一种采用毫米波雷达实现非接触控制的智能门、非接触控制系统及非接触控制方法，控制系统(10)包括：毫米波雷达传感器(101)，发射雷达波束，并接收反射雷达波束以检测用户手势命令；状态反馈部件(102)，用于向用户反馈状态信息，实现状态交互；处理器(103)，其连接毫米波雷达传感器(101)、状态反馈部件(102)以及运动驱动部件(104)；处理器(103)实时检测所述用户手势命令，并实时反馈执行状态，将复杂手势分解为若干简单手势序列，并逐段确认，接收到完整用户手势命令后，执行相应控制操作；处理器(103)对每个所述用户手势命令的识别包含若干个用户与控制系统相互确认的交互过程，以用户靠近所述毫米波雷达传感器(101)开始，远离所述毫米波雷达传感器(101)结束，每次确认交互，处理器(103)执行相应的动作，从而将对复杂手势命令的识别分解为多个对基本手势识别并逐步确认的递进的步骤。该控制系统(10)以系统设计替代算法优化，在兼顾控制可靠性与便利性的同时，简化设计，以便应用于资源受限的嵌入式终端，实现了非接触有条件开启、控制便捷可靠的技术效果。的技术效果。的技术效果。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】智能门和智能门的非接触式控制方法
[0001]本专利技术涉及一种非接触式控制的智能门、智能门的非接触式控制模块、以及应用于智能门上的非接触式控制方法。
技术介绍
[0002]日常生活中，门的开关控制通常可以通过多种途径来实现，最常见的普通门通过把手提供机械式开关控制，通过转动把手、拉开把手等方式实现门的开启；对于电梯等场合的控制，也可以通过电子按钮等方式来控制开关。这些接触式控制方式在公共场所容易成为细菌和病毒传播的捷径，存在公共卫生与安全隐患。例如在传染病集中爆发期间，电梯面板都需要严格消毒，避免接触传染。
[0003]为了避免接触式控制的弊端，通过感应物体靠近的自动门也广泛应用于商场、酒店等公共场所，其在检测到物体接近时会自动开启；但这类自动门并不适用于需要在某些情况下禁止自动开启的场合，如电梯，当电梯轿厢不在当前楼层时，电梯门自动开启将会非常危险，需要严格避免。类似的自动门也有应用在智能冰箱、智能马桶盖上，缺点是只利用距离信息检测物体靠近的触发条件，过于简单，容易误触发。
[0004]为了避免误触发，需要将自动门打开的条件设置地更为复杂，例如，利用较为复杂的手势进行控制，但对于复杂手势的识别，目前的系统识别方法需要付出很大的计算成本，并且准确率较低，无法保证门打开的可靠性。
[0005]由此，需要提供一种非接触有条件开启、控制便捷可靠的智能门。
技术实现思路
[0006]本专利技术提供一种非接触式控制的智能门、智能门的非接触式控制模块、以及应用于智能门上的非接触式控制方法；将毫米波传感器应用于智能门，通过检测用户手势，实现门的开启/关闭的控制，或其他控制功能，如电梯上楼、下楼请求；可应用于公共场所及公共交通工具需要频繁接触的场合，如商场及写字楼电梯，机场、火车站以及火车和飞机上卫生间门等，以切断细菌和病毒传播途径，保障公共卫生与安全，同时能够保证开启的可靠性，避免误操作。也可应用于智能冰箱门等厨卫电器的非接触控制，以提高控制可靠性。
[0007]本专利技术提供了一种采用毫米波雷达实现非接触控制的智能门，包括：门框(1)，门板(2)，带动门板(2)开关的运动部件(3)，以及控制系统(10)；控制系统(10)包括：毫米波雷达传感器(101)，发射雷达波束，并接收反射雷达波束以检测用户手势命令；状态反馈部件(102)，用于向用户反馈状态信息，实现状态交互；处理器(103)，其连接毫米波雷达传感器(101)、状态反馈部件(102)以及运动驱动部件(104)；根据毫米波雷达传感器(101)接收到的用户手势命令，控制状态反馈部件(102)输出状态信息，并执行相应控制操作。所述控制操作为控制运动驱动部件(104)动作，以驱动运动部件(3)带动门板(2)运动，实现智能门的开关。
[0008]毫米波雷达传感器(101)包括发射所述雷达波束的发射电路(1011)，接收所述反
射雷达波束的接收电路(1012)，以及数字信号处理电路(1013)。所述发射电路(1011)包括：M个发射天线，用于发出所述雷达波束，配置为相控阵列模式或MIMO模式；功放，线性功率放大，以驱动发射天线；数控振荡电路及数字锁相环，以实现频率调制。为提高调制带宽和线性度，所述数控振荡电路及数字锁相环采用2点注入的结构。所述接收电路(1012)包括：N个接收天线，以ULA或URA方式排列；低噪放大LNA，用于放大接收信号的幅度；混频，混合低噪放大LNA放大后的接收信号和本地调频信号以得到中频信号；低通滤波和可变增益放大；模数转换电路，将模拟信号转化为数字中频信号。所述数字信号处理电路(1013)包括：斜坡发生电路，产生锯齿或三角信号，用以调节数控振荡电路的振荡频率；快速傅里叶变换FFT，通过搜索FFT变换后信号幅度的峰值得到目标距离、径向速度和入射角；窗函数，用于减少因FFT截断导致的频谱扩展；先进先出缓存FIFO，用以缓存FFT变换后的数据，供所述处理器(103)进一步处理。
[0009]控制系统(10)还包括通信接口(105)，其与处理器(103)连接，实现控制系统(10)与外部环境的互联与信息交互。
[0010]控制系统(10)可以根据应用要求具有以下物理形态组合：基于表面贴装技术的PCB级集成、基于SIP技术的封装级集成、或基于SOC技术的硅片级集成。
[0011]控制系统(10)中的毫米波雷达传感器(101)、状态反馈部件(102)分别设置两套，分别用于处理门内外两侧的用户手势命令及状态交互，两套所述毫米波雷达传感器(101)之间屏蔽处理，并需设置两套所述毫米波雷达传感器(101)的优先级。
[0012]一种非接触式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0013]a.毫米波雷达传感器(101)发射雷达波束；
[0014]b.毫米波雷达传感器(101)接收用户手势运动反射雷达信号并进行初步处理及缓存，供处理器(103)读出并处理；毫米波雷达传感器(101)接收电路(1012)射频前端对接收到的反射信号进行低噪放大、混频、模数转换，得到数字中频信号。毫米波雷达传感器(101)数字信号处理电路(1013)对所述数字中频信号加窗和快速傅里叶变换(FFT)，将结果写入先进先出缓存(FIFO)，供处理器(103)读出并处理。
[0015]c.处理器(103)从数字处理电路(1013)的先进先出缓存(FIFO)中读出傅里叶变换后的数据，搜索其峰值，得到目标距离、径向速度的估计，并用Capon或MUSIC方法估计入射角，这些测量将作为目标状态空间的观察输入卡尔曼滤波器或粒子滤波器，得到用户手势运动轨迹的平滑估计。
[0016]d.基于对所述用户手势运动轨迹的跟踪，处理器(103)控制状态反馈部件(102)输出当前状态；
[0017]e.持续运行步骤a
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d，处理器(103)在接收到完整控制命令后，执行相应控制操作，或在检测到提前结束命令时取消命令执行。
[0018]所述用户手势运动为复杂控制手势，处理器(103)将所述复杂控制手势分解为多段基本手势序列并逐段确认。基于多段基本手势序列的逐段确认包含多个用户与控制系统(10)相互确认的交互过程，以用户靠近毫米波雷达传感器(101)开始，远离毫米波雷达传感器(101)结束，每次确认交互，处理器(103)都执行相应的动作，多个基本手势递进确认，实现完整控制命令。
[0019]其中，步骤d包括：
[0020]d1.处理器(103)跟踪用户手势运动轨迹，并检测用户已靠近到设定的阈值范围内，则通过状态反馈部件(102)，以光或声音的形式确认系统已激活，准备接收下一步命令；
[0021]d2.当用户根据状态反馈部件(102)的反馈判断已足够靠近，则继续下一步手势动作；或通过远离毫米波雷达传感器(101)结束当前命令。
[0022]采用复杂控制手势作为控制命令，通过采集大量运动轨迹作为训练数据，利用模式识别或机器学习技术得到表征控制手势特征的模型，以提高所述复杂控制手势命令的识别率。...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种采用毫米波雷达实现非接触控制的智能门，包括：门框(1)，门板(2)，带动门板(2)开关的运动部件(3)，以及控制系统(10)；其特征在于，控制系统(10)包括：毫米波雷达传感器(101)，发射雷达波束，并接收反射雷达波束以检测用户手势命令；状态反馈部件(102)，用于向用户反馈状态信息，实现状态交互；处理器(103)，其连接毫米波雷达传感器(101)、状态反馈部件(102)以及运动驱动部件(104)；根据毫米波雷达传感器(101)接收到的用户手势命令，控制状态反馈部件(102)输出状态信息，并执行相应控制操作。2.根据权利要求1所述的智能门，其特征在于：所述控制操作为控制运动驱动部件(104)动作，以驱动运动部件(3)带动门板(2)运动，实现智能门的开关。3.根据权利要求1所述的智能门，其特征在于：毫米波雷达传感器(101)包括发射所述雷达波束的发射电路(1011)，接收所述反射雷达波束的接收电路(1012)，以及数字信号处理电路(1013)。4.根据权利要求3所述的智能门，其特征在于：所述发射电路(1011)包括：M个发射天线，用于发出所述雷达波束，配置为相控阵列模式或MIMO模式；功放，线性功率放大，以驱动发射天线；数控振荡电路及数字锁相环，以实现频率调制。5.根据权利要求4所述的智能门，其特征在于：为提高调制带宽和线性度，所述数控振荡电路及数字锁相环采用2点注入的结构。6.根据权利要求3所述的智能门，其特征在于：所述接收电路(1012)包括：N个接收天线，以ULA或URA方式排列；低噪放大LNA，用于放大接收信号的幅度；混频，混合低噪放大LNA放大后的接收信号和本地调频信号以得到中频信号；低通滤波和可变增益放大；模数转换电路，将模拟信号转化为数字中频信号。7.根据权利要求3所述的智能门，其特征在于：所述数字信号处理电路(1013)包括：斜坡发生电路，产生锯齿或三角信号，用以调节数控振荡电路的振荡频率；快速傅里叶变换FFT，通过搜索FFT变换后信号幅度的峰值得到目标距离、径向速度和入射角；窗函数，用于减少因FFT截断导致的频谱扩展；先进先出缓存FIFO，用以缓存FFT变换后的数据，供所述处理器(103)进一步处理。8.根据权利要求1
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7任一项所述的智能门，其特征在于：控制系统(10)还包括通信接口(105)，其与处理器(103)连接，实现控制系统(10)与外部环境的互联与信息交互。9.根据权利要求1
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7任一项所述的智能门，其特征在于：控制系统(10)可以根据应用要求具有以下物理形态组合：基于表面贴装技术的PCB级集成、基于SIP技术的封装级集成、或基于SOC技术的硅片级集成。10.根据权利要求1
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7任一项所述的智能门，其特征在于：所述控制系统(10)中的毫米波雷达传感器(101)、状态反馈部件(102)分别设置两套，分别用于处理门内外两侧的用户手势命令及状态交互，两套所述毫米波雷达传感器(101)之间屏蔽处理，并需设置两套所述毫米波雷达传感器(101)的优先级。
11.一种控制根据权利要求1
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10任一项所述的智能门的非接触式控制方法，其特征在于，包括如下步骤：a.毫米波雷达传感器(101)发射雷达波束；b.毫米波雷达传感器(101)接收用户手势运动反射雷达信号并进行初步处理及缓存，供处理器(103)读出并处理；c.处理器(103)读出初步处理后的数据，得到目标距离、径向速度、入射角的估计，并通过滤波处理，得到用户手势运动轨迹的平滑估计；d.基于对所述用户手势运动轨迹的跟踪，处理器(103)控制状态反馈部件(102)输出当前状态；e.持续运行步骤a
‑
d，处理...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘珲，刘西，杨宜，
申请(专利权)人：刘西杨宜，
类型：发明
国别省市：
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