智能門鎖

近幾年，智能門鎖逐漸進(jìn)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(bào)器所不能提供的。

根據(jù)一項(xiàng)新的研究分析，全球智能門鎖市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在未來五年內(nèi)將以約13.2%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，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(guó)內(nèi)精裝市場(chǎng)新開盤項(xiàng)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(xiàng)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(chǎng)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(cái)經(jīng)在去年的一項(xiàng)市場(chǎng)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(gè)嚇人的數(shù)字。

從根本上說，智能門鎖是一個(gè)機(jī)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(lán)牙的智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備或平板電腦進(jìn)行傳輸。此外，房主還可以通過智能門鎖從任何位置對(duì)房間進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行定制以確定訪問權(quán)限。智能門鎖真要在市場(chǎng)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(lán)牙、Zigbee、Z-Wave、Wi-Fi和NFC。由于藍(lán)牙低功耗（BLE）的能耗很低，因此藍(lán)牙智能門鎖在市場(chǎng)上很常見。這種門鎖，一組電池就能使用一年或更長(zhǎng)時(shí)間。不過，藍(lán)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(lán)牙門鎖在工作時(shí)需要連接到智能手機(jī)而不是集線器，這在一定程度上限制了遠(yuǎn)程（尤其是離家時(shí)）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(jī)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(hào)，它的缺點(diǎn)是連接時(shí)需要借助網(wǎng)關(guān)或Hub，節(jié)點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)做出來的，但在互通上仍存在一些問題。同樣地，ZigBee在連接時(shí)也需要借助網(wǎng)橋才能將WiFi網(wǎng)絡(luò)信號(hào)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(jiǎn)單，只要將產(chǎn)品連上家中的WiFi就能用手機(jī)控制了。Wi-Fi智能門鎖在使用時(shí)也需要與家庭網(wǎng)絡(luò)連接，然而，由于Wi-Fi對(duì)能量要求很高，電池的壽命可能會(huì)成為一個(gè)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(shì)，人們最常使用的智能手機(jī)成了開鎖卡，非常方便。然而，這種解決方案的劣勢(shì)也很明顯，相比藍(lán)牙能在更遠(yuǎn)距離使用，NFC必須貼近才能開鎖，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。加之早期推廣費(fèi)用偏高，NFC在智能門鎖中的應(yīng)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(chǎng)上均有銷售，同時(shí)滿足低功耗、易配置、可遠(yuǎn)程操控這三個(gè)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(shí)別是目前我國(guó)智能門鎖行業(yè)應(yīng)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(diǎn)無需贅述。采用指紋和人臉識(shí)別技術(shù)的生物識(shí)別是目前采用最多的兩種開鎖方式。

指紋識(shí)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(shí)別模塊主要有光學(xué)指紋和電容指紋識(shí)別模塊（半導(dǎo)體指紋識(shí)別模塊）兩種。一般情況下，電容指紋識(shí)別模塊的識(shí)別速度、識(shí)別率要優(yōu)于光學(xué)指紋識(shí)別模塊，尤其對(duì)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(shí)別模塊的優(yōu)勢(shì)更為明顯。同時(shí)，電容指紋識(shí)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(duì)于手指上的水比較敏感，會(huì)直接影響識(shí)別成功率。光學(xué)指紋識(shí)別模塊的環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)，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(shí)別率會(huì)降低，開啟速度明顯減慢。 人臉識(shí)別的最大挑戰(zhàn)是狀態(tài)不穩(wěn)定，人臉是動(dòng)態(tài)的，眼睛、嘴巴和鼻子以及表情等都會(huì)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(gè)重要因素就是，人臉識(shí)別門鎖的功耗遠(yuǎn)大于指紋鎖，補(bǔ)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(jī)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(gè)智能門鎖都有自己獨(dú)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(jìn)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(chǎng)背后的“芯”戰(zhàn)

5G時(shí)代，萬物互聯(lián)，時(shí)延極低，必將對(duì)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(chǎng)發(fā)展迅速。根據(jù)全國(guó)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(jī)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(gè)品牌集中度較高的市場(chǎng)。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(chǎng)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(chǎng)更受開發(fā)商認(rèn)可，市場(chǎng)占比達(dá)到81.4%。

而正如上文所述，智能門鎖要想進(jìn)一步提升市場(chǎng)滲透率，真正成為未來家居生活的標(biāo)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(dòng)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(diǎn)幾款受智能門鎖企業(yè)青睞的解決方案。

Cypress PSoC 6平臺(tái)已經(jīng)并入Infineon Technologies的Cypress今年4月份曾對(duì)媒體表示，國(guó)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(huì)使用Cypress PSoC 6平臺(tái)。 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(jí)的PSoC 64。產(chǎn)品的最大特點(diǎn)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(rèn)證。傳統(tǒng)方案中指紋識(shí)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(shí)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(shí)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(shí)，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(shí)間從大約一年縮短至最快三個(gè)月。

圖3：Cypress的智能門鎖方案（圖源：Cypress）

TI SimpleLink智能鎖參考設(shè)計(jì)

在電子鎖系統(tǒng)中使用Wi-Fi連接可以方便地隨時(shí)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(diǎn)。使用SimpleLink Wi-Fi技術(shù)的智能鎖參考設(shè)計(jì)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(yīng)用所必需的各種內(nèi)置安全機(jī)制，低功耗能力和集成安全特性是該方案的重點(diǎn)設(shè)計(jì)考慮。通常，Wi-Fi連接的智能門鎖方案功耗相對(duì)較高，但TI的方案通過使用CC3220實(shí)現(xiàn)非常低的電流消耗，可用電池供電。同時(shí)，在安全性和堅(jiān)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(jì)可幫助工程師應(yīng)對(duì)復(fù)雜的設(shè)計(jì)問題，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

圖4：基于SimpleLink Wi-Fi技術(shù)智能鎖參考設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)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(gè)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(jì)，耗電量?jī)H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(yīng)用，也無需太多精力維護(hù)，是一款高性價(jià)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(jī)和智能家居聯(lián)網(wǎng)提供安全的低功耗藍(lán)牙無線連接。Nordic SoC包含一個(gè)Arm TrustZone CryptoCell-310加密模塊和一個(gè)AES 128位硬件加速器。這些功能支持用于安全應(yīng)用的各種非對(duì)稱、對(duì)稱和哈希加密（Hashing cryptography）服務(wù)，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(zhǎng)達(dá)18個(gè)月。此外，它還支持近場(chǎng)通信（NFC）、指紋、密碼和臨時(shí)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(cè)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(jì)上仍然相當(dāng)基礎(chǔ)，但未來確有無限可能，有專家樂觀地預(yù)測(cè)，視網(wǎng)膜掃描或“音鍵”也許會(huì)成為智能門鎖的新標(biāo)準(zhǔn)。
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