卡处于极低功耗状态。

门扇结构中的射频定位模块可以通过两个射频天线m1、m2发射射频信号，所述射频信号的强度被选择成在预定范围内可以被检测到。

当携带门禁卡的授权人员进入门扇结构所发射的射频信号覆盖范围时，门禁卡上的射频天线k1、k2将接收到来自门扇结构的两个射频天线m1和m2发出的射频信号。门禁卡中的射频信号收发电路将该射频信号传递给射频信号-直流电压转换电路，该转换电路将射频信号转换为直流电压信号。该直流电压信号被传递给门禁卡的微控制器以将其激活，使得门禁卡进入工作状态。当门禁卡在预定时间内未接收到来自门扇结构的射频信号时，门禁卡的微控制器将重新进入非工作状态，减少门禁卡对功率的消耗，从而延长门禁卡的电源的使用时间。

图2示出了根据本发明的门禁卡的射频信号-直流电压转换电路。如图2所示，天线的信号输出端连接由电感L1与电容C1和电感L2并联构成的阻抗匹配电路，其中电感L1、L2及电容C1的大小选择成其并联形成的电路的等效阻抗与天线的阻抗相匹配，从而使得天线输出信号的反射最小，同时还能起到滤波的作用。

阻抗匹配电路的输出端连接由电容C2、C5与二极管D1、D2构成的第一级整流升压电路，在该第一级整流升压电路中，输入端经电容C2连接二极管D1的负极和二极管D2的正极，输出端连接二极管D2的负极且经电容C5连接二极管D1的正极，二极管D1的正极接地。

电容C3、C6与二极管D3、D4构成第二级整流升压电路，在该第二级整流升压电路中，输入端经电容C3连接二极管D3的负极和二极管D4的正极，输出端连接二极管D4的负极且经电容C6及电阻R1连接二极管D3的正极，二极管D3的正极经电阻R1接地。第一级整流升压电路的输出端连接二极管D3的正极，阻抗匹配电路的输出端连接第二级整流升压电路的输入端。

电容C4、C7与二极管D5、D6构成第三级整流升压电路，在该第三级整流升压电路中，输入端经电容C4连接二极管D5的负极和二极管D6的正极，输出端连接二极管D6的负极且经电容C7接地，二极管D5的正极经电容C6接地。第二级整流升压电路的输出端连接二极管D5的正极，阻抗匹配电路的输出端连接第三级整流升压电路的输入端。

第三极整流升压电路的输出端将连接单片机以提供直流电压信号。

借助该射频信号-直流电压转换电路，可以在门禁卡进入关于门扇机构的预定范围内即开始进入工作状态，以便进行后续操作。

当门禁卡(微控制器)进入工作状态时，微控制器控制两个射频天线k1、k2向外发出射频信号，射频天线k1、k2所发出的射频信号由设置于门扇结构上的射频天线m1、m2所接收，形成k1-m1、k1-m2、k2-m1及k2-m2四路射频信号传输路径。基于射频信号强度随着传输距离增加而下降的原理，通过检测四路信号传输路径上的信号强度变化能够确定各传输路径的长度，即四个天线k1、k2、m1和m2之间的相对距离，由于天线k1和k2按照预定布置设置在门禁卡上，天线m1和m2按照另一预定布置设置在门扇结构上，因此基于这四个天线彼此之间的相对距离关系，可以较为精确地确定其上设置有天线k1、k2的门禁卡与其上设置有天线m1、m2的相对方位关系。借助本发明的这种多天线设置，可以直接在两个设备之间实现两者相对方位的精确定位。

当借助射频定位模块确定门禁卡(携带门禁卡的授权人员)处于预定方位范围内时，由语音控制模块接收诸如“开门”或其他预设的声音指令。

语音控制模块包括麦克风、声音识别单元、开关单元、模数转换单元及语音控制单元。声音识别单元采用低功耗器件，其借助声音模拟信号的比对实现简单的声音识别功能。麦克风将采集到的声音信号传送给声音识别单元，声音识别单元将该声音信号直接与预设的音频信号进行比较，如果比较结果相符，则激活语音控制单元，同时通过切换开关单元将该声音信号传送给模数转换单元以将该声音信号变换成数字语音信号。该数字语音信号被传送给语音控制单元，语音控制单元从该数字语音信号中提取特定的语音特征信号，并将其与预设的语音特征信号进行比对，如果比对结果相符，则继续执行完整的语音识别功能以识别相应的语音指令，否则重新进入非工作状态，以减少功耗。在本发明中，语音控制单元可以为单片机的形式。当语音控制单元识别出与解锁相关的预设指令时，则发送控制信号以驱动门锁驱动电机工作。

由于单片机输出的控制信号不能直接驱动电机，因此在本发明中还设置如图3所示的功率放大电路对该控制信号进行放大，以使其足以用于驱动门锁驱动电机。

如图3所示，该功率放大电路主要包括IR驱动芯片及四个MOS晶体管Q1至Q4。具体而言，在该功率放大电路中，单片机输出的两路方波控制信号被输入IR驱动芯片的Hin和Lin端口，IR驱动芯片的SD端口经电容C21、电阻R21及二极管D21的并联电路连接地，同时Vcc端口经二极管D22连接VB端口。IR驱动芯片的Ho端口经电阻R22连接晶体管Q1、Q4的G极，Lo端口经电阻R23连接晶体管Q2、Q3的G极。晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的S极分别连接二极管D23、D24、D25及D26的正极，D极分别连接二极管D23、D24、D25及D26的负极。晶体管Q1、Q4的D极连接直流电压Vcc，Q2、Q4的S极连接地。晶体管Q1的S极连接Q2的D极，晶体管Q3的D极连接Q4的S极。晶体管Q1的S极和晶体管Q3的D极分别连接功率放大电路的两个输出端。其中，IR驱动芯片不仅可以用于实现输入控制信号与晶体管之间的电压适配关系，而且还可以防止晶体管出现同时导通而导致电路短路。

借助该功率放大电路，在语音控制模块识别出有关解锁的声音指令时，可以由其中的单片机输出控制信号来驱动门锁驱动电机工作，实现门锁的自动开启。

基于上述描述可知，本发明所公开的自动家居门能够智能且安全地实现授权人员的自动识别及门扇的自动开启功能。此外，借助本发明针对门禁卡及门扇相应控制模块及电路结构的优化设计，本发明中的门禁卡能在较低的功耗下工作，从而大大提高其使用寿命，同时门扇结构的功耗也得到改善，使得整个家居门系统具有很好的绿色环保特色。

可选地，本发明的自动家居门还可以用于厨房的自动门。其中，为了防止在启动开门动作之后，门在人进入厨房过程中关闭而对人造成夹闭伤害，还可以设置光线传感器及压力传感器，其中所述压力传感器可以例如设置在门前地垫下方。在本发明中，该用于厨房的自动家居门可以被设置成当该光线传感器及压力传感器检测到人未离开门扇行进路径时，保持门扇处于开启状态。进一步地，该用于厨房的自动家居门还可以通过WiFi信号与诸如抽油烟机等厨房设备建立通信，以便当诸如抽油烟机等厨房设备被开启时，该自动家居门处于自动关闭状态。

在前面的说明中，已经参照本发明的具体示例性实施例对本发明的原理进行了描述。但是，对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离所附权利要求限定的本发明的精神及范围的情况下，可以对本发明进行各种修改或改变。因此，应当将说明书及其附图视为示例性而非限制性的。

Claims (9)

1.一种自动家居门，其包括门禁卡和门扇结构，其特征在于，所述门扇结构包括门锁、门锁驱动电机、射频定位模块和语音控制模块；所述门禁卡上设置有彼此间隔一定距离的两个射频天线k1和k2、射频信号收发电路、射频信号-直流电压转换电路、微控制器及电源；

所述门扇结构的射频定位模块包括两个彼此间隔一定距离设置的射频天线m1和m2、以及射频信号收发电路；

所述语音控制模块包括麦克风、声音识别单元、开关单元、模数转换单元及语音控制单元；

所述门扇结构的射频定位模块通过所述两个射频天线m1、m2发射射频信号，所述射频天线m1、m2发射的射频信号的强度被选择成在仅可第一预定范围内被检测到；

所述门禁卡上的微处理器被设置成，当所述门禁卡位于所述第一预定范围之外，射频天线k1和k2未接收到来自所述射频天线m1和m2的射频信号时，处于休眠状态，所述射频天线k1和k2不发射射频信号；当所述门禁卡进入所述第一预定范围内，所述射频天线k1和k2接收到来自所述射频天线m1和m2的射频信号时，所述门禁卡的射频信号收发电路将接收到的射频信号传递给所述射频信号-直流电压转换电路；

所述射频信号-直流电压转换电路将所述接收到的射频信号转换为适于激活所述微控制器使其进入工作状态的直流电压信号；

所述微控制器在进入工作状态后，控制所述两个射频天线k1和k2发射射频信号，所述两个射频天线k1和k2所发出的射频信号由所述两个射频天线m1、m2接收，从而形成四路射频信号传输路径；所述射频定位模块基于所述四路射频信号传输路径上的射频信号强度变化确定所述门禁卡与所述门扇结构的相对方位关系；

当所述射频定位模块确定所述门禁卡相对于所述门扇结构处于第二预定方位时，所述语音控制模块的麦克风采集声音指令，并将所述声音指令传送给所述声音识别单元；所述声音识别单元将所述声音指令直接与预设音频信号进行比较，如果比较结果相符，则激活所述语音控制单元，同时通过切换开关单元将所述声音指令传送给所述模数转换单元以将所述声音指令变换成数字语音信号；所述语音控制单元从所述数字语音信号中提取特定的语音特征信号，并将其与预设的语音特征信号进行比对，如果比对结果相符，则继续执行完整的语音识别功能以识别相应的语音指令，否则重新进入非工作状态；

当所述语音控制单元识别出与解锁相关的预设指令时，则发送控制信号以驱动所述门锁驱动电机工作。

2.如权利要求1所述的自动家居门，其中，当所述门禁卡在预定时间内未接收到来自所述天线m1和m2发出的射频信号时，所述门禁卡的微控制器进入非工作状态。

3.如权利要求2所述的自动家居门，其特征在于，所述射频信号-直流电压转换电路包括阻抗匹配电路及三级整流升压电路，其中，所述阻抗匹配电路由电感L1串联由电容C1与电感L2并联的并联电路而构成，所述电感L1、L2及电容C1的大小选择成使得所述阻抗匹配电路的等效阻抗与所述天线k1、k2的输出阻抗匹配；

所述阻抗匹配电路的输出端连接由电容C2、C5与二极管D1、D2构成的第一级整流升压电路，其中，所述第一级整流升压电路的输入端经所述电容C2连接所述二极管D1的负极和所述二极管D2的正极，所述第一级整流升压电路的输出端连接所述二极管D2的负极且经所述电容C5连接所述二极管D1的正极，所述二极管D1的正极接地；

电容C3、C6与二极管D3、D4构成第二级整流升压电路，其中，所述第二级整流升压电路的输入端经所述电容C3连接所述二极管D3的负极和所述二极管D4的正极，所述第二级整流升压电路的输出端连接所述二极管D4的负极且经所述电容C6及电阻R1连接所述二极管D3的正极，所述二极管D3的正极经所述电阻R1接地，所述第一级整流升压电路的输出端连接所述二极管D3的正极，所述阻抗匹配电路的输出端连接所述第二级整流升压电路的输入端；

电容C4、C7与二极管D5、D6构成第三级整流升压电路，所述第三级整流升压电路的输入端经所述电容C4连接所述二极管D5的负极和所述二极管D6的正极，所述第三级整流升压电路的输出端连接所述二极管D6的负极且经所述电容C7接地，所述二极管D5的正极经所述电容C6接地；所述第二级整流升压电路的输出端连接所述二极管D5的正极，所述阻抗匹配电路的输出端连接所述第三级整流升压电路的输入端。

4.如权利要求3所述的自动家居门，其特征在于，所述门扇结构中还包括功率放大电路，用于对所述语音控制模块响应于所述声音指令发出的所述控制信号进行放大，以使其足以驱动所述门锁驱动电机。

5.如权利要求4所述的自动家居门，其特征在于，所述语音控制模块响应于所述声音指令发出的所述控制信号为两路方波驱动信号。

6.如权利要求5所述的自动家居门，其特征在于，所述功率放大电路包括IR驱动芯片及四个MOS晶体管Q1、Q2、Q3、Q4，其中所述语音控制模块输出的两路方波控制信号被输入所述IR驱动芯片的Hin和Lin端口，所述IR驱动芯片的SD端口经电容C21、电阻R21及二极管D21的并联电路连接地，同时Vcc端口经二极管D22连接VB端口；所述IR驱动芯片的Ho端口经电阻R22连接所述晶体管Q1、Q4的G极，Lo端口经电阻R23连接所述晶体管Q2、Q3的G极；所述晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的S极分别连接二极管D23、D24、D25及D26的正极，所述晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的D极分别连接所述二极管D23、D24、D25及D26的负极；所述晶体管Q1、Q4的D极连接直流电压Vcc，所述晶体管Q2、Q4的S极连接地；所述晶体管Q1的S极连接所述晶体管Q2的D极，所述晶体管Q3的D极连接所述晶体管Q4的S极；所述晶体管Q1的S极和所述晶体管Q3的D极分别连接所述功率放大电路的两个输出端。

7.如权利要求6所述的自动家居门，其中，所述IR驱动芯片用于实现所述语音控制模块发出的所述控制信号与所述晶体管之间的电压适配。

8.如权利要求7所述的自动家居门，其用作厨房的自动门，其中

所述自动家居门还包括光线传感器和压力传感器，且被设置成当所述光线传感器和压力传感器检测到人未离开门扇的行进路径时，保持所述门扇处于开启状态；

所述自动家居门被进一步设置成通过WiFi信号与抽油烟机建立通信，以便当所述抽油烟机被开启时，所述自动家居门处于自动关闭状态。

9.如权利要求8所述的自动家居门，其中所述压力传感器设置在厨房门前的地垫下方。