智能家居的门神——智能门锁无线设计解决方案

时间： 2024-04-04 来源：SiliconLabs公众号

技术问答

智能门锁是一种电子无钥匙锁，其突出特点在于它融合了先进的耐用性和生物识别保护措施，使用Wi-Fi或蓝牙连接与安装在家中的其他电子设备进行交互。智能门锁之前的技术包括使用身份证、密码、机械锁、码字和纸条，这些技术维护起来很繁琐，数据被盗或丢失的可能性很高。

现在的智能门锁可以用特定的遥控钥匙操作，也可以通过在手机中安装的应用程序进行控制。如果有需求，用户可以向指定人员发送临时钥匙，让他们在特定的时间范围内进入家中。

如今，采用指纹和人脸识别等生物识别技术的智能锁也越来越多。与传统方法相比，智能门锁技术灵活且易于使用。尤其是与用户的智能手机同步进行访问控制，使其工作更加可靠、操作更加友好，市场占有率因此大幅攀升。

01、消费者购买智能门锁看重的因素？

市场上的智能门所种类繁多，功能也因购买的确切型号而有差异。翻看网上的信息，我们可找到众多机构或媒体对市场上主流智能门锁产品的评测结果，其中不乏花费四个月甚至更长时间进行评测得出的报告，其用意无非就是让消费者能够用合理的价格购买到他们满意的智能锁。综合来看，被机构推崇的智能门锁主要具备以下特点：

●外形时尚漂亮

这一点很好理解，毕竟是家庭的第一入口，细致的工艺和美观但不引人注目的设计才打动人心。

●模块化设计

基于同一核心单元，消费者可以在键盘或触摸屏、按键和无钥匙型号之间进行选择，这种设计可以让消费者根据需求的变化随心所欲地购买和升级。

●易于安装并轻松与智能家居设备集成

运行良好、安装简单、升级简单，以满足不断变化的智能家居标准，是人们对当今智能家居产品的基本需求。在一份评测报告中，有一款智能门锁备受测试者的好评，它打动人心的地方是：操作比普通的旧锁和钥匙更简单，能轻松和快速地与智能家居平台例如HomeKit、Alexa和Google home进行集成。消费者可以轻松为自己和家人、客人以及邀请的其他人开通并管理进入家庭的通道，并通过地理围栏、代码和远程控制提供永久或临时访问。

●功能多样性

外形和易用性大多反应了产品的外在属性，拥有多种不同的解锁方式是智能锁的重要特征。根据调查，非常受欢迎的解锁方式包括物理钥匙访问、基于应用程序的控制、数字代码和指纹识别功能等。然而，无论选择何种解锁方式，响应能力都是考验智能门锁功能的关键。

●价格合理

物超所值是人们购买家居产品的共同心愿。随着产品和技术的逐渐成熟，智能门锁的市场普及率大幅提升，价格也随之下降，无论是家庭还是商业应用，智能门锁都迎来了发展良机。

市场分析机构预计智能门锁全球增长率将达到25%，2024年销量增长将扩大到约2300万台，其中住宅市场的增长率高达70%。根据Allied Market Research的预测，2020年，全球智能锁市场规模约为23.67亿美元，预计到2030年将达到149.7亿美元，2021年至2030年的复合年增长率（CAGR）为20.1%。

无论多美“完美”的产品也很难做到十全十美。既然是智能家居产品，智能门锁必然会存在一些让消费者难以接受的不足或短板。即便是那款备受测试者好评的智能门锁，对比其他评测产品，只有它没有提供指纹识别。电池电量不足的问题几乎是市场上每一款智能门锁都会面临的挑战，这也是消费者选择产品时的重要考察点。

02、智能门锁的几种主要类型

智能门锁可分为住宅和商业智能门锁。根据技术，它又分为Wi-Fi和蓝牙智能门锁。

基于技术，蓝牙门锁细分市场在2020年主导了几乎整个智能门锁行业，预计在接下来的几年内这一趋势仍将继续保持。蓝牙智能门锁技术可谓是市场上极方便的智能锁技术，因为市场上几乎每一款智能手机都配备了蓝牙，所以消费者可以轻松将智能门锁与智能手机捆绑在一起，并将其集成到其他家庭自动化系统中。此外，蓝牙智能门锁的安全性极高，因为设备不需要始终连接到互联网，大幅降低了黑客攻击的风险。

与此同时，Wi-Fi门锁预计亦将大幅增长。支持Wi-Fi的智能门锁可以与连接到网络的其他家庭设备同步，以获得每日更新。此外，支持Wi-Fi的系统由螺线管锁和安卓应用程序组成，智能手机可以在特定范围内使用Wi-Fi技术自动激活和禁用门锁，先进可靠的功能在推动这一细分市场增长中发挥了重要作用。

从产品形态角度看，目前市场上的主流智能门锁有几下几个基本类型：

●带键盘的智能门锁

许多智能门锁都配有键盘。这种门锁的设计允许您通过在键盘上创建并输入一个独特的代码来解锁大门。操作键盘锁不需要随身携带物理或无线钥匙。当您想拒绝他人访问时，您可以轻松重置键盘代码。

它的优点是只需与值得信赖的朋友和家人共享代码，即可轻松控制谁可以访问你的住所，没有钥匙丢失或被盗的风险。缺点是无法在智能手机上检查门锁的状态。在安全性方面，如果你使用一个通用代码（例如家庭成员的生日），其他人可能很容易在你不知情的情况下发现你的代码并访问你的家。如果你把密码发给某人，此人就可以无限次访问你的住所直至你更改了密码。

●带无线钥匙的智能门锁

大多数无钥匙门锁是借助Wi-Fi或蓝牙在手机上锁门和开锁。这种操作方式既有优点也有风险：优点是无需记住代码，是一款完全依靠手机控制的门锁；缺点是如果有人拿走并解锁你的手机，他们可以随时进入你的家。如果你丢了手机，那麻烦就更大了。另外，虽然无钥匙智能锁是很安全的智能门锁之一，但它们很容易受到手机和互联网黑客的攻击。

●生物识别智能门锁

生物识别智能门锁允许用户通过将手指放在传感器上或扫描面部轮廓来解锁大门。这种门锁的优点是要想模仿别人的全部指纹或面部非常困难，使得生物识别门锁比其他门锁的设计更难被篡改，也不存在忘记代码的可能。缺点是生物识别门锁存储了大量生理特征数据，可能会让人觉得存在隐私安全的问题，生物识别数据库可能成为黑客攻击的目标。

另外，当前的生物识别技术并不是十分完善，由于温度、光线、面部表情等因素，你的智能门锁有时会无法立即识别你。

每种不同类型的智能门锁都有自己的优势，同时也存在无法克服的缺点。比如生物识别智能门锁是很难篡改的，安全性高，它可以为你的家庭提供几乎万无一失的安全保障。

如果你是一个很容易忘记密码的人，或者经常忘记锁门，那么你可能需要考虑使用无线钥匙的门锁。加入你的家庭经常有很多客人来访，或者需要为AirBnB的房屋配置智能门锁，键盘锁将是理想的选择。

03、先进的智能门锁设计方案

智能门锁包括一个手动访问键盘、一个用于通过软件应用程序访问的智能手机无线协议链路、一个监测门把手位置的传感器、门锁/解锁执行器等。图1为一款智能门锁的基本组成框图，其中包含建议的保护和传感组件。

图1：智能门锁系统方框图

（图源：embeddedcomputing.com）

SILICON LABS智能门锁无线解决方案

图2：用于EFR32xG28快速原型开发的评估套件（图源：Silicon Labs）

为智能锁选择适合的无线协议是整个方案成功的关键。在Silicon Labs的无线解决方案中，其无线产品组合包括Wi-Fi、蓝牙、Z-Wave、Zigbee、Thread和专有解决方案，具有灵活的多协议共存、简单的设备调试和先进的物联网安全性，简化了安全、节能的智能锁设计。

在智能门锁方案中，微控制器（MCU）担负着实现门锁智能化功能的重任。EFR32是一款专注于物联网的无线SoC，在2.4和sub-GHz频率下都具有强大的射频性能。它还具有良好的输出功率和高灵敏度。此外，该产品还提供了优化的电源性能，具有较低的活动电流和休眠电流，从而延长了电池寿命。这些MCU特性对门锁特别重要，它们不仅提供了良好的生态系统互操作性，并且具有端到端加密等内置安全功能。内置的防篡改保护可确保芯片始终处于安全状态。

其中，EFR32ZG28 SoC是公司新推出的双频Sub-GHz + 2.4 GHz BLE SoC解决方案，非常适合于需要更多闪存、RAM和GPIO 的Z-Wave应用场景，尤其适用于电池供电的智能锁。考虑到应用的特殊性，智能锁必须能承受复杂的网络攻击，专用的安全内核支持Secure Vault，具有高安全认证（PSA 3级），为智能锁增加了安全保障。此外，EFR32ZG28还可以支持包括Wi-SUN、Amazon Sidewalk和无线M-BUS在内的其他协议。

另一款产品EFR32SG28是适用于Amazon Sidewalk设备的安全低功耗双频SoC，支持BLE和Sub-GHz FSK。支持1 英里网络范围、超低功耗、大内存和GPIO，适用于Amazon Sidewalk智能锁。同样拥有的Secure Vault为智能锁带来更优秀的安全性表现，保护无线数据和设备免受远程和本地攻击。EFR32xG28 Explorer套件是一个基于EFR32xG28 SoC的小封装开发和评估平台，主要用于快速原型设计和物联网应用的概念生成，适用于Wi-SUN、Amazon Sidewalk、无线M-Bus、专有网络等Sub-GHz和BLE。

有关智能门锁的安全防护

智能门锁属于电子设备，用户界面常常会配备一个键盘，用户必须用手指接触该键盘才能输入预先编好的访问代码。在非常干燥的环境中，所有用户都可能是ESD的来源。此时可考虑使用瞬态电压抑制器（TVS）二极管或TVS二极管阵列进行ESD保护。此外，无线和用户接口也是极易受到来自用户ESD影响的位置，在设计中也需采取措施防范ESD带来的影响，以避免损坏敏感的电子器件。此时可考虑使用聚合物ESD抑制器。这种抑制器可承受±8kV的直接接触ESD，典型电容值为0.06pF，对低于1ns的瞬态响应时间非常快，能够吸收任何ESD瞬态，同时对无线接口输出的特性阻抗几乎没有影响。

04、结语

如今，越来越多的人开始选择先进的智能门锁而非传统的机械门锁。接下来的几年间这一需求将只升不降。

预计到2030年，全球智能门锁年使用量有望达到813万个。2022年，全球智能锁市场规模为19亿美元。展望未来，IMARC集团预计，到2028年智能门锁的市场规模将攀升至54.1亿美元，2023-2028年的增长率（CAGR）为19.8%。

对远程访问控制和监控需求的不断增长，智能家居技术的日益普及，以及对先进安全系统的认识不断提高，是推动市场发展的主要因素。

智能门锁是智能家居的关键组件，它显著提高了智慧家庭的入口安全，同时使我们的生活更加便利。有了智能门锁，我们在任何地方都可以安全地掌控家里的大门，家庭成员丢失钥匙也不再是问题。集成了多种技术的智能锁，允许用户使用智能手机、平板电脑或其他连接设备远程锁门和开锁。它提供的各种功能，如无钥匙进入、生物识别认证和临时访问代码，都为用户提供了门锁管理上的便利。与传统门锁相比，智能门锁拥有更高的安全等级，是家庭真正的“门神”。重要的是，智能门锁还可以集成到智能家居生态系统中，为智慧家庭的实现打下坚实的基础。

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