CN111140092B - 一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法，所述门锁包括：三轴磁力计模块，用于检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器；MCU控制器，用于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块；执行模块，用于接收所述MCU控制器发送的开关锁控制信号，根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器；电源模块，用于给所述三轴磁力计模块、MCU控制器和执行模块供电。

Description

一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法

技术领域

本发明涉及自动门锁技术领域，特别是涉及一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法。

背景技术

生活水平的提升，让越来越多的家庭更加注重家庭的安全问题，而门锁作为家庭的第一道安全防线起着举足重轻的作用。

随着智能锁的使用率日渐提高，人们对智能锁的安全要求也日渐提高，除了从开锁方式方面进行防患，还要从上锁方面进行防御。

在现有技术中，智能门锁目前普遍利用红外、磁感应来实现自动关门。但是由于红外，磁感应容易产生误判断，使自动锁不能精确定位关门状态，因而不能准确落锁，成为安全隐患。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法，以通过三轴磁力计实现智能锁的定位，使智能锁检测到上锁位置自动上锁，大大提高了智能锁的安全性，也使得智能锁变得更加智能化。

为达上述及其它目的，本发明提出一种基于三轴磁力计的智能门锁，包括：

三轴磁力计模块，用于检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器；

MCU控制器，用于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块；

执行模块，用于接收所述MCU控制器发送的开关锁控制信号，根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器；

电源模块，用于给所述三轴磁力计模块、MCU控制器和执行模块供电。

优选地，于首次使用时，启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据，将该关门位置的地磁磁场数据传送至所述MCU控制器，由所述MCU控制器记录该地磁磁场数据并定义该关门位置为门锁位置。

优选地，所述MCU控制器对每次开关门形成的三轴磁力计位置跟踪曲线进行存储，当形成本次的三轴磁力计位置跟踪曲线时，比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若比较结果为一致，则根据当前门锁停留的位置产生相应的控制信号。

优选地，若比较结果为不一致，若两次的三轴磁力计位置跟踪曲线之间为小幅度的变化则将本次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线进行记录，若是大幅度变化提示再次操作开关门动作以进行校准，记录再次开关门动作的三轴磁力计位置跟踪曲线为校准曲线，实现自校准。

优选地，当门锁磁环境发生较大变化，所述MCU控制器需通过连续开关门两次进行自校准功，以获取关门位置。

优选地，所述自校准过程如下：

第一步，关门上电；第二步，启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据；第三步，将关门位置的地磁场数据传送至所述MCU控制器；第四步，开门，并通过所述三轴磁力计模块测量在开门过程中得到的地磁场数据并传送至所述MCU控制器，第五步，所述MCU控制器30记录开门时的地磁场数据并形成位置跟踪轨迹，第六步，关门并重复第一～第三步，获得第二次关门时的关门位置的地磁磁场数据，第七步，比较两次关门位置的地磁磁场数据，当数据误差较小时定义两数据的平均值为关门位置处的地磁磁场数据，对应位置即为门锁位置，若两次地磁磁场数据相差较大，则提示排除故障，并于故障排除后重复第一～第七步直至获得正常门锁位置。

优选地，所述三轴磁力计模块设置于门上远离执行模块的电机与电源模块的位置。

优选地，所述电源模块包括电源、稳压电路和开关电路，所述电源的输出正端连接至所述稳压电路的输入端，所述稳压电路的一路输出连接至所述执行模块和MCU控制器的电源输入正端，所述稳压电路的另一路输出连接至所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端连接至所述三轴磁力计模块的电源输入正端，所述所述MCU控制器的一输出端与所述开关电路的控制端相连。

优选地，所述MCU控制器于接收到执行模块反馈的限位开关的状态后，产生供电控制信号至所述开关电路，以对所述三轴磁力计模块进行断电，当所述MCU控制器接收到开门触发信号时，产生供电控制信号至所述开关电路，以对所述三轴磁力计模块重新进行供电。

为达到上述目的，本发明还提供一种基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用三轴磁力计模块检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器；

步骤S2，MCU控制器于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块；

步骤S3，所述执行模块根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器。

与现有技术相比，本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法通过三轴磁力计实现智能锁的定位，使智能锁检测到上锁位置自动上锁，大大提高了智能锁的安全性，也使得智能锁变得更加智能化。

附图说明

图1为本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁的系统架构图；

图2为本发明具体实施例中三轴磁力计的安装位置示意图；

图3为本发明具体实施例中三轴磁力计位置跟踪曲线示意图；

图4为本发明具体实施例中开关电路的结构示意图；

图5为本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法的步骤流程图；

图6为本发明实施例中首次校准的流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁的系统架构图。如图1所示，本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁，包括：三轴磁力计模块10、电源模块20、MCU控制器30、执行模块40。

其中，三轴磁力计模块10由三轴磁力计芯片及其外围电路组成，用于检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器30。

在本发明具体实施例中，三轴磁力计模块10设置于门上，具体地，为了屏蔽自身干扰源，为了屏蔽自身干扰源，可设置于门的前面板2上远离执行模块的电机401及电源模块20的电池201(本实施例中电机401及电池201设置于门的后面板3上)的位置，以避免电机磁场干扰，具体如图2所示。当发生开关门事件时，磁场会发生变化，设置于门上的三轴磁力计10则检测到该磁场的变化量，并将其转换成一个电信号发送给MCU控制器30。

电源模块20，由电池201、稳压电路202和开关电路203组成，用于给三轴磁力计模块10、MCU控制器30和执行模块40供电。

MCU控制器30由微处理器(MCU)及其外围电路组成，用于接收三轴磁力计模块10输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块40。

具体地说，当产生开关门动作时，磁场会发生变化，三轴磁力计模块通过磁场改变定位当前位置并记录反馈至MCU控制器30，如图3所示为根据三轴磁力计位置跟踪记录的三轴磁力计位置跟踪曲线(即校准曲线)，曲线的最低点为上锁的位置，曲线最高点则为门开到最大的位置。

在本发明具体实施例中，MCU控制器30对每次开关门产生的三轴磁力计位置跟踪曲线会进行存储，当形成本次的三轴磁力计位置跟踪曲线时，则比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若一致的话，则根据当前门锁停留的位置进行产生相应的控制信号(上锁或不上锁)，若不一致，则不予上锁。

执行模块40，由电机、电机驱动电路和限位开关组成，用于接收MCU控制器30发送的开关锁控制信号，根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器。

具体地，电池201的输出正端连接至稳压电路202的输入端，稳压电路202的一路输出连接至执行模块40和MCU控制器30的电源输入正端，稳压电路202的另一路输出(3.3V_2)连接至开关电路203的输入端，开关电路203的输出端连接至三轴磁力计10的电源输入正端；三轴磁力计模块10与MCU控制器30相连，执行模块40与MCU控制器30相连，MCU控制器30的一输出端与开关电路203的控制端相连。

图4为本发明具体实施例中开关电路203的结构示意图。如图4所示，所述开关电路203由MOS管Q2(SI2301)和偏置电阻R24和R19组成，用于在供电控制信号3.3-CTRL的控制下将稳压模块输出的电源3.3V_2转换为三轴磁力计10所需的电压3.3V，具体地，稳压电路202的另一路输出(3.3V_2)连接至开关电路203的输入端即MOS管Q2的源极和衬底，MOS管Q2的源极连接至第一偏置电阻R24的一端，第一偏置电阻R24的另一端与MOS管Q2的栅极和第二偏置电阻R19的一端相连，MCU控制器30的一输出端与开关电路203的控制端(3.3-CTRL)即第二偏置电阻R19的另一端相连，MOS管Q2的漏极即开关电路203的输出端3.3V。

在本发明中，通过该开关电路，当三轴磁力计模块10结束工作时，给该模块进行断电，以减少功耗，这样三轴磁力计模块10断电后，也不再受外界环境的干扰，也实现了抗干扰。也就是说，所述MCU控制器30还于接收到执行模块40反馈的限位开关的状态后，产生供电控制信号至电源模块20的开关电路203，以对该模块进行断电，而当MCU控制器30接收到开门触发信号时，产生供电控制信号至电源模块20的开关电路203，以对该模块进行重新供电，这样可尽最大程度减少本发明智能门锁的功耗，并实现了抗干扰。

地球本身是一个巨大的磁体，它在地理南北两极间形成一个基本的磁场。本发明中，三轴磁力计10的地磁记录的是一个相对位置，因此门锁首次使用务必校准一次，找到上锁的位置，否则无法使用自动上锁功能。具体地，首先启动三轴磁力计模块10测量关门位置的地磁磁场数据，然后将关门位置的地磁场数据传送至MCU控制器30，由MCU控制器30记录此时的数据并定义此位置为门锁位置。

在本发明一实施例中，为进一步提高本发明智能门锁的精度，当进行过门位置校准后，当门锁磁环境发生较大变化，导致关门后无法上锁，MCU控制器30还会进行自校准功能，具体地，在本发明具体实施例中，自校准功能是通过连续开门两次，以使门锁自动找到关门位置，重新有自动上锁功能。

具体地，自校准功能实现如下：第一步，关门上电；第二步，启动三轴磁力计模块10测量关门位置的地磁磁场数据；第三步，将关门位置的地磁场数据传送至MCU微控制器30，第四步，开门，同时三轴磁力计模块10测量在开门过程中得到的地磁场数据并传送至MCU微控制器30，第五步，MCU微控制器30记录开门时的地磁场数据并形成位置跟踪轨迹，第六步，关门并重复第一～第三步，获得第二次关门时的关门位置的地磁磁场数据，第七步，比较两次关门位置的地磁磁场数据，当数据误差较小时(比如小于阈值时)定义两数据的平均值为关门位置处的地磁磁场数据，对应位置即为门锁位置，若两次地磁磁场数据相差较大(比如超过阈值)，则提示排除故障，故障排除后重复第一～第七步直至获得正常门锁位置，当两次地磁磁场数据比较次数超过10次时，提示联系厂家并结束本次校正。

在本发明另一实施例中，MCU控制器30于每次开关门时都会进行一次自校准，具体地，MCU控制器30比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若一致的话，则根据当前门锁停留的位置进行产生相应的控制信号(上锁或不上锁)，若不一致，两者之间若是小幅度的变化(即在设定的误差范围内)则将该次开关门曲线进行记录，若是大幅度变化(即在设定的误差范围外)则认定当前门锁受到强磁干扰，无法进行上锁，这时需要再次操作开关门动作，记录此次的三轴磁力计位置跟踪曲线为校准曲线，实现自校准。

图5为本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法的步骤流程图。如图5所示，本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用三轴磁力计模块检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器。

在本发明具体实施例中，三轴磁力计模块设置于门上，具体地，为了屏蔽自身干扰源，为了屏蔽自身干扰源可设置于门的前面板上远离电机的位置，以避免电机磁场干扰，当发生开关门事件时，磁场会发生变化，设置于门上的三轴磁力计则检测到该磁场的变化量，并将其转换成一个电信号发送给MCU控制器。

步骤S2，MCU控制器于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块。

当产生开关门动作时，磁场会发生变化，三轴磁力计模块通过磁场改变定位当前位置并记录反馈至MCU控制器，MCU控制器则根据三轴磁力计位置跟踪记录形成三轴磁力计位置跟踪曲线(即校准曲线)，曲线的最低点为上锁的位置，曲线最高点则为门开到最大的位置。

MCU控制器对每次开关门产生的三轴磁力计位置跟踪曲线会进行存储，当形成本次的三轴磁力计位置跟踪曲线时，则比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若一致的话，则根据当前门锁停留的位置进行产生相应的控制信号(上锁或不上锁)，若不一致，则不予上锁。

步骤S3，所述执行模块根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器。

由于三轴磁力计的地磁记录的是一个相对位置，因此门锁首次使用务必校准一次，找到上锁的位置，否则无法使用自动上锁功能。优选地，于步骤S1之前，本发明之基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法，还包括如下步骤：

启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据，然后将关门位置的地磁场数据传送至MCU控制器，由MCU控制器记录此时的数据并定义此位置为门锁位置。

具体地，如图6所示，当首次校正时，第一步，关门上电，第二步，启动三轴磁力计模块10测量关门位置的地磁磁场数据，第三步，将关门位置的地磁厂数据传送至MCU微控制器30，记录此时的数据并定义此位置为门锁位置。

在本发明一实施例中，为进一步提高本发明智能门锁的精度，当进行过门位置校准后，当门锁磁环境发生较大变化，导致关门后无法上锁，还需进行自校准功能，在本实施例中，自校准功能是通过连续开门两次，以使门锁自动找到关门位置，重新有自动上锁功能，具体地，自校准功能实现如下：第一步，关门上电；第二步，启动三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据；第三步，将关门位置的地磁场数据传送至MCU控制器，第四步，开门，同时三轴磁力计模块测量在开门过程中得到的地磁场数据并传送至MCU控制器，第五步，MCU控制器记录开门时的地磁场数据并形成位置跟踪轨迹，第六步，关门并重复第一～第三步，获得第二次关门时的关门位置的地磁磁场数据，第七步，比较两次关门位置的地磁磁场数据，当数据误差较小时(比如小于阈值时)定义两数据的平均值为关门位置处的地磁磁场数据，对应位置即为门锁位置，若两次地磁磁场数据相差较大(比如超过阈值)，则提示排除故障，故障排除后重复第一～第七步直至获得正常门锁位置，当两次地磁磁场数据比较次数超过10次时，提示联系厂家并结束本次校正。

在本发明另一实施例中，本发明于每次开关门时都会进行一次自校准，具体地，于步骤S2中，MCU控制器比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若一致的话，则根据当前门锁停留的位置进行产生相应的控制信号(上锁或不上锁)，若不一致，两者之间若是小幅度的变化则将该次开关门曲线进行记录，若是大幅度变化则认定当前门锁受到强磁干扰，无法进行上锁，这时需要再次操作开关门动作，记录此次的三轴磁力计位置跟踪曲线为校准曲线，实现自校准。

综上所述，本发明一种基于三轴磁力计的智能门锁及其控制方法通过三轴磁力计实现智能锁的定位，使智能锁检测到上锁位置自动上锁，大大提高了智能锁的安全性，也使得智能锁变得更加智能化，本发明选择地磁定位的方式，不受天气和信号的影响，使得智能锁能自动检测上锁位置并自动上锁，便利了人们的生活。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (6)

1.一种基于三轴磁力计的智能门锁，包括：

三轴磁力计模块，用于检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器；

MCU控制器，用于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块；对每次开关门形成的三轴磁力计位置跟踪曲线进行存储，当形成本次的三轴磁力计位置跟踪曲线时，比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若比较结果为一致，则根据当前门锁停留的位置产生相应的控制信号；若比较结果为不一致，若两次的三轴磁力计位置跟踪曲线之间为小幅度的变化则将本次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线进行记录，若是大幅度变化提示再次操作开关门动作以进行校准，记录再次开关门动作的三轴磁力计位置跟踪曲线为校准曲线，实现自校准；当门锁磁环境发生较大变化，需通过连续开关门两次进行自校准功，以获取关门位置；其中，所述自校准过程如下：第一步，关门上电；第二步，启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据；第三步，将关门位置的地磁场数据传送至所述MCU控制器；第四步，开门，并通过所述三轴磁力计模块测量在开门过程中得到的地磁场数据并传送至所述MCU控制器，第五步，所述MCU控制器30记录开门时的地磁场数据并形成位置跟踪轨迹，第六步，关门并重复第一～第三步，获得第二次关门时的关门位置的地磁磁场数据，第七步，比较两次关门位置的地磁磁场数据，当数据误差较小时定义两数据的平均值为关门位置处的地磁磁场数据，对应位置即为门锁位置，若两次地磁磁场数据相差较大，则提示排除故障，并于故障排除后重复第一～第七步直至获得正常门锁位置；

执行模块，用于接收所述MCU控制器发送的开关锁控制信号，根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器；

电源模块，用于给所述三轴磁力计模块、MCU控制器和执行模块供电。

2.如权利要求1所述的一种基于三轴磁力计的智能门锁，其特征在于：于首次使用时，启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据，将该关门位置的地磁磁场数据传送至所述MCU控制器，由所述MCU控制器记录该地磁磁场数据并定义该关门位置为门锁位置。

3.如权利要求1所述的一种基于三轴磁力计的智能门锁，其特征在于：所述三轴磁力计模块设置于门上远离执行模块的电机与电源模块的位置。

4.如权利要求1所述的一种基于三轴磁力计的智能门锁，其特征在于：所述电源模块包括电源、稳压电路和开关电路，所述电源的输出正端连接至所述稳压电路的输入端，所述稳压电路的一路输出连接至所述执行模块和MCU控制器的电源输入正端，所述稳压电路的另一路输出连接至所述开关电路的输入端，所述开关电路的输出端连接至所述三轴磁力计模块的电源输入正端，所述所述MCU控制器的一输出端与所述开关电路的控制端相连。

5.如权利要求4所述的一种基于三轴磁力计的智能门锁，其特征在于：所述MCU控制器于接收到执行模块反馈的限位开关的状态后，产生供电控制信号至所述开关电路，以对所述三轴磁力计模块进行断电，当所述MCU控制器接收到开门触发信号时，产生供电控制信号至所述开关电路，以对所述三轴磁力计模块重新进行供电。

6.一种基于三轴磁力计的智能门锁的控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，利用三轴磁力计模块检测并反馈表示门锁位置信息的电信号至MCU控制器；

步骤S2，MCU控制器于接收所述三轴磁力计模块输出的由于磁场变化引起的电信号并对其进行处理，根据其输出的电信号形成三轴磁力计位置跟踪曲线，根据所述三轴磁力计位置跟踪曲线产生对应的开关锁控制信号至执行模块；所述MCU控制器对每次开关门形成的三轴磁力计位置跟踪曲线进行存储，当形成本次的三轴磁力计位置跟踪曲线时，比较本次开关门时的三轴磁力计位置跟踪曲线是否与上次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线一致，若比较结果为一致，则根据当前门锁停留的位置产生相应的控制信号；若比较结果为不一致，若两次的三轴磁力计位置跟踪曲线之间为小幅度的变化则将本次开关门的三轴磁力计位置跟踪曲线进行记录，若是大幅度变化提示再次操作开关门动作以进行校准，记录再次开关门动作的三轴磁力计位置跟踪曲线为校准曲线，实现自校准；当门锁磁环境发生较大变化，所述MCU控制器需通过连续开关门两次进行自校准功，以获取关门位置；其中，所述自校准过程如下：第一步，关门上电；第二步，启动所述三轴磁力计模块测量关门位置的地磁磁场数据；第三步，将关门位置的地磁场数据传送至所述MCU控制器；第四步，开门，并通过所述三轴磁力计模块测量在开门过程中得到的地磁场数据并传送至所述MCU控制器，第五步，所述MCU控制器30记录开门时的地磁场数据并形成位置跟踪轨迹，第六步，关门并重复第一～第三步，获得第二次关门时的关门位置的地磁磁场数据，第七步，比较两次关门位置的地磁磁场数据，当数据误差较小时定义两数据的平均值为关门位置处的地磁磁场数据，对应位置即为门锁位置，若两次地磁磁场数据相差较大，则提示排除故障，并于故障排除后重复第一～第七步直至获得正常门锁位置；

步骤S3，所述执行模块根据所述开关锁控制信号执行相应的动作，并将限位开关的状态反馈给MCU控制器。