CN109727357A - 基于uwb二维定位的电子锁*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于UWB二维定位的电子锁***，包括定位模块、处理器和电子锁；定位模块包括三个UWB基站和多个UWB电子标签，三个UWB基站在空间内立体摆放形成二维平面，每个UWB基站和UWB电子标签之间相互连接；处理器与任意一个UWB基站连接，该UWB基站又称中转基站，电子锁也与处理器连接。三个UWB基站用于建立空间中的二维坐标系，每个UWB基站能够和每个UWB电子标签进行通信，每个UWB基站根据二维坐标系测量计算每个UWB电子标签到自身的距离，并将距离数据传输至中转基站；中转基站将距离数据传输至处理器，处理器根据距离数据判断每个UWB电子标签在二维坐标系中的所处位置，若每个UWB电子标签的位置均处于预设开锁坐标，处理器发送开锁指令至电子锁。
Description
技术领域
本发明涉及电子锁技术领域，具体涉及基于UWB二维定位的电子锁***。
背景技术
电子锁是一种通过密码输入来控制电路或是芯片工作(访问控制***)，从而控制机械开关的闭合，完成开锁、闭锁任务的电子产品。电子锁在安全技术防范领域，具有防盗报警功能的电子密码锁代替传统的机械式密码锁，克服了机械式密码锁密码量少、安全性能差的缺点，使密码锁无论在技术上还是在性能上都大大提高一步。目前电子锁有多种多样的判断条件，例如输入密码解锁、指纹解锁、面部识别解锁等，然而还没有根据坐标定位进行解锁的电子锁，为了适应电子锁在某些场景(典型如娱乐场景、仓库、个人电子锁等)的应用，本发明提出了一种新的电子锁解锁方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述目前的电子锁还未有根据坐标定位进行解锁的技术问题，提供基于UWB二维定位的电子锁***解决上述技术缺陷。
基于UWB二维定位的电子锁***，包括定位模块、处理器和电子锁；定位模块包括三个UWB基站和多个UWB电子标签，三个UWB基站在空间内立体摆放形成二维平面，从而在三个UWB基站构成的二维平面空间内构成二维坐标系，多个UWB电子标签放置在所述二维坐标轴中，每个UWB基站和UWB电子标签之间相互连接；处理器与任意一个UWB基站连接，该UWB基站又称中转基站，电子锁也与处理器连接。
三个UWB基站用于建立空间中的二维坐标系，每个UWB基站能够和每个UWB电子标签进行通信，每个UWB基站根据二维坐标系测量计算每个UWB电子标签到自身的距离，并将距离数据传输至中转基站；中转基站将距离数据传输至处理器，处理器根据距离数据判断每个UWB电子标签在二维坐标系中的所处位置，若每个UWB电子标签的位置均处于预设开锁坐标，处理器发送开锁指令给电子锁以控制电子锁开锁。
进一步的，基于UWB二维定位的电子锁***还包括报警模块，报警模块与处理器连接，处理器判断当前开锁时间超过预设开锁时间后，控制报警模块发出报警信息并关闭开锁功能。
进一步的，基于UWB二维定位的电子锁***还包括电源模块，电源模块分别与定位模块、处理器、电子锁和报警模块连接，用于给上述模块供电。
进一步的，处理器包括一个***开关，开关关闭时，***关闭开锁功能，不会根据定位UWB电子标签而做出开锁响应；开关打开时，***正常工作,可以根据定位UWB电子标签而做出开锁响应。
进一步的，处理器包括一个计时器，用于当***开关开启，开始记录所述当前开锁时间，当电子锁开锁或报警模块报警时计时器停止计时并重置。
与现有技术相比，本发明优势在于：通过UWB电子标签进行坐标定位来控制电子锁开锁，且设置多个UWB电子标签必须同时位于相应的预设坐标位置才能开启电子锁，电子锁的安全性大大提高。使用的UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、***容量大发送功率小、其电磁波辐射对人体的影响很小的特点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明基于UWB二维定位的电子锁***结构图；
图2为本发明基于UWB二维定位的电子锁***工作流程图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
基于UWB二维定位的电子锁***，如图1所示，包括定位模块、处理器和电子锁；定位模块包括三个UWB基站和多个UWB电子标签，三个UWB基站在空间内立体摆放形成二维平面，从而在三个UWB基站构成的二维平面空间内构成二维坐标系，多个UWB电子标签放置在所述二维坐标轴中，每个UWB基站和UWB电子标签之间相互连接；处理器与任意一个UWB基站连接，该UWB基站又称中转基站，电子锁也与处理器连接。
三个UWB基站用于建立空间中的二维坐标系，每个UWB基站能够和每个UWB电子标签进行通信，每个UWB基站根据二维坐标系测量计算每个UWB电子标签到自身的距离，并将距离数据传输至中转基站；中转基站将距离数据传输至处理器，处理器根据距离数据判断每个UWB电子标签在二维坐标系中的所处位置，若每个UWB电子标签的位置均处于预设开锁坐标，处理器发送开锁指令给电子锁以控制电子锁开锁。
基于UWB二维定位的电子锁***还包括报警模块和电源模块，报警模块与处理器连接，处理器判断当前开锁时间超过预设开锁时间后，控制报警模块发出报警信息并关闭开锁功能。电源模块分别与定位模块、处理器、电子锁和报警模块连接，用于给上述模块供电。
处理器包括一个***开关，开关关闭时，***关闭开锁功能，不会根据定位UWB电子标签而做出开锁响应；开关打开时，***正常工作,可以根据定位UWB电子标签而做出开锁响应。
处理器包括一个计时器，用于当***开关开启，开始记录所述当前开锁时间，当电子锁开锁或报警模块报警时计时器停止计时并重置。
如图2所示，基于UWB二维定位的电子锁***在使用时，需要预先在空间内设置好三个UWB基站以构成二维坐标系,并在二维坐标系中放入多个UWB电子标签，操作处理器在上述二维坐标系中设置一个或者多个预设开锁坐标和预设开锁时间，预设开锁坐标的数量与UWB电子标签的数量相同，每一个预设开锁坐标对应一个或多个UWB电子标签，此时整个基于UWB二维定位的电子锁***的初始化完成。要进行开锁时，先打开处理器的***开关，然后移动多个UWB电子标签，当每一个UWB电子标签都移动到了对应的预设开锁坐标时，处理器发送开锁指令给电子锁进行开锁；若没有打开处理器的***开关，即使每一个UWB电子标签都移动到了对应的预设开锁坐标，处理器也不会发送开锁指令给电子锁，即整个***不会做出开锁响应。***开关开启后，处理器中的计时器就开始计时，用户需在预设开锁时间内完成开锁，否则处理器会控制报警模块发出报警信息并关闭开锁功能，超过预设开锁时间后，即使将每一个UWB电子标签移动到对应的预设开锁坐标，处理器也不会发送开锁指令给电子锁，该功能可以提升电子锁的安全性。
上述UWB基站和UWB电子标签实质上均为一种UWB集合芯片，采用的UWB具有如下传统通信***无法比拟的技术特点：
(1)***结构的实现比较简单：当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB***结构的实现比较简单。
(2)高速的数据传输：民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。
(3)功耗低：UWB***使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns～1.5ns之间，有很低的占空因数，***耗电可以做到很低，在高速通信时***的耗电量仅为几百μW～几十mW。民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右。军用的UWB电台耗电也很低。因此，UWB设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。
(4)安全性高：作为通信***的物理层技术具有天然的安全性能。由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信***，UWB信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。
(5)多径分辨能力强：由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10～30dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB。
(6)定位精确：冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位***只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内；与GPS提供绝对地理位置不同，超短脉冲***可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电***更为便宜。
(7)工程简单造价便宜：在工程实现上，UWB比其它无线技术要简单得多，可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲，并对脉冲产生调制，而这些电路都可以被集成到一个芯片上，设备的成本将很低。
基于上述技术优势，UWB很适合应用于本发明基于UWB二维定位的电子锁***中。本发明基于UWB技术，并采用二维定位的方式来作为电子锁开锁、闭锁的判断条件，可实现电子标签摆放在正确位置从而导致电子锁解锁的功能。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.基于UWB二维定位的电子锁***，其特征在于，包括定位模块、处理器和电子锁；定位模块包括三个UWB基站和多个UWB电子标签，三个UWB基站在空间内立体摆放形成二维平面，从而在三个UWB基站构成的二维平面空间内构成二维坐标系，多个UWB电子标签放置在所述二维坐标轴中，每个UWB基站和UWB电子标签之间相互连接；处理器与任意一个UWB基站连接，该UWB基站又称中转基站，电子锁也与处理器连接；
三个UWB基站用于建立空间中的二维坐标系，每个UWB基站能够和每个UWB电子标签进行通信，每个UWB基站根据二维坐标系测量计算每个UWB电子标签到自身的距离，并将距离数据传输至中转基站；中转基站将距离数据传输至处理器，处理器根据距离数据判断每个UWB电子标签在二维坐标系中的所处位置，若每个UWB电子标签的位置均处于预设开锁坐标，处理器发送开锁指令给电子锁以控制电子锁开锁。
2.根据权利要求1所述的基于UWB二维定位的电子锁***，其特征在于，基于UWB二维定位的电子锁***还包括报警模块，报警模块与处理器连接，处理器判断当前开锁时间超过预设开锁时间后，控制报警模块发出报警信息并关闭开锁功能。
3.根据权利要求1所述的基于UWB二维定位的电子锁***，其特征在于，基于UWB二维定位的电子锁***还包括电源模块，电源模块分别与定位模块、处理器、电子锁和报警模块连接，用于给上述模块供电。
4.根据权利要求1所述的基于UWB二维定位的电子锁***，其特征在于，处理器包括一个***开关，开关关闭时，***关闭开锁功能，不会根据定位UWB电子标签而做出开锁响应；开关打开时，***正常工作,可以根据定位UWB电子标签而做出开锁响应。
5.根据权利要求1所述的基于UWB二维定位的电子锁***，其特征在于，处理器包括一个计时器，用于当***开关开启，开始记录所述当前开锁时间，当电子锁开锁或报警模块报警时计时器停止计时并重置。
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