到目前為止，我們已經(jīng)在本系列中介紹了物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的許多技術(shù)，包括模擬傳感器接口、連接性、可編程數(shù)字、集成外設(shè)和成本優(yōu)化。在本專欄中，我們將以 Smart Lock 系統(tǒng)為例，展示如何將所有這些組合在一起。

高端智能鎖內(nèi)部的嵌入式系統(tǒng)需要處理多項(xiàng)任務(wù)，包括顯示驅(qū)動(dòng)、觸摸感應(yīng)、指紋感應(yīng)、接近檢測、電機(jī)控制、鎖狀態(tài)/篡改檢測、Wi-Fi 和 BLE 連接、安全和處理。為了加快開發(fā)和降低制造成本，設(shè)計(jì)人員正在轉(zhuǎn)向?qū)⑦@些功能集成到靈活和超低功耗架構(gòu)中的 SoC。隨著標(biāo)準(zhǔn)的不斷變化，集成方法還使 OEM 能夠更輕松地使設(shè)計(jì)保持最新。讓我們來看看這樣一個(gè)集成的 SoC 所處理的各個(gè)功能。

連接性

BLE：BLE 有助于配置鎖、重置鎖和遠(yuǎn)程身份驗(yàn)證。BLE 是所有聯(lián)網(wǎng)智能鎖的必備品，內(nèi)置 BLE 的 SoC 有助于顯著降低系統(tǒng)的成本、尺寸和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

WiFi：除了能夠與手機(jī)或智能手表進(jìn)行通信外，高級智能鎖還需要能夠與智能家居的其余部分進(jìn)行通信。WiFi 連接允許高級功能，例如實(shí)時(shí)查看進(jìn)入和退出日志，以及通過 Internet 對鎖進(jìn)行廣泛的用戶控制。此外，考慮到物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展速度，需要具有安全啟動(dòng)過程的安全無線 （OTA） 功能來使設(shè)備保持最新狀態(tài)。

用戶界面

顯示屏：高端智能鎖配備 TFT 或 OLED 顯示屏。通常，小型低成本顯示器使用并行 RGB 接口（也稱為 Intel 8080 接口）。與其他接口相比，RGB 接口可以以合理的刷新率驅(qū)動(dòng)中大型顯示器。使用 PWM、DMA 和可編程數(shù)字 I/O（即“智能”I/O）的智能組合，可以驅(qū)動(dòng)并行顯示器，而無需更昂貴的集成了專用圖形硬件引擎的 MCU。

用戶輸入：基于代碼的訪問還需要接收用戶的輸入。物理按鈕會(huì)占用額外的空間并影響 Smart Lock 的使用壽命。因此，基于電容感應(yīng)的觸摸屏可以與顯示驅(qū)動(dòng)一起實(shí)現(xiàn)，以創(chuàng)建集成的用戶界面。

安全

數(shù)據(jù)安全：由于用戶指紋數(shù)據(jù)存儲在設(shè)備中，因此安全至關(guān)重要。為智能鎖應(yīng)用設(shè)計(jì)的嵌入式系統(tǒng)需要提供安全存儲、安全操作和安全通信來保護(hù)此類敏感信息。以可靠且具有成本效益的方式提供安全性需要片上加密功能、集成的安全無線連接以及用于保護(hù)內(nèi)部和外部存儲器中的個(gè)人數(shù)據(jù)的機(jī)制。

指紋感應(yīng)和接近檢測：作為基于代碼的輸入的替代方案，可以使用指紋驗(yàn)證提供安全訪問。然而，連續(xù)掃描指紋傳感器以進(jìn)行觸摸在節(jié)能方面效率低下。為了最大限度地減少掃描時(shí)間，使用電容感應(yīng)的接近檢測提供了一種節(jié)能方法。具體來說，指紋傳感器周圍的電容式接近傳感器使系統(tǒng)能夠檢測到手指從幾厘米外接近墊子。這使系統(tǒng)能夠在空閑模式下完全關(guān)閉指紋傳感器和相關(guān)電路。當(dāng)接近傳感器檢測到手指時(shí)，系統(tǒng)有足夠的時(shí)間啟動(dòng)指紋傳感器并準(zhǔn)備捕捉觸摸。

使用感應(yīng)感應(yīng)的機(jī)械安全性：感應(yīng)感應(yīng)可以感應(yīng)金屬的接近程度。這在幾種情況下派上用場，例如，檢測門栓是否安全到位。感應(yīng)感應(yīng)還可用于檢測任何篡改鎖的企圖，例如強(qiáng)行移除滑塊或使鎖體變形。當(dāng)感應(yīng)傳感器檢測到篡改時(shí)，可以向所有者發(fā)送警報(bào)或在線警報(bào)。

加工

需要像 Arm Cortex-M4 這樣的高能效 CPU 內(nèi)核來處理所有處理，包括

處理傳感器數(shù)據(jù)

通過 SPI 等接口管理與指紋模塊的通信。

完整的指紋處理，包括匹配和登記算法

電容感應(yīng)掃描與處理

系統(tǒng)管理，包括安全任務(wù)和傳感器控制

顯示圖形，例如繪圖文本、圖像、形狀等。

管理 BLE 鏈路層控制器，維護(hù) BLE 連接和廣告以及 BLE 主機(jī)層任務(wù)，其中包括所有服務(wù)、配置文件和連接身份驗(yàn)證

電機(jī)控制

遠(yuǎn)程控制鎖需要一個(gè)馬達(dá)來移動(dòng)鎖舌。此任務(wù)通常使用 BLDC 電機(jī)和相關(guān)的控制電路來完成。電機(jī)控制可以使用可編程邏輯和模擬集成到 SoC 中，以減少組件數(shù)量，同時(shí)獨(dú)立于 CPU 工作。

新物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的設(shè)備數(shù)量與之前的PC和智能手機(jī)時(shí)代相差幾個(gè)數(shù)量級。因此，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備必須小巧且便宜，才能擴(kuò)大其預(yù)期市場。在下一篇專欄中，我們將深入探討一種小型、廉價(jià)的智能家居連接設(shè)備設(shè)計(jì)。

作者：Jaya Bindra ，Nidhin MS

審核編輯：郭婷