智能門鎖

近幾年，智能門鎖逐漸進入越來越多的家庭。有了它，用戶無需鑰匙就能打開和關閉大門。此外，智能門鎖還可以為人們提供高水平的安全性，這是傳統門鎖或警報器所不能提供的。

根據一項新的研究分析，全球智能門鎖市場規模預計在未來五年內將以約13.2%的復合年增長率增長，從2019年的18.7億美元增至2024年的39.3億美元。

根據奧維云網2020年4月300+城市調研數據顯示，今年1-4月，國內精裝市場新開盤項目套數43.8萬套，而配置了精裝智能門鎖部品的精裝房源項目共開盤了28.8萬套，其精裝智能門鎖部品配套率為65.7%，與去年同期配套率份額相比提升了17.3%。

圖2：智能門鎖市場情況（圖源：奧維云網（AVC）地產大數據）

智能門鎖發展的三道坎

智能門鎖是家中的第一道安全屏障。然而，央視財經在去年的一項市場調查中發現，40款智能門鎖中有15%能輕易被打開，這是一個嚇人的數字。

從根本上說，智能門鎖是一個機電系統，在接收來自授權源的命令后執行鎖定和解鎖功能。這些命令通常通過使用Wi-Fi或藍牙的智能手機、可穿戴設備或平板電腦進行傳輸。此外，房主還可以通過智能門鎖從任何位置對房間進行監控，并進行定制以確定訪問權限。智能門鎖真要在市場上大賣，并成為智能家居的入口，還需要跨過下面這三道坎。

一、建立低功耗、高可靠的連接問題

智能門鎖現在最常用的通信協議是藍牙、Zigbee、Z-Wave、Wi-Fi和NFC。由于藍牙低功耗（BLE）的能耗很低，因此藍牙智能門鎖在市場上很常見。這種門鎖，一組電池就能使用一年或更長時間。不過，藍牙門鎖的工作范圍相比其他類型的產品要小很多。此外，藍牙門鎖在工作時需要連接到智能手機而不是集線器，這在一定程度上限制了遠程（尤其是離家時）控制門鎖的能力。

使用Z-Wave或Zigbee的智能門鎖也是智能家居中的熱門選擇。這兩種無線協議不直接與智能手機通信，而是與連接到家庭Wi-Fi網絡的中央集線器通信。由于中央集線器與家庭Wi-Fi網絡相連，只要有互聯網連接，房主就可以從世界任何地方控制家里的智能門鎖。由于Z-Wave僅能傳輸少量的信號，它的缺點是連接時需要借助網關或Hub，節點較多。ZigBee與Z-Wave的最大差異是，不同廠商的ZigBee芯片雖然是根據特定標準做出來的，但在互通上仍存在一些問題。同樣地，ZigBee在連接時也需要借助網橋才能將WiFi網絡信號轉換并接入ZigBee網狀網絡。 使用WiFi傳輸的產品設置最簡單，只要將產品連上家中的WiFi就能用手機控制了。Wi-Fi智能門鎖在使用時也需要與家庭網絡連接，然而，由于Wi-Fi對能量要求很高，電池的壽命可能會成為一個大問題。 將NFC用于智能門鎖，在省電、高效開啟門鎖上具有較大優勢，人們最常使用的智能手機成了開鎖卡，非常方便。然而，這種解決方案的劣勢也很明顯，相比藍牙能在更遠距離使用，NFC必須貼近才能開鎖，無法實現遠程操控。加之早期推廣費用偏高，NFC在智能門鎖中的應用目前仍局限在比較小的范圍。

上述幾種連接方式的智能門鎖在市場上均有銷售，同時滿足低功耗、易配置、可遠程操控這三個條件，目前看起來還有一定的難度。

二、安全問題

在智能門鎖的開啟方式上，密碼和生物識別是目前我國智能門鎖行業應用最多的，使用純文本密碼很顯然最能暴露智能門鎖在安全性上的漏洞，這一點無需贅述。采用指紋和人臉識別技術的生物識別是目前采用最多的兩種開鎖方式。

指紋識別是目前智能門鎖中使用較多的技術，目前市面上指紋識別模塊主要有光學指紋和電容指紋識別模塊（半導體指紋識別模塊）兩種。一般情況下，電容指紋識別模塊的識別速度、識別率要優于光學指紋識別模塊，尤其對于小孩、老人、指紋紋路較淺、手指干燥的使用者來說，電容指紋識別模塊的優勢更為明顯。同時，電容指紋識別模塊具備一定的防偽指紋能力，但其表面耐刮傷能力較差，且對于手指上的水比較敏感，會直接影響識別成功率。光學指紋識別模塊的環境適應性較強，具備一定的耐壓、耐磨、耐酸堿、污漬腐蝕等能力，但在指紋紋路較淺、手指干燥或脫皮的情況下，識別率會降低，開啟速度明顯減慢。 人臉識別的最大挑戰是狀態不穩定，人臉是動態的，眼睛、嘴巴和鼻子以及表情等都會影響人臉的特征。另外，化妝、戴口罩、發型改變以及光線變化都可以成為影響人臉特征的因素。還有一個重要因素就是，人臉識別門鎖的功耗遠大于指紋鎖，補光、圖像采集等都很耗電。

智能門鎖的安全性還體現在網絡連接上。我們知道，凡是聯網設備都有這種顧慮，好在網絡安全機制越來越健全，網絡安全問題正在逐步改觀。

三、智能門鎖與智能家居其他設備的集成問題

現在，每個智能門鎖都有自己獨特的兼容協議和設備列表，要想將其與家中的智能家居設備進行集成，還需向智能家居安裝商征求意見，也許只有他們才知道哪些門鎖最適合其方案。

智能門鎖市場背后的“芯”戰

5G時代，萬物互聯，時延極低，必將對我們的生活帶來較大改變。作為智能家居產品中非常重要的一環，智能門鎖市場發展迅速。根據全國制鎖行業信息中心數據顯示，2017年智能門鎖企業有1200家，2018年就上漲到2000家，接近甚至超過了傳統機械制鎖規模以上企業的數量。不過，智能門鎖目前是一個品牌集中度較高的市場。根據奧維云網的數據，2020年1-4月精裝智能門鎖市場TOP 5品牌的份額占比超過46%。從品牌性質來看，內資品牌在精裝智能門鎖市場更受開發商認可，市場占比達到81.4%。

而正如上文所述，智能門鎖要想進一步提升市場滲透率，真正成為未來家居生活的標配，必須要考慮通過技術賦能，邁過擋在面前的這三道坎。為此，相關廠商早就行動起來了，智能門鎖背后的“芯”戰也已經開始。下面我們就來盤點幾款受智能門鎖企業青睞的解決方案。

Cypress PSoC 6平臺已經并入Infineon Technologies的Cypress今年4月份曾對媒體表示，國內排名TOP 20的智能門鎖廠商，一些新開發的方案很快將會使用Cypress PSoC 6平臺。 PSoC 6系列產品包括基礎款PSoC 62、帶BLE無線連接的PSoC 63、安全升級的PSoC 64。產品的最大特點是：高集成度、高性能、低功耗，另有廣泛的生態支持，已經得到小米以及阿里天貓的智能家居生態雙重認證。傳統方案中指紋識別、語音控制、電容觸摸、屏幕顯示、無線連接、RTC等需要3-4顆芯片才能實現的功能，如今全部整合到PSoC 6中，成本降低了30%-40%。在指紋識別速度上，PSoC 6可以做到200ms以內，最多可以支持100組指紋。在深度睡眠模式（電容觸摸喚醒、BLE廣播）下，PSoC 6的功耗低至35uA。另外，由于支持BLE和BLE Mesh連接，在保證數據連接的同時，還能最大限度降低系統的功耗。由于PSoC 6組件為即插即用方式，能將產品的開發時間從大約一年縮短至最快三個月。

圖3：Cypress的智能門鎖方案（圖源：Cypress）

TI SimpleLink智能鎖參考設計

在電子鎖系統中使用Wi-Fi連接可以方便地隨時創建和管理訪問密鑰，此外，將Wi-Fi直接集成到智能門鎖中，無需使用網橋就能將門鎖連接到互聯網。由此相關的芯片和方案廠商也找到了自己的發力點。使用SimpleLink Wi-Fi技術的智能鎖參考設計是Texas Instruments（TI）提供的具有云連接功能的電池供電智能門鎖解決方案。該方案集成了Wi-Fi無線電、網絡處理器和MCU等器件，具有安全云連接應用所必需的各種內置安全機制，低功耗能力和集成安全特性是該方案的重點設計考慮。通常，Wi-Fi連接的智能門鎖方案功耗相對較高，但TI的方案通過使用CC3220實現非常低的電流消耗，可用電池供電。同時，在安全性和堅固耐用方面，也有著充分的考慮。此外，TI的集成電路和參考設計可幫助工程師應對復雜的設計問題，縮短產品上市時間。

圖4：基于SimpleLink Wi-Fi技術智能鎖參考設計方框圖（圖源：TI）

NXP RocketXS解決方案

NXP Semiconductors一體化住宅電子門鎖解決方案RocketXS融合了該公司在NFC、BLE和門禁控制領域的多項領先技術，包含所有必要的組件，從硬件、固件和微信小程序到設計指南和生產工具，屬于一站式解決方案。RocketXS支持所有基于NFC的憑證、指紋和鍵盤輸入，Magic Information安全指紋模塊最多可登記100個指紋，并且在指紋模塊中內嵌了安全裝置，可提供端到端加密。由于采用低功率設計，耗電量僅為20μA。另外，采用RocketXS方案的智能門鎖，可以通過微信“小程序”使用，無需下載應用，也無需太多精力維護，是一款高性價比的方案。

圖5：NXPRocketXS電子門鎖解決方案框圖（圖源：NXP）

Nordic nRF52840解決方案

在京東智能門鎖熱賣品牌排行榜中位居第九的綠米Aqara智能門鎖N200采用了Nordic Semiconductor的nRF52840 SoC，為智能手機和智能家居聯網提供安全的低功耗藍牙無線連接。Nordic SoC包含一個Arm TrustZone CryptoCell-310加密模塊和一個AES 128位硬件加速器。這些功能支持用于安全應用的各種非對稱、對稱和哈希加密（Hashing cryptography）服務，從而支持Aqara智能門鎖N200解鎖過程的安全性。這款智能門鎖使用八節AAA電池供電，在普通操作下的電池壽命長達18個月。此外，它還支持近場通信（NFC）、指紋、密碼和臨時密碼以及緊急鑰匙解鎖，并通過蘋果HomeKit和小米米家兼容性測試。

圖6：綠米Aqara智能門鎖N200（圖源：Nordic）

雖然智能門鎖技術在設計上仍然相當基礎，但未來確有無限可能，有專家樂觀地預測，視網膜掃描或“音鍵”也許會成為智能門鎖的新標準。
責任編輯人：CC