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如何设计智能门锁?

助工
2018-08-09 11:48:25    评分

你有没有想过门锁可以做的不仅仅是锁定和解锁前门?当前或下一代技术提供了差异化应用的潜力,但这些技术带来了新的挑战。

以电子门锁为例,在本文中,我们将讨论如何为锁定添加功能和优点以使其更加智能,同时在不更换电池的情况下长时间保持安全和工作。许多环境影响“攻击”这种键盘并降低其寿命和可靠性,包括湿气,污垢,雨滴和阳光中的紫外线。此外,物联网设备的网络攻击几乎每天都在发生。因此,受到良好保护的无线通信和防篡改前面板和键盘是强制性功能。

 

简介

您有没有想过您的门锁可以做的不仅仅是锁定和解锁您的前门?当前或下一代技术为创新应用提供了潜力,但是您需要解决新的挑战。例如,处理通过网络(物联网[IoT])在小型或简单节点上交换数据以及集成电容式触摸技术的需求。

首先,让我们来看看装配前门和电子门锁的功能和优点类型可以提供:

  • 如果您无意中被锁在外面,用键盘打开门可能非常方便。

  • 外出跑步时,你可以放弃带钥匙。

  • 您可以临时或有时间限制和限制来授予他人访问权限。

  • 您的孩子可以在从学校返回时打开门,而无需对钥匙负责。

虽然电子门锁应该可靠地工作,但它们易受许多环境影响。随着时间的推移,水分,污垢,雨滴和来自太阳的紫外线会腐蚀材料。此外,作为物联网设备,锁定容易受到网络攻击,使受保护的无线通信和防篡改前面板和键盘强制性功能。这些只是一些挑战。

图1显示了物理锁的重要组件,包括键盘,无线连接,显示和控制。

 

图1.门锁框图。

 

低电量

在设计门锁时,延长电池寿命是一个关键目标,门锁主要处于空闲模式。微控制器(MCU)需要具有足够的计算能力来通过Bluetooth®低功耗或Wi-Fi®以及系统的其他部分来控制无线电通信。在图1的示例框图中,Texas Instruments SimpleLink™MSP432™监控整个应用程序。该MCU可以灵活高效地在各种运行和省电模式之间切换,提供亚微安的省电模式。性能与能耗比在主动模式下具有足够的计算带宽来管理所有任务,包括:

  • 采用TI Captivate™触摸技术(在MSP430FR2633 MCU上)从键盘控制和采集数据。

  • 控制锁定/解锁机构的继电器或电机。

  • 通过输入/输出(I / O)检测锁定操作。

  • 集成到防盗报警系统中。

  • 通过互联网连接远程打开家门网络的能力。

  • 能够与通过蓝牙低功耗(BLE)或Wi-Fi连接的远程设备共享状态信息。

MSP432 MCU上集成的模数转换器(ADC)具有高达16位的分辨率,提供了增加高级功能的途径,例如:

  • 环境传感器测量(湿度,温度,气压)。

  • 电机控制和干扰保护。

  • 运动检测和日光感应控制前门的灯光。

 

安全

智能门锁等设备可能成为网络攻击或操纵的目标。MCU的实现安全功能需要提供安全通信,通过使用安全加密标准(例如AES256 IC)加密来加密传输数据,并使用微处理器单元(MPU)和知识产权(IP)保护来保护存储数据。这意味着MCU应该提供非常高的安全性:

  • 安全地存储数据,如加密和身份验证密钥,用于键盘或网络访问。

  • 允许用户按时间添加或删除密钥或限制访问权限。

  • 进行安全的无线无线固件更新。

保持加密和身份验证密钥的安全至关重要,不仅在设备受到无线通信通道攻击时,而且当应用程序被物理篡改时,加密密钥需要始终安全地存储在MCU内。

 

键盘

可以设计一种基于电容式触摸技术的键盘,使其既时尚又隔离,不受环境影响。它也很容易避免问题,例如键盘上按钮的机械故障,以及保护键盘免受灰尘和水的影响。没有任何间隙或机械运动部件的平板可以用更少的努力进行封装,并且仅需要在面板的固定边界处。

在面板上存在水滴或大量水分的情况下保持性能需要足够敏感的技术来检测水和人的手指之间的差异; 否则,面板可能会误解实际按键或完全忽略它们。MSP430FR2633中采用的CapTIvate触摸模块提供了一个传感系统,可以检测这些情况并对其进行反应和滤波。

将电容式传感器调整为各种与应用相关的参数,如面板尺寸,面板材料,外壳,印刷电路板(PCB)结构,材料和厚度可能会变得非常复杂。为了简化此过程,软件抽象层(API)允许用户访问所有重要的传感器数据,但也允许修剪,使传感器适应不断变化的要求并读取传感器或元素数据。您通常可以从更高级别的图形用户界面(GUI)中受益,该界面可以帮助您在设计周期内设计,配置和不断调整不同的传感器参数。图2显示了一个GUI示例,它可以帮助简化电容式触摸设计和调整过程。

 

图2.用于调整电容式触摸检测的GUI。

 

门锁键盘应能够在有蒸汽,雾气或喷雾(如雾或雨滴)的情况下进行触摸检测。在设计耐湿应用时,我们建议:

  • 在按钮之间提供尽可能多的间距。

  • 在按钮和附近的地平面之间提供显着的间距。

  • 将最远离表面的PCB层上的所有电极连接迹线布线。

  • 将传感器空闲状态设置为高Z(浮动),以便附近的传感器不提供可能导致错误检测的耦合点。

  • 如果可能,请使用非导电外壳作为产品。

一些电容式触摸实现还允许触摸金属检测,以制作更强大或防篡改的解决方案。

 

无线接入

要设置具有许多参数和功能的无线通信通道,您应该使用精心设计的配置工具和软件开发工具包(SDK) - 尤其是在通信通道上的数据安全性,协议和标准的灵活性以及可扩展性方面。申请很重要。所有必需的功能都需要可用且易于使用。SDK支持更快地开发应用程序,还可以帮助缓解以后出现的问题,尤其是在安全领域,因为测试用例和良好的覆盖范围很难建立。

电子锁制造商通常需要调整他们的产品,更换不同的功能集或更改无线协议以服务于不同的地区或市场(例如住宅,商业或酒店和工业)。可扩展的功能软件框架使他们能够快速扩展。图3显示了抽象功能软件框架的固件层,该框架提供了多个API,驱动程序库,跨平台插件以及可移植操作系统接口(POSIX)和实时操作系统(RTOS)支持。

软件框架还提供单一开发环境,可提供灵活的硬件,软件和工具选项,以便您开发有线和无线应用程序。通过这种结构,您可以在主机MCU和多种通信标准之间保持100%的代码重用,从而可以轻松配置应用程序并花费更多时间进行测试。

SDK插件还提供了一种向新的或现有应用程序添加蓝牙低能耗连接的简便方法。例如,使用主机MCU并通过网络处理器添加低功耗蓝牙,可提供扩展功能和无与伦比的系统设计灵活性,这在工业应用中至关重要。SDK插件可以在通信协议的实现过程中大大减少开发时间和潜在错误。

 

图3. SDK的组件和层。

 

总结

无线连接和电容式触摸功能日益增加的复杂性给开发人员带来了挑战,特别是在以最高的可靠性和安全性达到最高性能的重要性时。正如我们所展示的,您需要考虑并解决许多陷阱和障碍。使用专注于最终应用程序的MCU外围设备和使用易于使用的SDK的工具集可以减轻这种负担并加快产品上市速度。




关键词: 智能门锁     半导体     IC    

菜鸟
2018-11-29 11:24:14    评分
2楼

正在努力学习中,谢谢了!!!


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