一种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统，包括：锁体和移动控制端。所述锁体包括通讯模块，音频模块，身份验证模块，控制模块。所述锁体音频模块包括门内音频模块和门外音频模块。所述移动控制端包括通讯模块，身份验证模块，音频模块。锁体上门内音频模块和门外音频模块发出音频信号；移动控制端上音频模块接收并处理音频信号。或者，移动控制端上音频模块发出音频信号，锁体上门内音频模块和门外音频模块接收并处理音频信号。本发明可应用于房间门，车门等，通过使用本发明，可以实现用户在靠近门锁且在门外时即可开门，不用掏出手机点击app，有效增强了开门体验。
【专利说明】
一种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电子锁技术领域，具体而言，涉及一种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统。
【背景技术】
[0002]电子锁越来越受到关注，可以用手机来控制开锁的电子锁基于目前智能手机的高普及率，在手机上装一个特定的APP，通过短距离无线通信技术连接到锁具，如果认证通过则可以进入。这种模式较传统的卡锁，和密码锁，在安全级别和方便度上都有比较大得提升。这种锁具有安全性比较高，不存在携带问题，开门简单，扩展性很强，可以支持云家居，智能家居，物联网等优点。
[0003]由于蓝牙接口在智能手机上的普及，目前这种电子锁的短距离无线通信技术大部分都是采用低功耗蓝牙技术。手机蓝牙和电子锁上蓝牙模块通讯，进行身份验证，控制开锁。但是蓝牙本身是无法区别连接的手机是在屋内还是屋外的，是潜在的安全隐患。因此，目前主要有以下几种做法:
一种是要求用户在门口时，掏出手机，打开APP，然后点击APP上面的控件或者按钮，才能开锁。在这基础上，针对手机在锁屏的情况下，用户需要先解锁手机屏幕，才可以打开APP的问题，有一种做法是当靠近锁时，手机屏幕上会弹出开锁弹窗，用户无需解锁屏幕，直接点击弹窗中的按钮就可以实现开锁。
[0004]另一种方法是要求用户在门口时，掏出手机，然后摇一摇。
[0005]以上两种做法大同小异，都是需要用户掏出手机，在手机上操作才能开门，没有考虑当用户因双手提着重物无法掏钥匙的情况，用户体验不好；当用户在门内时，还可能有误操作的风险。
[0006]还有一种方法是将锁体的蓝牙芯片放置在门外锁体结构中，通过门以及墙的物理隔绝，使得门外的用户能接收到较强的蓝牙信号，门内的用户接收到较弱的蓝牙信号。而手机APP上只有当蓝牙信号有一定强度时，才验证身份，控制开门流程。这种方式的问题是应用场景受到了极大的限制，对门的材质，户型结构等都有要求。蓝牙使用2.4-2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波信号进行传输，在传输过程中，受金属物体的影响很大。
[0007]基于蓝牙信号强度RSSI来判断用户处于门内还是门外的方法问题在于RSSI受环境影响很大，误差也很大。同一个设备发出的信号，不同的手机接收到的RSSI值相差很大；两者距离相同，手机放在包内和拿在手里接收到的RSSI值相差很大。因此，用RSSI数据来判断门内门外是不准确的。由于环境的影响，处于门内，有可能误开门；处于门外，有可能无法开门；处于门外还有可能距离很远就已经打开门了。因此，这种方法不仅没有解决安全隐患，用户体验也很差。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种能识别用户处于门内还是门外的电子锁系统，其能够克服现有技术中存在的上述缺陷，使用便利，安全可靠。
[0009]为了达到这个目的，采取以下措施:
I，采用音频信号作为验证门内门外的手段。
[0010]第一，我们常用的移动设备都具有音频模块，包括音频发送装置和接收装置，在使用中不会受到限制。比如智能手机，智能手机上都有扬声器和话筒，其中话筒就是一个音频接收装置，扬声器是一个音频发送装置。
[0011]第二，门处于关闭状态时，当移动设备作为声音发出装置时，门内和门外两个音频模块接收到的声音强度差别很大；当锁体作为声音发出装置时，移动设备接收到的门内和门外两个音频模块发出的声音强度差别很大。
[0012]第三，声音在空气中衰减较快，当锁体或移动设备能接收到对方发出的音频信号时，说明此时用户离门已经较近，使整个身份验证过程只在一个较小物理范围内完成。。
[0013]2，为了防止音频被拷贝，双方协商音频信号传输的内容，并且内容中包含随机数。这个随机数可以在蓝牙通讯时由锁体和移动设备相互协商，在音频接收端会对数据进行验证。
[0014]3，考虑到声音信号容易受外界干扰，用不同频率声波表征0，1信号，提供抗干扰能力。接收端是已知发送端所发的音频信号的频率，因此在接收端可以对这些频率附近的频段做滤波处理，很大程度的消除干扰带来的影响。还可以引入校验和纠错机制，容错机制，进一步消除干扰带来的影响。
[0015]具体地，本发明所采取的技术方案如下。
[0016]—种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统，包括:锁体和移动控制端。所述锁体包括第一通讯模块，第一音频模块，第一身份验证模块，第一控制模块，所述第一音频模块包括第一门内音频模块和第一门外音频模块。所述移动控制端包括第二通讯模块，第二身份验证模块，第二音频模块，其特征为:
所述第一门内音频模块和第一门外音频模块发出音频信号;所述第二音频模块接收并处理音频信号。接收到的所述第一门外音频模块发出的音频信号强度强于所述第一门内音频模块发出的音频信号强度，表示所述移动控制端处于门外；
或者，所述第二音频模块发出音频信号;所述第一门内音频模块和第一所述门外音频模块接收并处理音频信号，所述第一门外音频模块接收到的音频信号强度强于所述第一门内音频模块接收到的音频信号强度，表示所述移动控制端处于门外。
[0017]所述第二音频模块正确接收到所述第一门外音频模块发出的音频信号，表示所述移动控制端处于门外；
所述第一门外音频模块正确接收到所述第二音频模块发出的音频信号，表示所述移动控制端处于门外；
所述的第一门内音频模块和第一门外音频模块可以同时发出音频信号，也可以先后发出音频信号。
[0018]优选地，第一门内音频模块和第一门外音频模块先后发出音频信号。
[0019]所述音频信号是以声波为信息载体，通过声波的频率、幅度变化来传输0，I数据。在传输前，需要定义如何表征0，1信号，声波的频率，信号宽度，传输的数据内容等。
[0020]进一步地，移动控制端和锁体相互协商音频信号传输的方式，和或频率，和或内容。
[0021]进一步地，音频信号传输方式是用不同频率声波表征0，I信号;频率为f0、时长为T的声波信号表示0，频率为Π、时长为T的声波信号表示I。所述fO、f!的值等于O或声波频率范围内的某一频率值，fO和f I不相等。
[0022]进一步地，音频信号内容包含随机数。
[0023]优选地，第二通讯模块和第一通讯模块在音频信号发送前相互协商随机数。
[0024]进一步地，音频信号内容包含纠错码数据。
[0025]进一步地，所述处理音频信号包括数字滤波，音频信号解析，音频信号验证，音频信号强度获取。
[0026]所述数字滤波，就是通过一定的计算或判断程序减少干扰信号在有用信号中的比重。声音在传输，采集过程中，受到各种外界因素干扰，一般均含有各种噪声。接收到音频信号之后，先进行数字滤波是很有必要的。常用的数字滤波器算法有很多，优选地采用基于频域的数字滤波算法。
[0027]所述音频信号解析是指将经过数字滤波后的声波信号还原成数据信息。音频信号传输的方式是移动控制端和锁体相互协商的，移动控制端根据规则可将0，1信号恢复。优选地，音频信号解析在频域中进行。
[0028]所述正确接收到音频信号的内容是指将处理后的数据与协商的传输内容进行比较验证，满足规定的条件即可判定为正确，包含但不限于如下方式:处理后的数据完全正确，或先对数据进行纠错，使得纠错后的数据完全正确，或引入容错技术，在进行比较时，数据正确度达到设定的阈值(比如总共20bit，其中的ISbit为正确)则认为音频信号正确。
[0029]所述音频信号强度计算是指门内音频信号或门外音频信号的信号强度。所述信号强度一般用功率描述。
[0030]优选地，在频域中计算音频信号强度。时域信号变换到频域之后，频域信号包含频率信息，幅度信息和相位信息。其中幅度信息即可以用来描述音频信号强度。
[0031]进一步地，移动控制端比较接收到的第一门外音频模块发出的音频信号强度和第一门内音频模块发出的音频信号强度，有如下几种情况:
(I)正确接收到第一门内音频模块和第一门外音频模块发出的音频信号，且接收到的门外音频信号强度强于接收到的门内音频信号强度，判定持有被授权的移动控制端的用户处于门外。
[0032](2)正确接收到第一门外音频模块发出的音频信号，没有正确接收到第一门内音频模块发出的音频信号，但是接收到的门外音频信号强度强于接收到的门内音频信号强度，判定持有被授权的移动控制端的用户处于门外。
[0033](3)其他情况，不能判定持有被授权的移动控制端的用户处于门外。
[0034]优选地，移动控制端一直没有接收到第一门外音频模块发出的音频信号，设定超时机制，超时后则判定为用户没有处于门外。
[0035]优选地，锁体端设定发送周期，在一个发送周期内发送一次完整的数据。
[0036]优选地，锁体端设定重发次数，一个发送周期结束后重新发送音频数据；当超过设定的重发次数还没有识别到门内门外，则判定为用户没有处于门外。
[0037]所述方案二，移动控制端发送音频信号，锁体进行门内门外识别。
[0038]所述的第一门内音频模块和第一门外音频模块同时接收移动控制端发送的音频信号。
[0039]所述的音频信号传输的方式，和或频率，和或内容可参考方案一所述内容。
[0040]所述的接收并处理音频信号可参考方案一所述内容。
[0041]优选地，当第一门内音频模块和第一门外音频模块其中任意一路检测并验证了移动控制端发送的音频信号，就可以根据结果进行判断，有如下几种情况:
(I)第一门内音频模块和第一门外音频模块都正确接收到音频信号，且门外接收到的音频信号强度大于门内接收到的音频信号强度，判定持有被授权的移动控制端的用户处于门外。
[0042](2)第一门外音频模块正确接收到音频信号，第一门内音频模块没有正确接收到音频信号，且门外接收到的音频信号强度大于门内接收到的音频信号强度，判定持有被授权的移动控制端的用户处于门外。
[0043](3)其他情况，都判定持有被授权的移动控制端的用户不处于门外。
[0044]优选地，锁体端一直没有接收到第二音频模块发出的音频信号，设定超时机制，超时后则判定为用户没有处于门外。
[0045]优选地，移动控制端设定发送周期，在一个发送周期内发送一次完整的数据。
[0046]优选地，移动控制端设定重发次数，一个发送周期结束后重新发送音频数据；当超过设定的重发次数还没有识别到门内门外，则判定为用户没有处于门外。
[0047]
【附图说明】
[0048]图1为实施例1中系统组成；
图2为实施例1中开锁处理流程；
图3为实施例2中开锁处理流程。
[0049]
【具体实施方式】
[0050]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，所描述的各个实施方式中所涉及到的技术特征彼此之间未构成冲突就可以相互组合构成其他实施例，或者，也可根据情况删除各个实施方式中某些技术特征而构成其他实施例。
[0051 ] 实施例1:
如图1所示，电子锁系统包括锁体10，用户持有的手机20和服务器30。手机20和锁体10之间通过蓝牙交互;手机20和服务器30之间通过网络交互。
[0052 ]锁体1包括通讯模块16，计算模块13，控制模块15，存储模块11，音频模块12/14，身份验证模块17，其中通讯模块16是锁体电路板上的蓝牙接口；身份验证模块13，控制模块15，身份验证模块17是在锁体电路板上的MCU芯片上运行的程序;存储模块11为电路板上的非易失性存储芯片;音频模块12/14包括门内音频模块12和门外音频模块14，各包含一个音频发送装置。
[0053]手机20包括通讯模块21，计算模块22，音频模块23，身份验证模块24，其中通讯模块21是手机上的蓝牙接口，网络接口 ；通讯模块21通过蓝牙接口与锁进行通讯，并对锁进行控制，通过网络接口与服务器30进行通信，网络接口包括WIFI和2G/3G/4G网络接口；计算模块22和身份验证模块24为APP程序的一部分;音频模块23为手机上的音频接口。
[0054]服务器30主要对用户和锁进行管理，包括用户注册，用户和锁的关联，开门记录的管理等。
[0055]在使用前，用户通过手机APP在服务器上注册成为新的用户，服务器分配给用户在系统中的唯一标识。在手机APP上添加锁;在添加锁时，APP获得锁的ID，并将用户信息，密钥信息写入到锁的存储设备。对锁来说，该手机是一个被授权的移动控制端。
[0056]关于音频信息发送方式，频率，内容，双方约定如下:
(I)超时时间为20S，双方开始门内门外识别之后，如果20S内没有能判决出门内门外，则退出判决流程。双方需要重新进行身份验证才能开门。
[0057](2)锁体端音频发送周期为5S，在5S内完成门内音频模块数据发送和门外音频模块数据发送;发送次数为4次。
[0058](3)门内音频模块先发数据，门外音频模块后发数据。为方便接收端识别数据，在有效数据前先发送一个字节的前导码。
[0059](4)数据为I时发送频率为5K的声波波形，为O发送直流电平信号。每Ibit数据传输宽度为4ms。
[0060](5)在身份验证时，双方协商一个随机数，该随机数为音频数据发送内容。
[0061 ] 如图2中左图所示，开锁时锁端的流程如下:
(I)锁体上蓝牙一直对外发送广播信号，当用户靠近锁体时，手机APP能检测到蓝牙信号，双方建立连接。
[0062](2)手机APP和锁通过蓝牙通讯，进行身份验证;双方协商一个随机数作为音频发送的内容。
[0063](3)锁端通过蜂鸣器将随机数以音频信号的方式发出。
[0064](4)门内和门外都完成音频数据发送后，锁端检测是否收到APP发送的开门指令，如果收到开门指令，则跳转到步骤(6)。
[0065](5)如果没有收到APP发送的开门指令，检测是否超时或达到发送次数，如果超时或达到发送次数，则跳转到步骤(7);否则，则重复步骤(3)。
[0066](6)通过控制模块控制打开门锁。
[0067]( 7 )清除身份验证通过状态，退出开门流程。
[0068]如图2中右图所示，开锁时手机端的流程如下:
(I)手机APP搜索蓝牙信号，和锁端蓝牙建立连接。
[0069](2)手机APP通过蓝牙通讯，进行身份验证;双方协商一个随机数作为音频发送的内容。
[0070](3)手机APP通过手机上的麦克接收声音信号。
[0071 ] (4)如果完成门内门外识别，则跳转到步骤(6)，否则，跳转到步骤(5)。
[0072](5)检测是否超时，如果超时，则跳转到步骤(8);否则，则重复步骤(3)。
[0073](6)检测门内门外识别结果，如果判决出用户处于门外，则跳转到步骤(7);否则，则跳转到步骤(8)。
[0074](7 )向锁端发送开门指令。
[0075](8)显示门锁是否打开的状态，退出开门流程。
[0076]
实施例2:
本实施例中，手机APP发出音频信号，锁体接收音频信号，锁体10中的音频模块为2个音频接收模块，识别门内门外的流程在锁体中实现。
[0077]如图3中左图所示，开锁时锁端的流程如下:
(I)锁体上蓝牙一直对外发送广播信号，当用户靠近锁体时，手机APP能检测到蓝牙信号，并建立连接；
(2 )锁和手机APP通过蓝牙通讯，进行身份验证;身份验证通过后，锁体设置状态为身份验证通过。
[0078](3)锁通过锁体上的门内和门外2个拾音器同时接收声音信号。
[0079](4)如果完成门内门外识别，跳转到步骤(6);否则跳转到步骤(5)。
[0080](5)如果没有超时，则重复步骤(3);否则跳转到步骤(8)。
[0081](6)如果判决出用户处于门外，则跳转到步骤(7);否则跳转到步骤(8)。
[0082](7 )通过控制模块控制打开门锁，通知APP门锁已经成功打开。
[0083 ] (8 )清除身份验证通过状态，退出开门流程。
[0084]如图3中右图所示，开锁时手机端的流程如下:
(I)手机APP搜索蓝牙信号，和锁端蓝牙建立连接。
[0085](2)手机APP通过蓝牙通讯，进行身份验证;双方协商一个随机数作为音频发送的内容。
[0086](3)手机APP通过手机上的扬声器发出音频信号。
[0087](4)手机APP完成音频数据发送后，监听是否收到锁体发过来的门锁成功打开的信息，如果收到，则跳转到步骤(6)。
[0088](5)检测是否超时或达到发送次数，如果超时或达到发送次数，则跳转到步骤(6)，否则，则重复步骤(3)。
[0089](6)显示门锁是否打开的状态，退出开门流程。
[0090]
实施例3:
在上述实施例的基础上，发送的音频信息内容中，在随机数之前加入前导码，其中，门内音频模块前导码为16进制数0xA5。门外音频模块前导码为16进制数0xA4。
[0091]在音频接收端端，当检测到前导码，接下来就可以解析出随机数。
[0092]
实施例4:
在上述实施例的基础上，发送的音频信息内容中，在随机数之后加入汉明码。
[0093]在手机端，解析出随机数和汉明码之后，先对数据进行纠错，纠错后的数据再与协商的数据进行比较，可以增强抗干扰能力。
[0094]
实施例5:
在上述实施例的基础上，数据校验时，数据正确度达到设定的阈值(比如总共20bit，其中的18b i t为正确)则认为音频信号正确。
[0095]
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但都应落在本申请的保护范围内。
【主权项】
1.一种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统，包括:锁体和移动控制端;所述锁体包括第一通讯模块，第一音频模块，第一身份验证模块，第一控制模块，所述第一音频模块包括第一门内音频模块和第一门外音频模块;所述移动控制端包括第二通讯模块，第二身份验证模块，第二音频模块，其特征为: 所述第一门内音频模块和第一门外音频模块发出音频信号;所述第二音频模块接收并处理音频信号，接收到的所述第一门外音频模块发出的音频信号强度强于所述第一门内音频模块发出的音频信号强度，表示所述移动控制端处于门外。2.—种能识别持有被授权的移动控制端的用户位置的电子锁系统，包括:锁体和移动控制端;所述锁体包括第一通讯模块，第一音频模块，第一身份验证模块，第一控制模块，所述第一音频模块包括第一门内音频模块和第一门外音频模块;所述移动控制端包括第二通讯模块，第二身份验证模块，第二音频模块，其特征为: 所述第二音频模块发出音频信号;所述第一门内音频模块和第一所述门外音频模块接收并处理音频信号，所述第一门外音频模块接收到的音频信号强度强于所述第一门内音频模块接收到的音频信号强度，表示所述移动控制端处于门外。3.根据权利要求1所述的电子锁系统，其特征是:所述第二音频模块正确接收到所述第一门外音频模块发出的音频信号的内容。4.根据权利要求2所述的电子锁系统，其特征是:所述第一门外音频模块正确接收到所述第二音频模块发出的音频信号的内容。5.根据权利要求1-4任一项所述的电子锁系统，其特征是所述移动控制端和所述锁体相互协商音频信号传输的方式、频率、和/或内容。6.根据权利要求1-5任一项所述的电子锁系统，其特征是所述处理音频信号包括数字滤波、音频信号解析、音频信号验证和音频信号强度计算。7.根据权利要求1-6任一项所述的电子锁系统，其特征是所述处理音频信号是在频域中进行处理。8.根据权利要求1-7任一项所述的电子锁系统，其特征是所述音频信号传输方式是指用不同频率声波表征O或I的信号;频率为《K时长为T的声波信号表示O，频率为Π、时长为T的声波信号表示I，所述fO、f I的值等于O或声波频率范围内的某一频率值，fO和f I不相等。9.根据权利要求1-8任一项所述的电子锁系统，其特征是所述音频信号内容包含随机数、和/或纠错码数据。10.根据权利要求1-9任一项所述的电子锁系统，其特征是所述处理音频信号包括对音频数据进行校验和纠错。11.根据权利要求1-10任一项所述的电子锁系统，其特征是所述音频信号验证引入容错技术，解析出来的信号与双方协商的内容进行比较，数据一致性达到阈值则认为验证通过。12.—种电子锁的识别持有被授权的移动控制端的用户位置的方法，其特征在于，使用如权利要求1-11任一项所述的电子锁系统。
【文档编号】G07C9/00GK106023388SQ201610577149
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】余绵梓, 温志明
【申请人】杭州摇光科技有限公司