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(guān)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(tǒng)門鎖或警報器所不能提供的。

根據(jù)一項新的研究分析，全球智能門鎖市場規(guī)模預計在未來五年內(nèi)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(jù)奧維云網(wǎng)2020年4月300+城市調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，今年1-4月，國內(nèi)精裝市場新開盤項目套數(shù)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(wǎng)（AVC）地產(chǎn)大數(shù)據(jù)）

智能門鎖發(fā)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(jīng)在去年的一項市場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，40款智能門鎖中有15%能輕易被打開，這是一個嚇人的數(shù)字。

從根本上說，智能門鎖是一個機電系統(tǒng)，在接收來自授權(quán)源的命令后執(zhí)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(shè)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(jiān)控，并進行定制以確定訪問權(quán)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(xiàn)在最常用的通信協(xié)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(chǎn)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(xié)議不直接與智能手機通信，而是與連接到家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)的中央集線器通信。由于中央集線器與家庭Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)相連，只要有互聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)關(guān)或Hub，節(jié)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(jù)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(wǎng)橋才能將WiFi網(wǎng)絡(luò)信號轉(zhuǎn)換并接入ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。 使用WiFi傳輸?shù)漠a(chǎn)品設(shè)置最簡單，只要將產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)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(yōu)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(xiàn)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(yè)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(shù)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(shù)，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(yōu)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(yōu)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(huán)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(zhàn)是狀態(tài)不穩(wěn)定，人臉是動態(tài)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(fā)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(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)連接上。我們知道，凡是聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都有這種顧慮，好在網(wǎng)絡(luò)安全機制越來越健全，網(wǎng)絡(luò)安全問題正在逐步改觀。

三、智能門鎖與智能家居其他設(shè)備的集成問題

現(xiàn)在，每個智能門鎖都有自己獨特的兼容協(xié)議和設(shè)備列表，要想將其與家中的智能家居設(shè)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(zhàn)

5G時代，萬物互聯(lián)，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(chǎn)品中非常重要的一環(huán)，智能門鎖市場發(fā)展迅速。根據(jù)全國制鎖行業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示，2017年智能門鎖企業(yè)有1200家，2018年就上漲到2000家，接近甚至超過了傳統(tǒng)機械制鎖規(guī)模以上企業(yè)的數(shù)量。不過，智能門鎖目前是一個品牌集中度較高的市場。根據(jù)奧維云網(wǎng)的數(shù)據(jù)，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(zhì)來看，內(nèi)資品牌在精裝智能門鎖市場更受開發(fā)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(shù)賦能，邁過擋在面前的這三道坎。為此，相關(guān)廠商早就行動起來了，智能門鎖背后的“芯”戰(zhàn)也已經(jīng)開始。下面我們就來盤點幾款受智能門鎖企業(yè)青睞的解決方案。

Cypress PSoC 6平臺已經(jīng)并入Infineon Technologies的Cypress今年4月份曾對媒體表示，國內(nèi)排名TOP 20的智能門鎖廠商，一些新開發(fā)的方案很快將會使用Cypress PSoC 6平臺。 PSoC 6系列產(chǎn)品包括基礎(chǔ)款PSoC 62、帶BLE無線連接的PSoC 63、安全升級的PSoC 64。產(chǎn)品的最大特點是：高集成度、高性能、低功耗，另有廣泛的生態(tài)支持，已經(jīng)得到小米以及阿里天貓的智能家居生態(tài)雙重認證。傳統(tǒng)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(xiàn)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(nèi)，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(shù)據(jù)連接的同時，還能最大限度降低系統(tǒng)的功耗。由于PSoC 6組件為即插即用方式，能將產(chǎn)品的開發(fā)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(shè)計

在電子鎖系統(tǒng)中使用Wi-Fi連接可以方便地隨時創(chuàng)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(wǎng)橋就能將門鎖連接到互聯(lián)網(wǎng)。由此相關(guān)的芯片和方案廠商也找到了自己的發(fā)力點。使用SimpleLink Wi-Fi技術(shù)的智能鎖參考設(shè)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(wǎng)絡(luò)處理器和MCU等器件，具有安全云連接應用所必需的各種內(nèi)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(shè)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(xiàn)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(shè)計可幫助工程師應對復雜的設(shè)計問題，縮短產(chǎn)品上市時間。

圖4：基于SimpleLink Wi-Fi技術(shù)智能鎖參考設(shè)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(lǐng)域的多項領(lǐng)先技術(shù)，包含所有必要的組件，從硬件、固件和微信小程序到設(shè)計指南和生產(chǎn)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(nèi)嵌了安全裝置，可提供端到端加密。由于采用低功率設(shè)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(lián)網(wǎng)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(jié)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(shù)在設(shè)計上仍然相當基礎(chǔ)，但未來確有無限可能，有專家樂觀地預測，視網(wǎng)膜掃描或“音鍵”也許會成為智能門鎖的新標準。
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