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智能門鎖

當你忙碌一天回到家時，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鑰匙鎖，其突出特點在于它融合了先進的耐用性和生物識別保護措施，使用Wi-Fi或藍牙連接與安裝在家中的其他電子設(shè)備進行交互。智能門鎖之前的技術(shù)包括使用身份證、密碼、機械鎖、碼字和紙條，這些技術(shù)維護起來很繁瑣，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，也可以通過在手機中安裝的應(yīng)用程序進行控制。如果有需求，用戶可以向指定人員發(fā)送臨時鑰匙，讓他們在特定的時間范圍內(nèi)進入家中。

如今，采用指紋和人臉識別等生物識別技術(shù)的智能鎖也越來越多。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同步進行訪問控制，使其工作更加可靠、操作更加友好，市場占有率因此大幅攀升。

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消費者購買智能門鎖

看重的因素？

市場上的智能門所種類繁多，功能也因購買的確切型號而有差異。翻看網(wǎng)上的信息，我們可找到眾多機構(gòu)或媒體對市場上主流智能門鎖產(chǎn)品的評測結(jié)果，其中不乏花費四個月甚至更長時間進行評測得出的報告，其用意無非就是讓消費者能夠用合理的價格購買到他們滿意的智能鎖。綜合來看，被機構(gòu)推崇的智能門鎖主要具備以下特點：

外形時尚漂亮

這一點很好理解，畢竟是家庭的第一入口，細致的工藝和美觀但不引人注目的設(shè)計才打動人心。

模塊化設(shè)計

基于同一核心單元，消費者可以在鍵盤或觸摸屏、按鍵和無鑰匙型號之間進行選擇，這種設(shè)計可以讓消費者根據(jù)需求的變化隨心所欲地購買和升級。

易于安裝并輕松與智能家居設(shè)備集成

運行良好、安裝簡單、升級簡單，以滿足不斷變化的智能家居標準，是人們對當今智能家居產(chǎn)品的基本需求。在一份評測報告中，有一款智能門鎖備受測試者的好評，它打動人心的地方是：操作比普通的舊鎖和鑰匙更簡單，能輕松和快速地與智能家居平臺例如HomeKit、Alexa和Google home進行集成。消費者可以輕松為自己和家人、客人以及邀請的其他人開通并管理進入家庭的通道，并通過地理圍欄、代碼和遠程控制提供永久或臨時訪問。

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、基于應(yīng)用程序的控制、數(shù)字代碼和指紋識別功能等。然而，無論選擇何種解鎖方式，響應(yīng)能力都是考驗智能門鎖功能的關(guān)鍵。

價格合理

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

市場分析機構(gòu)預計智能門鎖全球增長率將達到25%，2024年銷量增長將擴大到約2300萬臺，其中住宅市場的增長率高達70%。根據(jù)Allied Market Research的預測，2020年，全球智能鎖市場規(guī)模約為23.67億美元，預計到2030年將達到149.7億美元，2021年至2030年的復合年增長率（CAGR）為20.1%。

無論多美“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，智能門鎖必然會存在一些讓消費者難以接受的不足或短板。即便是那款備受測試者好評的智能門鎖，對比其他評測產(chǎn)品，只有它沒有提供指紋識別。電池電量不足的問題幾乎是市場上每一款智能門鎖都會面臨的挑戰(zhàn)，這也是消費者選擇產(chǎn)品時的重要考察點。

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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和藍牙智能門鎖。

基于技術(shù)，藍牙門鎖細分市場在2020年主導了幾乎整個智能門鎖行業(yè)，預計在接下來的幾年內(nèi)這一趨勢仍將繼續(xù)保持。藍牙智能門鎖技術(shù)可謂是市場上極方便的智能鎖技術(shù)，因為市場上幾乎每一款智能手機都配備了藍牙，所以消費者可以輕松將智能門鎖與智能手機捆綁在一起，并將其集成到其他家庭自動化系統(tǒng)中。此外，藍牙智能門鎖的安全性極高，因為設(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險。

與此同時，Wi-Fi門鎖預計亦將大幅增長。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，智能手機可以在特定范圍內(nèi)使用Wi-Fi技術(shù)自動激活和禁用門鎖，先進可靠的功能在推動這一細分市場增長中發(fā)揮了重要作用。

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

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)計允許您通過在鍵盤上創(chuàng)建并輸入一個獨特的代碼來解鎖大門。操作鍵盤鎖不需要隨身攜帶物理或無線鑰匙。當您想拒絕他人訪問時，您可以輕松重置鍵盤代碼。

它的優(yōu)點是只需與值得信賴的朋友和家人共享代碼，即可輕松控制誰可以訪問你的住所，沒有鑰匙丟失或被盜的風險。缺點是無法在智能手機上檢查門鎖的狀態(tài)。在安全性方面，如果你使用一個通用代碼（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)你的代碼并訪問你的家。如果你把密碼發(fā)給某人，此人就可以無限次訪問你的住所直至你更改了密碼。

帶無線鑰匙的智能門鎖

大多數(shù)無鑰匙門鎖是借助Wi-Fi或藍牙在手機上鎖門和開鎖。這種操作方式既有優(yōu)點也有風險：優(yōu)點是無需記住代碼，是一款完全依靠手機控制的門鎖；缺點是如果有人拿走并解鎖你的手機，他們可以隨時進入你的家。如果你丟了手機，那麻煩就更大了。另外，雖然無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和互聯(lián)網(wǎng)黑客的攻擊。

生物識別智能門鎖

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

另外，當前的生物識別技術(shù)并不是十分完善，由于溫度、光線、面部表情等因素，你的智能門鎖有時會無法立即識別你。

每種不同類型的智能門鎖都有自己的優(yōu)勢，同時也存在無法克服的缺點。比如生物識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無一失的安全保障。

如果你是一個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線鑰匙的門鎖。加入你的家庭經(jīng)常有很多客人來訪，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

先進的智能門鎖設(shè)計方案

智能門鎖包括一個手動訪問鍵盤、一個用于通過軟件應(yīng)用程序訪問的智能手機無線協(xié)議鏈路、一個監(jiān)測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

智能門鎖無線解決方案

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

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

在智能門鎖方案中，微控制器（MCU）擔負著實現(xiàn)門鎖智能化功能的重任。EFR32是一款專注于物聯(lián)網(wǎng)的無線SoC，在2.4和sub-GHz頻率下都具有強大的射頻性能。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，具有較低的活動電流和休眠電流，從而延長了電池壽命。這些MCU特性對門鎖特別重要，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)用場景，尤其適用于電池供電的智能鎖。考慮到應(yīng)用的特殊性，智能鎖必須能承受復雜的網(wǎng)絡(luò)攻擊，專用的安全內(nèi)核支持Secure Vault，具有高安全認證（PSA 3級），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為智能鎖帶來更優(yōu)秀的安全性表現(xiàn)，保護無線數(shù)據(jù)和設(shè)備免受遠程和本地攻擊。EFR32xG28 Explorer套件是一個基于EFR32xG28 SoC的小封裝開發(fā)和評估平臺，主要用于快速原型設(shè)計和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的概念生成，適用于Wi-SUN、Amazon Sidewalk、無線M-Bus、專有網(wǎng)絡(luò)等Sub-GHz和BLE。

NXP智能門鎖設(shè)計方案

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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)計方案中，可通過NFC接觸或免接觸技術(shù)訪問，并使用低功耗藍牙（BLE）或超寬帶（UWB）與用戶的智能手機通信，從而提高安全級別。圖3為NXP提供的UWB智能門鎖方案框圖，其中的多個組件已有模塊化產(chǎn)品。

NXP率先提供的系統(tǒng)級UWB解決方案由全面的軟件產(chǎn)品和強大的安全集成提供支持，包括嵌入式安全元件（eSE）和近場通信（NFC）的集成。在這個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UWB 錨點的裝置。經(jīng)蘋果公司批準，該開發(fā)套件可評估支持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)，可實現(xiàn)超低功耗。集成的存儲器支持高達640KB的板載閃存和152KB的SRAM，為安全的無線(OTA)更新提供了空間和靈活性。

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

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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

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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上的應(yīng)用程序即可遠程鎖門和開鎖。應(yīng)用程序中內(nèi)置報警模式（在鎖定狀態(tài)下斷鏈時激活）和密碼管理功能，可以提高整體安全性。用戶還可以通過智能手機應(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，不僅簡化了天線連接的電路設(shè)計，而且有助于降低產(chǎn)品的成本。RL78/G1D還集成了一個用于RF芯片的32MHz晶振和一個天線，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

智能門鎖屬于電子設(shè)備，用戶界面常常會配備一個鍵盤，用戶必須用手指接觸該鍵盤才能輸入預先編好的訪問代碼。在非常干燥的環(huán)境中，所有用戶都可能是ESD的來源。此時可考慮使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）二極管或TVS二極管陣列進行ESD保護。此外，無線和用戶接口也是極易受到來自用戶ESD影響的位置，在設(shè)計中也需采取措施防范ESD帶來的影響，以避免損壞敏感的電子器件。此時可考慮使用聚合物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，對低于1ns的瞬態(tài)響應(yīng)時間非?？?，能夠吸收任何ESD瞬態(tài)，同時對無線接口輸出的特性阻抗幾乎沒有影響。

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結(jié)語

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

預計到2030年，全球智能門鎖年使用量有望達到813萬個。2022年，全球智能鎖市場規(guī)模為19億美元。展望未來，IMARC集團預計，到2028年智能門鎖的市場規(guī)模將攀升至54.1億美元，2023-2028年的增長率（CAGR）為19.8%。

對遠程訪問控制和監(jiān)控需求的不斷增長，智能家居技術(shù)的日益普及，以及對先進安全系統(tǒng)的認識不斷提高，是推動市場發(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，同時使我們的生活更加便利。有了智能門鎖，我們在任何地方都可以安全地掌控家里的大門，家庭成員丟失鑰匙也不再是問題。集成了多種技術(shù)的智能鎖，允許用戶使用智能手機、平板電腦或其他連接設(shè)備遠程鎖門和開鎖。它提供的各種功能，如無鑰匙進入、生物識別認證和臨時訪問代碼，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，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，為智慧家庭的實現(xiàn)打下堅實的基礎(chǔ)。

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