SENSING · 感应区
2.60 m / −25.0°
数字钥匙实验系统2026 NUEDC · C ProblemGitHub ↗FEATURE DEMONSTRATION
功能介绍
五项核心功能均以真实实验视频验证；选择左侧功能，在同一影像舞台查看对应动作。
LIVE DEMO · 01
SOFTWARE SHOWCASE
软件运行界面
同一界面完成身份、距离、方位、平面坐标、区域状态、声光和门锁动作显示。
WELCOME · 迎宾区
1.50 m / +18.0°迎宾声光自动开启
UNLOCK · 开锁区
0.65 m / −8.0°身份通过，自动开锁
DENIED · 身份不匹配
0.75 m / +10.0°拒绝放行，保持闭锁
PHYSICAL SYSTEM
实物与测试照片
鼠标悬停缩略图即可切换大图，触屏设备可点击切换；所有照片均按原始比例完整显示。
120° 分区测试场地
以门锁为圆心标定开锁区、迎宾区与感应区，用于验证距离和方位判决。
POSITIONING PRINCIPLE
定位原理与算法
系统采用单基站四天线 UWB 方案：ToF 给出径向距离，PDoA 计算方位角，再通过卡尔曼滤波稳定区域边界。
01
一个基站同时获得距离与方向
相较蓝牙 RSSI 和超声波方案，UWB 对多径与环境变化更不敏感；四天线阵列无需部署多台基站，适合门锁正前方 120° 范围内的实时定位。
- ToF 测距由信号往返时间计算钥匙到基站的径向距离。
- PDoA 测角由天线间相位差反演入射方向。
- 区域判决身份匹配后，按距离与方位触发迎宾或开锁。
ToF 往返时间测距
收发两端交换时间戳，扣除钥匙端应答时间后得到飞行时间，再用标定参数修正系统偏差。
Ttof = (Tround − Treply) / 2
D = kD · cTtof + bD
03
PDoA 相位差测角
同一平面波到达两根天线的路程差形成相位差，由天线间距 d 和波长 λ 求得方位角 α。
α = arcsin(λΔφ / 2πd)
卡尔曼滤波与多基线融合
距离和角度分别进入一维卡尔曼滤波器；四天线提供多组基线结果，按有效性加权融合。
- 预测依据上一时刻状态估计当前位置
- 校正用新测量更新距离与角度
- 判区减少 1 m、2 m 边界附近的状态抖动
HARDWARE & SOFTWARE
电路与程序设计
钥匙端使用 UWB 发射模块；门锁端以 TI MSPM0G3507 为核心，接收定位数据并驱动声光、拨码与显示模块。
3.3 V 供电，SPI 与主控连接；EXTON、WAKE 和 RST 完成上电与复位控制。
接收模块输出身份 ID、距离和方位角，主控负责身份验证与区域判定。
等待 ID → 身份检测 → 读取位置 → 位置检测 → 控制声光与门锁。
身份与位置双重验证
门锁只在钥匙 ID 与拨码允许 ID 一致、位置数据有效且进入目标区域时执行动作。
- 感应区
- 2–3 m · 识别身份
- 迎宾区
- 1–2 m · 开启声光
- 开锁区
- 0–1 m · 自动开锁
- 有效角度
- 门锁正前方 ±45°
VALIDATION
测试结果
六组定位精度测试与六组身份 / 区域功能测试均记录在设计报告中。
0.04 m最大距离误差
2.3 °最大角度误差
6 / 6区域状态正确
100%身份与动作测试正确率
01
覆盖 0.5–3.0 m 与 −40°–45°
定位测试包含近、中、远距离和左右方位；功能测试同时覆盖身份匹配、身份不匹配、开锁区、迎宾区与感应区。
- 距离误差范围：0.01–0.04 m
- 角度误差范围：0.2–2.3°
- 不同钥匙 ID 下的预期状态与实际状态一致
OUR TEAM
团队合照
华中科技大学参赛队在全国大学生电子设计竞赛湖北赛区现场，携数字钥匙、门锁执行端与系统显示装置完成作品展示。
华中科技大学参赛队
谢秋实（队长） · 朱拓源 · 庞亚宸
从定位算法、上位机软件到门锁执行端，团队共同完成整套数字钥匙实验系统的设计、制作与现场验证。
PROJECT RESOURCES
项目资料与源码
设计报告、题目原文、定位套件资料和完整源码均可直接查看。
PDF
DESIGN REPORT
打开 ↗C作品设计报告
定位原理、硬件电路、程序流程、系统测试与完整数据。
COMPETITION BRIEF
打开 ↗UWBC 题原题
基于无线通信的数字钥匙实验系统完整题面。
DEVELOPMENT KIT
浏览 ↗</>ALX-AOA-FIT 开发资料
规格书、协议、示例代码、硬件文件与安装视频。
SOURCE CODE
GitHub ↗完整项目仓库
Windows 上位机、串口协议测试与 MSPM0 固件。
CORE MCU MSPM0G3507POSITIONING UWB ToF + PDoACONTROL LINK Bluetooth UARTDECISION ID + Range + Angle