智能门锁成为未来家居标配，还需跨过的三道坎

贸泽电子设计圈 2020-10-09 00:00 943浏览 0评论 0点赞

GaN电机驱动设计“避坑”指南 边缘AI开发的奥秘，一场直播就能搞懂！

智能门锁

图1（图源：Tiko/adobe stock）

近几年，智能门锁逐渐进入越来越多的家庭。有了它，用户无需钥匙就能打开和关闭大门。此外，智能门锁还可以为人们提供高水平的安全性，这是传统门锁或警报器所不能提供的。

根据一项新的研究分析，全球智能门锁市场规模预计在未来五年内将以约13.2%的复合年增长率增长，从2019年的18.7亿美元增至2024年的39.3亿美元。

根据奥维云网2020年4月300+城市调研数据显示，今年1-4月，国内精装市场新开盘项目套数43.8万套，而配置了精装智能门锁部品的精装房源项目共开盘了28.8万套，其精装智能门锁部品配套率为65.7%，与去年同期配套率份额相比提升了17.3%。

图2：智能门锁市场情况（图源：奥维云网（AVC）地产大数据）

智能门锁发展的三道坎

智能门锁是家中的第一道安全屏障。然而，央视财经在去年的一项市场调查中发现，40款智能门锁中有15%能轻易被打开，这是一个吓人的数字。

从根本上说，智能门锁是一个机电系统，在接收来自授权源的命令后执行锁定和解锁功能。这些命令通常通过使用Wi-Fi或蓝牙的智能手机、可穿戴设备或平板电脑进行传输。此外，房主还可以通过智能门锁从任何位置对房间进行监控，并进行定制以确定访问权限。智能门锁真要在市场上大卖，并成为智能家居的入口，还需要跨过下面这三道坎。

一、建立低功耗、高可靠的连接问题

智能门锁现在最常用的通信协议是蓝牙、Zigbee、Z-Wave、Wi-Fi和NFC。由于蓝牙低功耗（BLE）的能耗很低，因此蓝牙智能门锁在市场上很常见。这种门锁，一组电池就能使用一年或更长时间。不过，蓝牙门锁的工作范围相比其他类型的产品要小很多。此外，蓝牙门锁在工作时需要连接到智能手机而不是集线器，这在一定程度上限制了远程（尤其是离家时）控制门锁的能力。

使用Z-Wave或Zigbee的智能门锁也是智能家居中的热门选择。这两种无线协议不直接与智能手机通信，而是与连接到家庭Wi-Fi网络的中央集线器通信。由于中央集线器与家庭Wi-Fi网络相连，只要有互联网连接，房主就可以从世界任何地方控制家里的智能门锁。由于Z-Wave仅能传输少量的信号，它的缺点是连接时需要借助网关或Hub，节点较多。ZigBee与Z-Wave的最大差异是，不同厂商的ZigBee芯片虽然是根据特定标准做出来的，但在互通上仍存在一些问题。同样地，ZigBee在连接时也需要借助网桥才能将WiFi网络信号转换并接入ZigBee网状网络。

使用WiFi传输的产品设置最简单，只要将产品连上家中的WiFi就能用手机控制了。Wi-Fi智能门锁在使用时也需要与家庭网络连接，然而，由于Wi-Fi对能量要求很高，电池的寿命可能会成为一个大问题。

将NFC用于智能门锁，在省电、高效开启门锁上具有较大优势，人们最常使用的智能手机成了开锁卡，非常方便。然而，这种解决方案的劣势也很明显，相比蓝牙能在更远距离使用，NFC必须贴近才能开锁，无法实现远程操控。加之早期推广费用偏高，NFC在智能门锁中的应用目前仍局限在比较小的范围。

上述几种连接方式的智能门锁在市场上均有销售，同时满足低功耗、易配置、可远程操控这三个条件，目前看起来还有一定的难度。

二、安全问题

在智能门锁的开启方式上，密码和生物识别是目前我国智能门锁行业应用最多的，使用纯文本密码很显然最能暴露智能门锁在安全性上的漏洞，这一点无需赘述。采用指纹和人脸识别技术的生物识别是目前采用最多的两种开锁方式。

指纹识别是目前智能门锁中使用较多的技术，目前市面上指纹识别模块主要有光学指纹和电容指纹识别模块（半导体指纹识别模块）两种。一般情况下，电容指纹识别模块的识别速度、识别率要优于光学指纹识别模块，尤其对于小孩、老人、指纹纹路较浅、手指干燥的使用者来说，电容指纹识别模块的优势更为明显。同时，电容指纹识别模块具备一定的防伪指纹能力，但其表面耐刮伤能力较差，且对于手指上的水比较敏感，会直接影响识别成功率。光学指纹识别模块的环境适应性较强，具备一定的耐压、耐磨、耐酸碱、污渍腐蚀等能力，但在指纹纹路较浅、手指干燥或脱皮的情况下，识别率会降低，开启速度明显减慢。

人脸识别的最大挑战是状态不稳定，人脸是动态的，眼睛、嘴巴和鼻子以及表情等都会影响人脸的特征。另外，化妆、戴口罩、发型改变以及光线变化都可以成为影响人脸特征的因素。还有一个重要因素就是，人脸识别门锁的功耗远大于指纹锁，补光、图像采集等都很耗电。

智能门锁的安全性还体现在网络连接上。我们知道，凡是联网设备都有这种顾虑，好在网络安全机制越来越健全，网络安全问题正在逐步改观。

三、智能门锁与智能家居其他设备的集成问题

现在，每个智能门锁都有自己独特的兼容协议和设备列表，要想将其与家中的智能家居设备进行集成，还需向智能家居安装商征求意见，也许只有他们才知道哪些门锁最适合其方案。

智能门锁市场背后的“芯”战

5G时代，万物互联，时延极低，必将对我们的生活带来较大改变。作为智能家居产品中非常重要的一环，智能门锁市场发展迅速。根据全国制锁行业信息中心数据显示，2017年智能门锁企业有1200家，2018年就上涨到2000家，接近甚至超过了传统机械制锁规模以上企业的数量。不过，智能门锁目前是一个品牌集中度较高的市场。根据奥维云网的数据，2020年1-4月精装智能门锁市场TOP 5品牌的份额占比超过46%。从品牌性质来看，内资品牌在精装智能门锁市场更受开发商认可，市场占比达到81.4%。

而正如上文所述，智能门锁要想进一步提升市场渗透率，真正成为未来家居生活的标配，必须要考虑通过技术赋能，迈过挡在面前的这三道坎。为此，相关厂商早就行动起来了，智能门锁背后的“芯”战也已经开始。下面我们就来盘点几款受智能门锁企业青睐的解决方案。

Cypress PSoC 6平台

已经并入Infineon Technologies的Cypress今年4月份曾对媒体表示，国内排名TOP 20的智能门锁厂商，一些新开发的方案很快将会使用 Cypress PSoC 6平台。

PSoC 6系列产品包括基础款PSoC 62、带BLE无线连接的PSoC 63、安全升级的PSoC 64。产品的最大特点是：高集成度、高性能、低功耗，另有广泛的生态支持，已经得到小米以及阿里天猫的智能家居生态双重认证。传统方案中指纹识别、语音控制、电容触摸、屏幕显示、无线连接、RTC等需要3-4颗芯片才能实现的功能，如今全部整合到PSoC 6中，成本降低了30%-40%。在指纹识别速度上，PSoC 6可以做到200ms以内，最多可以支持100组指纹。在深度睡眠模式（电容触摸唤醒、BLE广播）下，PSoC 6的功耗低至35uA。另外，由于支持BLE和BLE Mesh连接，在保证数据连接的同时，还能最大限度降低系统的功耗。由于PSoC 6组件为即插即用方式，能将产品的开发时间从大约一年缩短至最快三个月。

图3：Cypress的智能门锁方案（图源：Cypress）

TI SimpleLink智能锁参考设计

在电子锁系统中使用Wi-Fi连接可以方便地随时创建和管理访问密钥，此外，将Wi-Fi直接集成到智能门锁中，无需使用网桥就能将门锁连接到互联网。由此相关的芯片和方案厂商也找到了自己的发力点。使用SimpleLink Wi-Fi技术的智能锁参考设计是Texas Instruments（TI）提供的具有云连接功能的电池供电智能门锁解决方案。该方案集成了Wi-Fi无线电、网络处理器和MCU等器件，具有安全云连接应用所必需的各种内置安全机制，低功耗能力和集成安全特性是该方案的重点设计考虑。通常，Wi-Fi连接的智能门锁方案功耗相对较高，但TI的方案通过使用CC3220实现非常低的电流消耗，可用电池供电。同时，在安全性和坚固耐用方面，也有着充分的考虑。此外，TI的集成电路和参考设计可帮助工程师应对复杂的设计问题，缩短产品上市时间。

图4：基于SimpleLink Wi-Fi技术智能锁参考设计方框图（图源：TI）

NXP RocketXS解决方案

NXP Semiconductors一体化住宅电子门锁解决方案RocketXS融合了该公司在NFC、BLE和门禁控制领域的多项领先技术，包含所有必要的组件，从硬件、固件和微信小程序到设计指南和生产工具，属于一站式解决方案。RocketXS支持所有基于NFC的凭证、指纹和键盘输入，Magic Information安全指纹模块最多可登记100个指纹，并且在指纹模块中内嵌了安全装置，可提供端到端加密。由于采用低功率设计，耗电量仅为20μA。另外，采用RocketXS方案的智能门锁，可以通过微信“小程序”使用，无需下载应用，也无需太多精力维护，是一款高性价比的方案。

图5：NXP RocketXS电子门锁解决方案框图（图源：NXP）

Nordic nRF52840解决方案

在京东智能门锁热卖品牌排行榜中位居第九的绿米Aqara智能门锁N200采用了Nordic Semiconductor的nRF52840 SoC，为智能手机和智能家居联网提供安全的低功耗蓝牙无线连接。Nordic SoC包含一个Arm TrustZone CryptoCell-310加密模块和一个AES 128位硬件加速器。这些功能支持用于安全应用的各种非对称、对称和哈希加密（Hashing cryptography）服务，从而支持Aqara智能门锁N200解锁过程的安全性。这款智能门锁使用八节AAA电池供电，在普通操作下的电池寿命长达18个月。此外，它还支持近场通信（NFC）、指纹、密码和临时密码以及紧急钥匙解锁，并通过苹果HomeKit和小米米家兼容性测试。