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智能門鎖

當(dāng)你忙碌一天回到家時(shí)，要做的第一件事就是掏出鑰匙打開家門。因此，家中的大門也常常被看作構(gòu)建智慧家庭的第一入口。如何讓第一入口變得更智能、更安全呢？

答案是：只有智能門鎖才能滿足你的需求。

智能門鎖是一種電子無(wú)鑰匙鎖，其突出特點(diǎn)在于它融合了先進(jìn)的耐用性和生物識(shí)別保護(hù)措施，使用Wi-Fi或藍(lán)牙連接與安裝在家中的其他電子設(shè)備進(jìn)行交互。智能門鎖之前的技術(shù)包括使用身份證、密碼、機(jī)械鎖、碼字和紙條，這些技術(shù)維護(hù)起來(lái)很繁瑣，數(shù)據(jù)被盜或丟失的可能性很高。

現(xiàn)在的智能門鎖可以用特定的遙控鑰匙操作，也可以通過(guò)在手機(jī)中安裝的應(yīng)用程序進(jìn)行控制。如果有需求，用戶可以向指定人員發(fā)送臨時(shí)鑰匙，讓他們?cè)谔囟ǖ臅r(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)入家中。

如今，采用指紋和人臉識(shí)別等生物識(shí)別技術(shù)的智能鎖也越來(lái)越多。與傳統(tǒng)方法相比，智能門鎖技術(shù)靈活且易于使用。尤其是與用戶的智能手機(jī)同步進(jìn)行訪問(wèn)控制，使其工作更加可靠、操作更加友好，市場(chǎng)占有率因此大幅攀升。

01

消費(fèi)者購(gòu)買智能門鎖

看重的因素？

市場(chǎng)上的智能門所種類繁多，功能也因購(gòu)買的確切型號(hào)而有差異。翻看網(wǎng)上的信息，我們可找到眾多機(jī)構(gòu)或媒體對(duì)市場(chǎng)上主流智能門鎖產(chǎn)品的評(píng)測(cè)結(jié)果，其中不乏花費(fèi)四個(gè)月甚至更長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行評(píng)測(cè)得出的報(bào)告，其用意無(wú)非就是讓消費(fèi)者能夠用合理的價(jià)格購(gòu)買到他們滿意的智能鎖。綜合來(lái)看，被機(jī)構(gòu)推崇的智能門鎖主要具備以下特點(diǎn)：

外形時(shí)尚漂亮

這一點(diǎn)很好理解，畢竟是家庭的第一入口，細(xì)致的工藝和美觀但不引人注目的設(shè)計(jì)才打動(dòng)人心。

模塊化設(shè)計(jì)

基于同一核心單元，消費(fèi)者可以在鍵盤或觸摸屏、按鍵和無(wú)鑰匙型號(hào)之間進(jìn)行選擇，這種設(shè)計(jì)可以讓消費(fèi)者根據(jù)需求的變化隨心所欲地購(gòu)買和升級(jí)。

易于安裝并輕松與智能家居設(shè)備集成

運(yùn)行良好、安裝簡(jiǎn)單、升級(jí)簡(jiǎn)單，以滿足不斷變化的智能家居標(biāo)準(zhǔn)，是人們對(duì)當(dāng)今智能家居產(chǎn)品的基本需求。在一份評(píng)測(cè)報(bào)告中，有一款智能門鎖備受測(cè)試者的好評(píng)，它打動(dòng)人心的地方是：操作比普通的舊鎖和鑰匙更簡(jiǎn)單，能輕松和快速地與智能家居平臺(tái)例如HomeKit、Alexa和Google home進(jìn)行集成。消費(fèi)者可以輕松為自己和家人、客人以及邀請(qǐng)的其他人開通并管理進(jìn)入家庭的通道，并通過(guò)地理圍欄、代碼和遠(yuǎn)程控制提供永久或臨時(shí)訪問(wèn)。

功能多樣性

外形和易用性大多反應(yīng)了產(chǎn)品的外在屬性，擁有多種不同的解鎖方式是智能鎖的重要特征。根據(jù)調(diào)查，非常受歡迎的解鎖方式包括物理鑰匙訪問(wèn)、基于應(yīng)用程序的控制、數(shù)字代碼和指紋識(shí)別功能等。然而，無(wú)論選擇何種解鎖方式，響應(yīng)能力都是考驗(yàn)智能門鎖功能的關(guān)鍵。

價(jià)格合理

物超所值是人們購(gòu)買家居產(chǎn)品的共同心愿。隨著產(chǎn)品和技術(shù)的逐漸成熟，智能門鎖的市場(chǎng)普及率大幅提升，價(jià)格也隨之下降，無(wú)論是家庭還是商業(yè)應(yīng)用，智能門鎖都迎來(lái)了發(fā)展良機(jī)。

市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)智能門鎖全球增長(zhǎng)率將達(dá)到25%，2024年銷量增長(zhǎng)將擴(kuò)大到約2300萬(wàn)臺(tái)，其中住宅市場(chǎng)的增長(zhǎng)率高達(dá)70%。根據(jù)Allied Market Research的預(yù)測(cè)，2020年，全球智能鎖市場(chǎng)規(guī)模約為23.67億美元，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到149.7億美元，2021年至2030年的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）為20.1%。

無(wú)論多美“完美”的產(chǎn)品也很難做到十全十美。既然是智能家居產(chǎn)品，智能門鎖必然會(huì)存在一些讓消費(fèi)者難以接受的不足或短板。即便是那款備受測(cè)試者好評(píng)的智能門鎖，對(duì)比其他評(píng)測(cè)產(chǎn)品，只有它沒(méi)有提供指紋識(shí)別。電池電量不足的問(wèn)題幾乎是市場(chǎng)上每一款智能門鎖都會(huì)面臨的挑戰(zhàn)，這也是消費(fèi)者選擇產(chǎn)品時(shí)的重要考察點(diǎn)。

02

智能門鎖的幾種主要類型

智能門鎖可分為住宅和商業(yè)智能門鎖。根據(jù)技術(shù)，它又分為Wi-Fi和藍(lán)牙智能門鎖。

基于技術(shù)，藍(lán)牙門鎖細(xì)分市場(chǎng)在2020年主導(dǎo)了幾乎整個(gè)智能門鎖行業(yè)，預(yù)計(jì)在接下來(lái)的幾年內(nèi)這一趨勢(shì)仍將繼續(xù)保持。藍(lán)牙智能門鎖技術(shù)可謂是市場(chǎng)上極方便的智能鎖技術(shù)，因?yàn)槭袌?chǎng)上幾乎每一款智能手機(jī)都配備了藍(lán)牙，所以消費(fèi)者可以輕松將智能門鎖與智能手機(jī)捆綁在一起，并將其集成到其他家庭自動(dòng)化系統(tǒng)中。此外，藍(lán)牙智能門鎖的安全性極高，因?yàn)樵O(shè)備不需要始終連接到互聯(lián)網(wǎng)，大幅降低了黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。

與此同時(shí)，Wi-Fi門鎖預(yù)計(jì)亦將大幅增長(zhǎng)。支持Wi-Fi的智能門鎖可以與連接到網(wǎng)絡(luò)的其他家庭設(shè)備同步，以獲得每日更新。此外，支持Wi-Fi的系統(tǒng)由螺線管鎖和安卓應(yīng)用程序組成，智能手機(jī)可以在特定范圍內(nèi)使用Wi-Fi技術(shù)自動(dòng)激活和禁用門鎖，先進(jìn)可靠的功能在推動(dòng)這一細(xì)分市場(chǎng)增長(zhǎng)中發(fā)揮了重要作用。

從產(chǎn)品形態(tài)角度看，目前市場(chǎng)上的主流智能門鎖有幾下幾個(gè)基本類型：

帶鍵盤的智能門鎖

許多智能門鎖都配有鍵盤。這種門鎖的設(shè)計(jì)允許您通過(guò)在鍵盤上創(chuàng)建并輸入一個(gè)獨(dú)特的代碼來(lái)解鎖大門。操作鍵盤鎖不需要隨身攜帶物理或無(wú)線鑰匙。當(dāng)您想拒絕他人訪問(wèn)時(shí)，您可以輕松重置鍵盤代碼。

它的優(yōu)點(diǎn)是只需與值得信賴的朋友和家人共享代碼，即可輕松控制誰(shuí)可以訪問(wèn)你的住所，沒(méi)有鑰匙丟失或被盜的風(fēng)險(xiǎn)。缺點(diǎn)是無(wú)法在智能手機(jī)上檢查門鎖的狀態(tài)。在安全性方面，如果你使用一個(gè)通用代碼（例如家庭成員的生日），其他人可能很容易在你不知情的情況下發(fā)現(xiàn)你的代碼并訪問(wèn)你的家。如果你把密碼發(fā)給某人，此人就可以無(wú)限次訪問(wèn)你的住所直至你更改了密碼。

帶無(wú)線鑰匙的智能門鎖

大多數(shù)無(wú)鑰匙門鎖是借助Wi-Fi或藍(lán)牙在手機(jī)上鎖門和開鎖。這種操作方式既有優(yōu)點(diǎn)也有風(fēng)險(xiǎn)：優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需記住代碼，是一款完全依靠手機(jī)控制的門鎖；缺點(diǎn)是如果有人拿走并解鎖你的手機(jī)，他們可以隨時(shí)進(jìn)入你的家。如果你丟了手機(jī)，那麻煩就更大了。另外，雖然無(wú)鑰匙智能鎖是很安全的智能門鎖之一，但它們很容易受到手機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)黑客的攻擊。

生物識(shí)別智能門鎖

生物識(shí)別智能門鎖允許用戶通過(guò)將手指放在傳感器上或掃描面部輪廓來(lái)解鎖大門。這種門鎖的優(yōu)點(diǎn)是要想模仿別人的全部指紋或面部非常困難，使得生物識(shí)別門鎖比其他門鎖的設(shè)計(jì)更難被篡改，也不存在忘記代碼的可能。缺點(diǎn)是生物識(shí)別門鎖存儲(chǔ)了大量生理特征數(shù)據(jù)，可能會(huì)讓人覺(jué)得存在隱私安全的問(wèn)題，生物識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)可能成為黑客攻擊的目標(biāo)。

另外，當(dāng)前的生物識(shí)別技術(shù)并不是十分完善，由于溫度、光線、面部表情等因素，你的智能門鎖有時(shí)會(huì)無(wú)法立即識(shí)別你。

每種不同類型的智能門鎖都有自己的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在無(wú)法克服的缺點(diǎn)。比如生物識(shí)別智能門鎖是很難篡改的，安全性高，它可以為你的家庭提供幾乎萬(wàn)無(wú)一失的安全保障。

如果你是一個(gè)很容易忘記密碼的人，或者經(jīng)常忘記鎖門，那么你可能需要考慮使用無(wú)線鑰匙的門鎖。加入你的家庭經(jīng)常有很多客人來(lái)訪，或者需要為AirBnB的房屋配置智能門鎖，鍵盤鎖將是理想的選擇。

03

先進(jìn)的智能門鎖設(shè)計(jì)方案

智能門鎖包括一個(gè)手動(dòng)訪問(wèn)鍵盤、一個(gè)用于通過(guò)軟件應(yīng)用程序訪問(wèn)的智能手機(jī)無(wú)線協(xié)議鏈路、一個(gè)監(jiān)測(cè)門把手位置的傳感器、門鎖/解鎖執(zhí)行器等。圖1為一款智能門鎖的基本組成框圖，其中包含建議的保護(hù)和傳感組件。

圖1：智能門鎖系統(tǒng)方框圖

（圖源：embeddedcomputing.com）

Silicon Labs

智能門鎖無(wú)線解決方案

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圖2：用于EFR32xG28快速原型開發(fā)的評(píng)估套件（圖源：Silicon Labs）

為智能鎖選擇適合的無(wú)線協(xié)議是整個(gè)方案成功的關(guān)鍵。在Silicon Labs的無(wú)線解決方案中，其無(wú)線產(chǎn)品組合包括Wi-Fi、藍(lán)牙、Z-Wave、Zigbee、Thread和專有解決方案，具有靈活的多協(xié)議共存、簡(jiǎn)單的設(shè)備調(diào)試和先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)安全性，簡(jiǎn)化了安全、節(jié)能的智能鎖設(shè)計(jì)。

在智能門鎖方案中，微控制器（MCU）擔(dān)負(fù)著實(shí)現(xiàn)門鎖智能化功能的重任。EFR32是一款專注于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線SoC，在2.4和sub-GHz頻率下都具有強(qiáng)大的射頻性能。它還具有良好的輸出功率和高靈敏度。此外，該產(chǎn)品還提供了優(yōu)化的電源性能，具有較低的活動(dòng)電流和休眠電流，從而延長(zhǎng)了電池壽命。這些MCU特性對(duì)門鎖特別重要，它們不僅提供了良好的生態(tài)系統(tǒng)互操作性，并且具有端到端加密等內(nèi)置安全功能。內(nèi)置的防篡改保護(hù)可確保芯片始終處于安全狀態(tài)。

其中，EFR32ZG28 SoC是公司新推出的雙頻Sub-GHz + 2.4 GHz BLE SoC解決方案，非常適合于需要更多閃存、RAM和GPIO 的Z-Wave應(yīng)用場(chǎng)景，尤其適用于電池供電的智能鎖?？紤]到應(yīng)用的特殊性，智能鎖必須能承受復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊，專用的安全內(nèi)核支持Secure Vault，具有高安全認(rèn)證（PSA 3級(jí)），為智能鎖增加了安全保障。此外，EFR32ZG28還可以支持包括Wi-SUN、Amazon Sidewalk和無(wú)線M-BUS在內(nèi)的其他協(xié)議。

另一款產(chǎn)品EFR32SG28是適用于Amazon Sidewalk設(shè)備的安全低功耗雙頻SoC，支持BLE和Sub-GHz FSK。支持1 英里網(wǎng)絡(luò)范圍、超低功耗、大內(nèi)存和GPIO，適用于Amazon Sidewalk智能鎖。同樣擁有的Secure Vault為智能鎖帶來(lái)更優(yōu)秀的安全性表現(xiàn)，保護(hù)無(wú)線數(shù)據(jù)和設(shè)備免受遠(yuǎn)程和本地攻擊。EFR32xG28 Explorer套件是一個(gè)基于EFR32xG28 SoC的小封裝開發(fā)和評(píng)估平臺(tái)，主要用于快速原型設(shè)計(jì)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的概念生成，適用于Wi-SUN、Amazon Sidewalk、無(wú)線M-Bus、專有網(wǎng)絡(luò)等Sub-GHz和BLE。

NXP智能門鎖設(shè)計(jì)方案

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圖3：UWB智能門鎖方案（圖源：NXP）

在NXP提供的智能門鎖設(shè)計(jì)方案中，可通過(guò)NFC接觸或免接觸技術(shù)訪問(wèn)，并使用低功耗藍(lán)牙（BLE）或超寬帶（UWB）與用戶的智能手機(jī)通信，從而提高安全級(jí)別。圖3為NXP提供的UWB智能門鎖方案框圖，其中的多個(gè)組件已有模塊化產(chǎn)品。

NXP率先提供的系統(tǒng)級(jí)UWB解決方案由全面的軟件產(chǎn)品和強(qiáng)大的安全集成提供支持，包括嵌入式安全元件（eSE）和近場(chǎng)通信（NFC）的集成。在這個(gè)UWB方案中，UWB模塊TrimensionSR150是面向物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的安全超寬帶解決方案，并根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的特殊需求增加了到達(dá)角(AoA)技術(shù)，提高了精確度。

由Murata公司提供的Trimension SR150 UWB開發(fā)套件基于NXP SR150 UWB收發(fā)器IC，支持各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備執(zhí)行定位任務(wù)或創(chuàng)建具有多個(gè)UWB 錨點(diǎn)的裝置。經(jīng)蘋果公司批準(zhǔn)，該開發(fā)套件可評(píng)估支持UWB的配件，這些配件利用蘋果公司的Nearby Interaction框架與含U1芯片的蘋果公司產(chǎn)品進(jìn)行交互。

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圖4：Trimension SR150 UWB開發(fā)套件

（圖源：NXP）

在UWB智能門鎖方案中采用的BLE模塊QN9090和QN9030，是QN系列中新的微控制器，集成了Arm Cortex-M4 CPU和模數(shù)外設(shè)，可實(shí)現(xiàn)超低功耗。集成的存儲(chǔ)器支持高達(dá)640KB的板載閃存和152KB的SRAM，為安全的無(wú)線(OTA)更新提供了空間和靈活性。

另外，QN9090T和QN9030T集成了NFC NTAG以支持帶外配對(duì)等用例。通過(guò)使用NFC讀取器設(shè)備輕觸基于QN9090T的設(shè)備，例如智能手機(jī)或平板電腦，可快速建立BLE連接，從而簡(jiǎn)化配對(duì)過(guò)程。

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圖5：QN9090和QN9030系統(tǒng)方框圖

（圖源：NXP）

Renesas智能門鎖參考設(shè)計(jì)

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圖6：RL78/G1D BLE MCU系統(tǒng)框圖

（圖源：Renesas）

Renesas的智能門鎖方案只需使用智能手機(jī)上的應(yīng)用程序即可遠(yuǎn)程鎖門和開鎖。應(yīng)用程序中內(nèi)置報(bào)警模式（在鎖定狀態(tài)下斷鏈時(shí)激活）和密碼管理功能，可以提高整體安全性。用戶還可以通過(guò)智能手機(jī)應(yīng)用程序查看智能鎖的狀態(tài)，包括電池電量和門鎖狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

該解決方案主要基于RL78/G1D BLE MCU。這款支持BLE的MCU，在4.3毫安RF傳輸電流（0 dBm輸出）和3.5毫安RF接收電流下實(shí)現(xiàn)了超低水平的電流消耗。由于連接天線所需的元件是內(nèi)置的，不僅簡(jiǎn)化了天線連接的電路設(shè)計(jì)，而且有助于降低產(chǎn)品的成本。RL78/G1D還集成了一個(gè)用于RF芯片的32MHz晶振和一個(gè)天線，是一款結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧的模塊。

有關(guān)智能門鎖的安全防護(hù)

智能門鎖屬于電子設(shè)備，用戶界面常常會(huì)配備一個(gè)鍵盤，用戶必須用手指接觸該鍵盤才能輸入預(yù)先編好的訪問(wèn)代碼。在非常干燥的環(huán)境中，所有用戶都可能是ESD的來(lái)源。此時(shí)可考慮使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管或TVS二極管陣列進(jìn)行ESD保護(hù)。此外，無(wú)線和用戶接口也是極易受到來(lái)自用戶ESD影響的位置，在設(shè)計(jì)中也需采取措施防范ESD帶來(lái)的影響，以避免損壞敏感的電子器件。此時(shí)可考慮使用聚合物ESD抑制器。這種抑制器可承受±8kV的直接接觸ESD，典型電容值為0.06pF，對(duì)低于1ns的瞬態(tài)響應(yīng)時(shí)間非?？?，能夠吸收任何ESD瞬態(tài)，同時(shí)對(duì)無(wú)線接口輸出的特性阻抗幾乎沒(méi)有影響。

04

結(jié)語(yǔ)

如今，越來(lái)越多的人開始選擇先進(jìn)的智能門鎖而非傳統(tǒng)的機(jī)械門鎖。接下來(lái)的幾年間這一需求將只升不降。

預(yù)計(jì)到2030年，全球智能門鎖年使用量有望達(dá)到813萬(wàn)個(gè)。2022年，全球智能鎖市場(chǎng)規(guī)模為19億美元。展望未來(lái)，IMARC集團(tuán)預(yù)計(jì)，到2028年智能門鎖的市場(chǎng)規(guī)模將攀升至54.1億美元，2023-2028年的增長(zhǎng)率（CAGR）為19.8%。

對(duì)遠(yuǎn)程訪問(wèn)控制和監(jiān)控需求的不斷增長(zhǎng)，智能家居技術(shù)的日益普及，以及對(duì)先進(jìn)安全系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)不斷提高，是推動(dòng)市場(chǎng)發(fā)展的主要因素。

智能門鎖是智能家居的關(guān)鍵組件，它顯著提高了智慧家庭的入口安全，同時(shí)使我們的生活更加便利。有了智能門鎖，我們?cè)谌魏蔚胤蕉伎梢园踩卣瓶丶依锏拇箝T，家庭成員丟失鑰匙也不再是問(wèn)題。集成了多種技術(shù)的智能鎖，允許用戶使用智能手機(jī)、平板電腦或其他連接設(shè)備遠(yuǎn)程鎖門和開鎖。它提供的各種功能，如無(wú)鑰匙進(jìn)入、生物識(shí)別認(rèn)證和臨時(shí)訪問(wèn)代碼，都為用戶提供了門鎖管理上的便利。與傳統(tǒng)門鎖相比，智能門鎖擁有更高的安全等級(jí)，是家庭真正的“門神”。重要的是，智能門鎖還可以集成到智能家居生態(tài)系統(tǒng)中，為智慧家庭的實(shí)現(xiàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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