CN111107492A - 基于uwb的多设备交互方法、介质、终端和系统 - Google Patents

基于uwb的多设备交互方法、介质、终端和系统 Download PDF

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CN111107492A CN201911329864.7A CN201911329864A CN111107492A CN 111107492 A CN111107492 A CN 111107492A CN 201911329864 A CN201911329864 A CN 201911329864A CN 111107492 A CN111107492 A CN 111107492A
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equipment
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袁志炜
王洪亮
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Abstract

本发明公开了一种基于UWB的多设备交互方法、介质、终端和系统，依赖UWB技术使安装UWB模块的任何设备，比如机器人，在城市通行时都能准确定位该设备的位置，当设备需要通过一些智能门禁，比如电梯、开关门等时，安装有UWB模块的智能门禁也能通过对用户身份信息校验判断该设备是否有权限进入限制区域，若有权限进入则自动开门。利用本发明的技术方案，可以很好地解决城市中智能设备、行人等定位通行问题，而且不容易受到GPS等干扰，显著提高了定位精度和通行效率。

Description

基于UWB的多设备交互方法、介质、终端和系统
【技术领域】
本发明涉及智能设备领域，尤其涉及一种基于UWB的多设备交互方法、介质、终端和系统。
【背景技术】
随着人工智能发展越加迅速，人工智能机器人小车(下简称机器人)逐渐出现城市的各个位置，比如各种楼宇、广场等等，承担着导览、展示、送物等任务，如图1所示。当机器人在城市中移动时，机器人与智能设备之间安全的点对点通讯较为困难，同时当机器人到达楼宇内或者楼宇群中，来自GPS的干扰就会相当明显，因此机器人很难依靠单一的GPS传感器得到高精度的定位。
【发明内容】
本发明提供了一种基于UWB的多设备交互方法、介质、终端和系统，解决了以上所述的技术问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于UWB的多设备交互方法，应用于智能设备端，包括以下步骤：
S1，基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
S2，根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
S3，采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
S4，根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
S5，智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播。
在一个优选实施方式中，基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据具体包括以下步骤：
S001，将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
S002，上电后，对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
S003，接收物联网门禁设备按照步骤S001和步骤S002生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
S004，查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
S005，在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
在一个优选实施方式中，根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离具体包括以下步骤：
S201，获取时隙对齐后本智能设备对应的时隙TA和物联网门禁设备对应的时隙TB；
S202，在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TA分别发送第一数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000031
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TB分别接收物联网门禁设备发送的第二数据，并记录物联网门禁设备在对应帧发送第二数据的发送时间戳
Figure BDA00023292944500000314
和第二数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA0002329294450000033
其中
Figure BDA0002329294450000034
表示本智能设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000035
表示本智能设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000036
表示物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
S203，读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000037
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000038
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离。
在一个优选实施方式中，读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000039
和发送时间戳
Figure BDA00023292944500000310
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离具体包括以下步骤：
S2031，根据所述接收时间戳
Figure BDA00023292944500000311
和所述发送时间戳
Figure BDA00023292944500000312
计算本智能设备的roundAj和replyAj，j的取值为1、2……N-1，其中，
Figure BDA00023292944500000313
S2032，根据roundAj和replyAj计算本智能设备的tprop_ctnA，其中，
Figure BDA0002329294450000041
S2033，根据tprop_ctnA计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离，其中，
Figure BDA0002329294450000042
C为光速，frep为计数频率。
一种基于UWB的多设备交互方法，应用于物联网门禁设备，包括以下步骤：
S6，通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息和所述控制指令；
S7，对所述身份信息进行验证，验证通过后执行步骤S8；
S8，基于所述UWB通讯方法接收智能设备广播的时间戳数据，根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，根据所述控制指令完成对应控制动作。
在一个优选实施方式中，根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离具体包括以下步骤：
S801，获取时隙对齐后智能设备对应的时隙TA和本物联网门禁设备对应的时隙TB；
S802，在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TB分别发送第二数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000043
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TA分别接收智能设备发送的第一数据，并记录智能设备在对应帧发送第一数据的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000044
和第一数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA0002329294450000051
其中
Figure BDA0002329294450000052
表示本物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000053
表示本物联网门禁设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000054
表示智能设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
S803，读取本物联网门禁设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000055
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000056
并在一个时间片中计算本物联网门禁设备与智能设备之间的第二距离。
本发明实施例的第二方面提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现以上所述的基于UWB的多设备交互方法。
本发明实施例的第三方面提供了一种基于UWB的多设备交互终端，包括所述的计算机可读存储介质和处理器，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序时实现以上所述基于UWB的多设备交互方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种基于UWB的多设备交互系统，包括智能设备和至少一个物联网门禁设备，所述智能设备包括第一UWB模块、第一距离计算模块、定位校准模块、导航模块和指令发送模块，
所述第一UWB模块用于基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
所述第一距离计算模块用于根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
所述定位校准模块用于采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
所述导航模块用于根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
所述指令发送模块用于当智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播。
在一个优选实施方式中，所述至少一个物联网门禁设备中每个物联网门禁设备包括第二UWB模块、身份认证模块、第二距离计算模块和控制模块，
所述第二UWB模块用于通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息、所述控制指令以及智能设备广播的时间戳数据；
所述身份认证模块用于对所述身份信息进行验证，验证通过后驱动所述第二距离计算模块；
所述第二距离计算模块用于根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，驱动所述控制模块完成所述控制指令对应的控制动作。
在一个优选实施方式中，所述第一UWB模块具体包括：
时隙划分单元，用于将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
异或计算单元，用于在上电后对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
ID链表建立单元，用于接收物联网门禁设备生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
时隙分配单元，用于查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
UWB广播单元，用于在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
本发明提出一种基于UWB的多设备交互方法、介质、终端和系统，依赖UWB技术使安装UWB模块的任何设备，比如机器人在城市通行时都能准确定位该设备的位置，当设备需要通过一些智能门禁，比如电梯、开关门等时，安装有UWB模块的智能门禁也能通过对用户身份信息校验判断该设备是否有权限进入限制区域，若有权限进入则自动开门。利用本发明的技术方案，可以很好地解决城市中智能设备、行人等定位通行问题，而且不容易受到GPS干扰，显著提高了定位精度和通行效率。
为使发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是机器人在城市中移动时与物联网门禁设备的互联示意图；
图2是实施例1提供的基于UWB的多设备交互方法的流程示意图；
图3是实施例2提供的基于UWB的多设备交互系统的结构示意图；
图4是实施例3提供的基于UWB的多设备交互终端的结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明。
图2是实施例1提供的基于UWB的多设备交互方法的流程示意图，如图2所示，包括以下步骤：
S1，智能设备基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
S2，智能设备根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
S3，智能设备采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
S4，根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
S5，智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播；
S6，物联网门禁设备通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息和所述控制指令；
S7，物联网门禁设备对所述身份信息进行验证，验证通过后执行步骤S8；
S8，物联网门禁设备基于所述UWB通讯方法接收智能设备广播的时间戳数据，根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，根据所述控制指令完成对应控制动作。
上述实施例的方法依赖UWB技术使安装UWB模块的任何设备，比如机器人在城市通行时都能准确定位该设备的位置，当设备需要通过一些智能门禁，比如电梯、开关门等时，安装有UWB模块的智能门禁也能通过对用户身份信息校验判断该设备是否有权限进入限制区域，若有权限进入则自动开门。利用本实施例的技术方案，可以很好地解决城市中智能设备、行人等定位通行问题，而且不容易受到GPS干扰，显著提高了定位精度和通行效率。
以下对上述实施例的过程进行详细说明。
UWB(Ultra-Wideband)是一种无限载波通讯技术，通过TOF(Time of Flight)可以测量出UWB基站和UWB标签之间的距离，并保持一定数据量的通讯。一般来说存在SS-TWR(单向双向通讯)和DS-TWR(双向双向通讯)两种通讯方法，在SS-TWR中飞行时间估计具有相当大的误差，几乎无法在实际工作环境中运用；而在DS-TWR中需要多次通讯，不仅存在通讯延迟，而且还需要区分标签和基站，因为标准通讯中只有基站才能感知到距离，因此N个设备必须在N+1个时间片后才能测得与所有设备之间的距离，影响了通讯速度和通讯效率。本发明的实施例采用无身份的通讯机制，在时隙对齐的情况下，所有设备分别在各自时隙广播自己的发送时间戳，并利用各自设备中的可读写存储器记录下广播中所有通讯设备的发送时间戳，即可以在一个时间片中同时计算出参与通讯的各通讯设备与自己距离，大大减少了计算距离所需的时间片浪费，从而提高通讯效率。具体来说，基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据具体包括以下步骤：
S001，将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
S002，上电后，对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
S003，接收物联网门禁设备按照步骤S001和步骤S002生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
S004，查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
S005，在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
然后根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离，具体包括以下步骤：
S201，获取时隙对齐后本智能设备对应的时隙TA和物联网门禁设备对应的时隙TB；
S202，在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TA分别发送第一数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000111
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TB分别接收物联网门禁设备发送的第二数据，并记录物联网门禁设备在对应帧发送第二数据的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000112
和第二数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA0002329294450000113
其中
Figure BDA0002329294450000114
表示本智能设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000115
表示本智能设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000116
表示物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
S203，读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000117
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000118
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离。
优选实施例中，在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离，具体包括以下步骤：
S2031，根据所述接收时间戳
Figure BDA0002329294450000119
和所述发送时间戳
Figure BDA00023292944500001110
计算本智能设备的roundAj和replyAj，j的取值为1、2……N-1，其中，
Figure BDA0002329294450000121
S2032，根据roundAj和replyAj计算本智能设备的tprop_ctnA，其中，
Figure BDA0002329294450000122
S2033，根据tprop_ctnA计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离，其中，
Figure BDA0002329294450000123
C为光速，frep为计数频率。
当本智能设备中记录有多于N帧的时间戳数据时，读取最近N帧的时间戳数据计算对应的第一距离。
当采用无身份的UWB方法计算出第一距离后，即可将智能设备的基础定位信息和第一距离进行校准，从而对第一距离进行优化，然后将智能设备，比如机器人导航至物联网门禁设备处。上述优化方法和导航方法为本技术领域的现有技术，在此不再进行详细说明。
智能设备在移动过程中，物联网门禁设备同样采用所述UWB通讯方法计算智能设备和自己的第二距离，同时对智能设备的身份进行验证，当验证通过后且第二距离小于预设值时，即可打开门禁，使智能设备通行。具体来说，物联网门禁设备根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离具体包括以下步骤：
S801，获取时隙对齐后智能设备对应的时隙TA和本物联网门禁设备对应的时隙TB；
S802，在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TB分别发送第二数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000124
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TA分别接收智能设备发送的第一数据，并记录智能设备在对应帧发送第一数据的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000131
和第一数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA0002329294450000132
其中
Figure BDA0002329294450000133
表示本物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000134
表示本物联网门禁设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000135
表示智能设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
S803，读取本物联网门禁设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000136
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000137
并在一个时间片中计算本物联网门禁设备与智能设备之间的第二距离，具体包括以下步骤：
S8031，根据所述接收时间戳
Figure BDA0002329294450000138
和所述发送时间戳
Figure BDA0002329294450000139
计算本物联网门禁设备的roundBj和replyBj，j的取值为1、2……N-1，其中，
Figure BDA00023292944500001310
S8032，根据roundBj和replyBj计算本物联网门禁设备的tprop_ctnB，其中，
Figure BDA00023292944500001311
S8033，根据tprop_ctnB计算本物联网门禁设备与智能设备之间的第二距离，其中，
Figure BDA00023292944500001312
C为光速，frep为计数频率。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现以上所述的基于UWB的多设备交互方法。
图3是实施例2提供的基于UWB的多设备交互系统的结构示意图，如图3所示，包括智能设备100和至少一个物联网门禁设备200，所述智能设备100包括第一UWB模块101、第一距离计算模块102、定位校准模块103、导航模块104和指令发送模块105，
所述第一UWB模块101用于基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
所述第一距离计算模块102用于根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
所述定位校准模块103用于采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
所述导航模块104用于根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
所述指令发送模块105用于当智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播。
在一个优选实施方式中，所述至少一个物联网门禁设备中每个物联网门禁设备200包括第二UWB模块201、身份认证模块202、第二距离计算模块203和控制模块204，
所述第二UWB模块201用于通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息、所述控制指令以及智能设备广播的时间戳数据；
所述身份认证模块202用于对所述身份信息进行验证，验证通过后驱动所述第二距离计算模块203；
所述第二距离计算模块203用于根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，驱动所述控制模块204完成所述控制指令对应的控制动作。
在一个优选实施方式中，所述第一UWB模块101具体包括：
时隙划分单元1011，用于将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
异或计算单元1012，用于在上电后对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
ID链表建立单元1013，用于接收物联网门禁设备生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
时隙分配单元1014，用于查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
UWB广播单元1015，用于在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
在一个优选实施方式中，所述第一距离计算模块102具体包括：
第一时隙获取单元1021，用于获取时隙对齐后本智能设备对应的时隙TA和物联网门禁设备对应的时隙TB；
第一数据记录单元1022，用于在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TA分别发送第一数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000161
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TB分别接收物联网门禁设备发送的第二数据，并记录物联网门禁设备在对应帧发送第二数据的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000162
和第二数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA0002329294450000163
其中
Figure BDA0002329294450000164
表示本智能设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000165
表示本智能设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000166
表示物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
第一计算单元1023，用于读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000167
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000168
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离。
在一个优选实施例中，所述第二距离计算模块203具体包括：
第二时隙获取单元2031，用于获取时隙对齐后智能设备对应的时隙TA和本物联网门禁设备对应的时隙TB；
第二数据记录单元2032，用于在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TB分别发送第二数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure BDA0002329294450000169
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TA分别接收智能设备发送的第一数据，并记录智能设备在对应帧发送第一数据的发送时间戳
Figure BDA00023292944500001610
和第一数据接收完成的接收时间戳
Figure BDA00023292944500001611
其中
Figure BDA00023292944500001612
表示本物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，
Figure BDA0002329294450000171
表示本物联网门禁设备在第i帧的接收时间戳，
Figure BDA0002329294450000172
表示智能设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
第二计算单元2033，读取本物联网门禁设备所存储的全部接收时间戳
Figure BDA0002329294450000173
和发送时间戳
Figure BDA0002329294450000174
并在一个时间片中计算本物联网门禁设备与智能设备之间的第二距离。
本发明实施例还提供了一种基于UWB的多设备交互终端，包括所述的计算机可读存储介质和处理器，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序时实现以上所述基于UWB的多设备交互方法的步骤。图4是本发明实施例3提供的基于UWB的多设备交互终端的结构示意图，如图4所示，该实施例的基于UWB的多设备交互终端8包括：处理器80、可读存储介质81以及存储在所述可读存储介质81中并可在所述处理器80上运行的计算机程序82。所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各系统实施例中各模块的功能。
示例性的，所述计算机程序82可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述可读存储介质81中，并由所述处理器80执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序82在所述基于UWB的多设备交互终端8中的执行过程。
所述基于UWB的多设备交互终端8可包括，但不仅限于，处理器80、可读存储介质81。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是基于UWB的多设备交互终端8的示例，并不构成对基于UWB的多设备交互终端8的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述基于UWB的多设备交互终端还可以包括电源管理模块、运算处理模块、输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器80可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述可读存储介质81可以是所述基于UWB的多设备交互终端8的内部存储单元，例如基于UWB的多设备交互终端8的硬盘或内存。所述可读存储介质81也可以是所述基于UWB的多设备交互终端8的外部存储设备，例如所述基于UWB的多设备交互终端8上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述可读存储介质81还可以既包括所述基于UWB的多设备交互终端8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述可读存储介质81用于存储所述计算机程序以及所述基于UWB的多设备交互终端所需的其他程序和数据。所述可读存储介质81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本发明并不仅仅限于说明书和实施方式中所描述，因此对于熟悉领域的人员而言可容易地实现另外的优点和修改，故在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念的精神和范围的情况下，本发明并不限于特定的细节、代表性的设备和这里示出与描述的图示示例。

Claims (10)

1.一种基于UWB的多设备交互方法，应用于智能设备，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
S2，根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
S3，采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
S4，根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
S5，智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播。
2.根据权利要求1所述基于UWB的多设备交互方法，其特征在于，基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据具体包括以下步骤：
S001，将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
S002，上电后，对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
S003，接收物联网门禁设备按照步骤S001和步骤S002生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
S004，查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
S005，在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
3.根据权利要求2所述基于UWB的多设备交互方法，其特征在于，根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离具体包括以下步骤：
S201，获取时隙对齐后本智能设备对应的时隙TA和物联网门禁设备对应的时隙TB；
S202，在第1帧、第2帧、……第N帧的对应时隙TA分别发送第一数据，并对整个空间广播自己的发送时间戳
Figure FDA0002329294440000021
同时在第1帧、第2帧、……第N帧的时隙TB分别接收物联网门禁设备发送的第二数据，并记录物联网门禁设备在对应帧发送第二数据的发送时间戳
Figure FDA0002329294440000022
和第二数据接收完成的接收时间戳
Figure FDA0002329294440000023
其中
Figure FDA0002329294440000024
表示本智能设备在第i帧的发送时间戳，
Figure FDA0002329294440000025
表示本智能设备在第i帧的接收时间戳，
Figure FDA0002329294440000026
表示物联网门禁设备在第i帧的发送时间戳，i的取值为1、2……N；
S203，读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure FDA0002329294440000027
和发送时间戳
Figure FDA0002329294440000028
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离。
4.根据权利要求3所述基于UWB的多设备交互方法，其特征在于，读取本智能设备所存储的全部接收时间戳
Figure FDA0002329294440000031
和发送时间戳
Figure FDA0002329294440000032
并在一个时间片中计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离具体包括以下步骤：
S2031，根据所述接收时间戳
Figure FDA0002329294440000033
和所述发送时间戳
Figure FDA0002329294440000034
计算本智能设备的roundAj和replyAj，j的取值为1、2……N-1，其中，
Figure FDA0002329294440000035
S2032，根据roundAj和replyAj计算本智能设备的tprop_ctnA，其中，
Figure FDA0002329294440000036
S2033，根据tprop_ctnA计算本智能设备与物联网门禁设备之间的第一距离，其中，
Figure FDA0002329294440000037
C为光速，frep为计数频率。
5.一种基于UWB的多设备交互方法，应用于物联网门禁设备，其特征在于，包括以下步骤：
S6，通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息和所述控制指令；
S7，对所述身份信息进行验证，验证通过后执行步骤S8；
S8，基于所述UWB通讯方法接收智能设备广播的时间戳数据，根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，根据所述控制指令完成对应控制动作。
6.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1-5任一项所述基于UWB的多设备交互方法。
7.一种基于UWB的多设备交互终端，其特征在于，包括权利要求6所述的计算机可读存储介质和处理器，所述处理器执行所述计算机可读存储介质上的计算机程序时实现如权利要求1-5任一项所述基于UWB的多设备交互方法的步骤。
8.一种基于UWB的多设备交互系统，其特征在于，包括智能设备和至少一个物联网门禁设备，所述智能设备包括第一UWB模块、第一距离计算模块、定位校准模块、导航模块和指令发送模块，
所述第一UWB模块用于基于UWB通讯方法获取物联网门禁设备广播的时间戳数据；
所述第一距离计算模块用于根据所述物联网门禁设备广播的时间戳数据计算与所述物联网门禁设备之间的第一距离；
所述定位校准模块用于采用预设定位方法获取智能设备的基础定位信息，将所述基础定位信息和所述第一距离对比融合，根据对比融合结果对所述第一距离进行优化，生成智能设备与物联网门禁设备之间的优化距离；
所述导航模块用于根据所述优化距离将智能设备导航至物联网门禁设备所在位置；
所述指令发送模块用于当智能设备移动至所述物联网门禁设备对应的目标区域时，将预先存储的身份信息和控制指令通过所述UWB通讯方法对外广播。
9.根据权利要求8所述基于UWB的多设备交互系统，其特征在于，所述至少一个物联网门禁设备中每个物联网门禁设备包括第二UWB模块、身份认证模块、第二距离计算模块和控制模块，
所述第二UWB模块用于通过UWB通讯方法接收智能设备发送的所述身份信息、所述控制指令以及智能设备广播的时间戳数据；
所述身份认证模块用于对所述身份信息进行验证，验证通过后驱动所述第二距离计算模块；
所述第二距离计算模块用于根据智能设备广播的时间戳数据计算与所述智能设备之间的第二距离，当所述第二距离小于预设值时，驱动所述控制模块完成所述控制指令对应的控制动作。
10.根据权利要求8或9所述基于UWB的多设备交互系统，其特征在于，所述第一UWB模块具体包括：
时隙划分单元，用于将时间划分为周期性预设长度的帧，每一帧按预设时间间隔划分为多个时隙；
异或计算单元，用于在上电后对智能设备出厂时的设备序列号和随机数进行异或计算，存储异或计算结果，并将所述异或计算结果作为智能设备的身份ID进行广播；
ID链表建立单元，用于接收物联网门禁设备生成并广播的身份ID，并结合智能设备的身份ID建立ID链表，所述ID链表包含按照升序排列的多个身份ID；
时隙分配单元，用于查询智能设备的身份ID在所述ID链表中的位置，生成智能设备在整个网络环境中的排序值，根据所述排序值确定对应的时隙号，完成时隙对齐过程；
UWB广播单元，用于在智能设备对应时隙向物联网门禁设备广播自己的时间戳数据，并在物联网门禁设备对应时隙接收物联网门禁设备广播的时间戳数据。
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