弄丟鑰匙或者把鑰匙忘在了家中，相信很多人都曾有過這樣不愉快的經(jīng)歷?，F(xiàn)在好了，智能鎖為我們帶來了一種現(xiàn)代、便捷且更加安全的替代方案。人們可以通過一系列訪問選項(xiàng)進(jìn)行鎖定和解鎖，如數(shù)字鑰匙、PIN碼、生物識(shí)別甚至智能手機(jī)等。2025年，智能門鎖預(yù)計(jì)將取代并超越傳統(tǒng)的機(jī)械鎖和鑰匙系統(tǒng)，從而處于市場(chǎng)領(lǐng)先地位。

除了逐步提升的市場(chǎng)地位，智能門鎖在技術(shù)上也有了進(jìn)一步的突破。在今年初的CES 2025展會(huì)上，就展示了內(nèi)置超寬帶（UWB）技術(shù)的智能鎖，其可與多種智能家居系統(tǒng)集成，包括Apple Home、Amazon Alexa、Hey Google、SmartThings和IFTTT，允許通過專用移動(dòng)應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控。

借助UWB技術(shù)，智能門鎖可在幾秒鐘內(nèi)快速解鎖，內(nèi)置的電池續(xù)航長(zhǎng)達(dá)一年，可滿足長(zhǎng)時(shí)間使用需求。UWB初期主要通過蘋果公司的AirTags和汽車數(shù)字鑰匙系統(tǒng)等應(yīng)用程序進(jìn)入市場(chǎng)，現(xiàn)在該技術(shù)正在向智能門鎖市場(chǎng)進(jìn)行拓展。

智能鎖中為什么要用UWB技術(shù)？

如今的智能鎖可提供多種功能，如遠(yuǎn)程訪問、語(yǔ)音控制以及與其他智能家居設(shè)備的集成。當(dāng)我們將智能鎖集成到智能家居環(huán)境中，不僅提高了訪問的便利性，增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，還大幅提升了整體家庭的安全性。

目前，市場(chǎng)上常用的智能鎖主要有以下幾種形態(tài)：

1、鍵盤智能鎖

鍵盤智能鎖使用數(shù)字鍵盤進(jìn)行輸入，通常具備一次性密碼和自動(dòng)鎖定機(jī)制等功能。它的出現(xiàn)消除了對(duì)實(shí)體鑰匙的需求，鍵盤操作極為直觀，既方便又安全，適合所有年齡層和技術(shù)水平的用戶使用。許多鍵盤鎖還支持創(chuàng)建臨時(shí)密碼，這一功能對(duì)有訪客需求的用戶來說是非常理想的方案。

2、藍(lán)牙連接智能鎖

支持藍(lán)牙的智能鎖可通過智能手機(jī)應(yīng)用程序控制出入，在藍(lán)牙范圍內(nèi)，用戶能夠遠(yuǎn)程鎖門和開門。在基本的門鎖功能之外，藍(lán)牙智能鎖還能提供一些額外功能，如活動(dòng)日志、訪客訪問管理等，與其他智能家居設(shè)備的集成也非常簡(jiǎn)便。

3、帶Wi-Fi連接的智能鎖

具有Wi-Fi功能的智能鎖提供了與藍(lán)牙鎖相同的好處，但將控制范圍擴(kuò)展到更遠(yuǎn)的距離，用戶甚至可以在任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的地方實(shí)施鎖門或開鎖等操作。一些Wi-Fi智能鎖通過與手機(jī)的定位服務(wù)集成，當(dāng)靠近家門時(shí)就可以自動(dòng)解鎖。

4、基于指紋識(shí)別的智能鎖

指紋智能鎖利用生物識(shí)別技術(shù)授予訪問權(quán)限，提供高度的安全性。因無需密碼或鑰匙，指紋鎖增強(qiáng)了使用的便利性和安全性，同時(shí)降低了與丟失鑰匙或忘記密碼相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。在用戶管理上，可輕松添加和刪除授權(quán)的指紋。

智能鎖是一種機(jī)械和電子緊固裝置的組合，采用無鑰匙進(jìn)入機(jī)制，PIN碼、生物特征掃描、接近傳感器或語(yǔ)音識(shí)別等各種身份驗(yàn)證方法增強(qiáng)了智能鎖的安全性和定制性，Wi-Fi、NFC（近場(chǎng)通信）、藍(lán)牙和Zigbee等無線協(xié)議則實(shí)現(xiàn)了鎖和連接設(shè)備之間的無縫通信。

傳統(tǒng)的訪問控制系統(tǒng)主要使用低功耗藍(lán)牙（BLE）驅(qū)動(dòng)的技術(shù)，特別容易受到信號(hào)欺騙和中繼攻擊等威脅。盡管NFC的應(yīng)用可有效避免這些問題的出現(xiàn)，但它并不能提供類似于使用指紋或人臉識(shí)別進(jìn)入建筑物的免提或無縫體驗(yàn)。此外，基于BLE的解決方案通常會(huì)受到連接可靠性不一致、解鎖延遲和頻繁依賴鑰匙卡或輸入碼等手動(dòng)干預(yù)的影響。

而超寬帶（UWB）由于其精確的飛行時(shí)間（ToF）測(cè)量，有效地抵消了這些攻擊，這也是該技術(shù)被引入到智能鎖市場(chǎng)的重要原因。

UWB技術(shù)是一種無線通信協(xié)議，在非常高的頻率下運(yùn)行，使用極短的無線電脈沖在短距離內(nèi)進(jìn)行精確的位置跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸。UWB信號(hào)的這一獨(dú)特物理特性是其在需要高定位精度和抗干擾性的應(yīng)用中具有優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，該技術(shù)能實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)距離測(cè)量精度的能力得益于兩個(gè)關(guān)鍵因素：

除了精確的距離測(cè)量外，UWB技術(shù)還可以確定信號(hào)的來源方向，這一特征被稱為到達(dá)角（AoA），該功能主要通過使用天線陣列并分析信號(hào)如何到達(dá)各個(gè)天線元件的相位或時(shí)間差來實(shí)現(xiàn)。AoA功能在訪問控制方面具有革命性的意義，有了它，系統(tǒng)可以確定用戶是從外部（需要解鎖）還是從房間內(nèi)部（鎖定或無動(dòng)作）接近門，消除了當(dāng)用戶在建筑物內(nèi)但他們的手機(jī)被智能鎖檢測(cè)到時(shí)意外解鎖情況的發(fā)生。此外，通過結(jié)合ToF和AoA，只有當(dāng)授權(quán)人員從正確的方向接近門時(shí)，門才能自動(dòng)解鎖，而無需掏出手機(jī)或執(zhí)行任何其他操作，實(shí)現(xiàn)真正的免提訪問。

對(duì)智能家居設(shè)備而言，低功耗是一個(gè)永遠(yuǎn)無法繞開的話題。盡管UWB擁有精確的位置跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸能力，但它的功耗卻非常低。低功耗對(duì)于延長(zhǎng)智能鎖和用作虛擬鑰匙的移動(dòng)設(shè)備（智能手機(jī)、智能手表）的電池壽命至關(guān)重要。

UWB智能鎖解決方案

通過由FiRa聯(lián)盟和汽車連接聯(lián)盟（CCC）等領(lǐng)先行業(yè)聯(lián)盟開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化的強(qiáng)大通信協(xié)議和認(rèn)證機(jī)制，UWB的安全性得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。更重要的是，UWB能夠配置極其精細(xì)的訪問區(qū)域，得益于厘米級(jí)的精度，管理員可以定義非常詳細(xì)的“地理圍欄”。例如，僅當(dāng)手機(jī)距離門1米以內(nèi)時(shí)解鎖，但僅限于辦公空間內(nèi)部。

UWB技術(shù)開始時(shí)主要為軍用，在21世紀(jì)初首次投入商業(yè)使用。在WWDC 24上，蘋果公司宣布制造商可以選擇在其智能鎖中加入U(xiǎn)WB芯片，從而在Apple Watch或iPhone靠近時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解鎖。隨著蘋果公司在iPhone 11中推出U1芯片UWB在商用市場(chǎng)得到更廣泛的采用。如今，UWB已集成到智能手機(jī)、車輛和眾多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。

NXP Semiconductor可提供智能門鎖多種連接選項(xiàng)，如低功耗NFC、低功耗藍(lán)牙或UWB，也有模擬組件來完成智能鎖的設(shè)計(jì)。在圖1的方案中，UWB模塊Trimension SR150非常適合作為各種大型基礎(chǔ)設(shè)施的UWB支持工具，如門禁裝置、室內(nèi)本地化設(shè)置和支付方案等。

圖：NXP提供的系統(tǒng)級(jí)UWB智能鎖解決方案，同時(shí)結(jié)合了嵌入式安全元件（eSE） 和近場(chǎng)通信（NFC）等技術(shù)（圖源：NXP Semiconductor）

目前，智能鎖市場(chǎng)高度分散，各種制造商使用專有的、通常是封閉的通信協(xié)議。這會(huì)導(dǎo)致兼容性問題，并限制消費(fèi)者和企業(yè)的選擇。用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己被鎖定在單一供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)中。

由FiRa聯(lián)盟與連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（CSA，前身為Zigbee聯(lián)盟）合作開發(fā)的Aliro標(biāo)準(zhǔn)在UWB標(biāo)準(zhǔn)化和大規(guī)模采用中發(fā)揮了非常重要的作用。Aliro是一種專門為智能鎖和門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通信協(xié)議，它充分利用UWB的能力，同時(shí)也支持其他技術(shù)，其目標(biāo)是為數(shù)字密鑰創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一、安全和可互操作的生態(tài)系統(tǒng)。

由Nordic Semiconductor和Qorvo聯(lián)合推出的一款針對(duì)Aliro和Matter的門禁系統(tǒng)參考應(yīng)用程序已獲業(yè)界的廣泛關(guān)注。該解決方案基于Nordic的nRF54L系列超低功耗多協(xié)議片上系統(tǒng)（SoC）和Qorvo的QM35825超寬帶（UWB）SoC，參考應(yīng)用程序使得開發(fā)人員能夠輕松快速地開始Aliro和Matter訪問控制。

方案中的QM35825是一款完全集成的超寬帶產(chǎn)品，符合IEEE 802.15.4-2024標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)消費(fèi)者、企業(yè)和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，支持FiRa、Aliro和Omlox測(cè)距方案，精度為±5cm，AoA為±2°。QM35825 UWB SoC通過實(shí)現(xiàn)微定位精度和可靠的距離測(cè)距，滿足了Aliro的精度和安全要求。

Nordic的nRF54L系列SoC集成了超低功耗多協(xié)議2.4GHz無線電和Arm Cortex-M33 MCU，帶來了智能鎖所需的超低功耗和安全性。

圖：QM35825 UWB SoC系統(tǒng)方框圖（圖源：貿(mào)澤電子）

本文小結(jié)

Custom Market Insights的研究數(shù)據(jù)表明，2024年，全球智能鎖市場(chǎng)的價(jià)值約為29億美元，預(yù)計(jì)在2024–2033年期間將以16.16%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2033年將達(dá)到107.4億美元。

智能鎖技術(shù)的未來趨勢(shì)包括先進(jìn)的生物識(shí)別功能、與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的集成、預(yù)測(cè)性訪問控制、用于安全密鑰管理的區(qū)塊鏈技術(shù)，以及節(jié)能設(shè)計(jì)的可持續(xù)性。此外，人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）的集成將使智能鎖能夠從用戶行為中學(xué)習(xí)，識(shí)別異常模式，并提醒房主潛在的安全威脅。隨著技術(shù)的進(jìn)步，用戶體驗(yàn)將成為智能鎖制造商關(guān)注的重點(diǎn)，未來的智能鎖可能會(huì)具有改進(jìn)的界面和更直觀的控制，更容易被所有年齡段的人使用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，智能鎖正成為互聯(lián)家庭生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的一部分，為房主和企業(yè)提供無鑰匙進(jìn)入的便利。目前使用藍(lán)牙、Wi-Fi和NFC等技術(shù)的智能鎖存在一些實(shí)際問題，它們的局限性源于這些技術(shù)的固有特性。

例如，藍(lán)牙和Wi-Fi主要依賴于接收信號(hào)強(qiáng)度指示符（RSSI）進(jìn)行距離估計(jì)，極易受到干擾、衰減和環(huán)境變化的影響，使得它們?cè)谟?jì)算你距離門鎖有多遠(yuǎn)時(shí)不太準(zhǔn)確。另外，這些門鎖還很容易受到棘手的“中繼”攻擊，別有用心之人利用這一漏洞，可以通過攔截并重新傳輸身份驗(yàn)證信號(hào)欺騙門鎖打開。這些問題的出現(xiàn)使得當(dāng)前的智能鎖看起來不是那么安全。

UWB是一種能夠克服上述挑戰(zhàn)的新興技術(shù)，它提供了更精確的位置感應(yīng)和更高的安全性。UWB代表了訪問控制系統(tǒng)的一種戰(zhàn)略性和前瞻性選擇，它精確測(cè)量距離（ToF）和方向（AoA）的能力，以及對(duì)“中繼”攻擊的固有抵抗力，從根本上改變了安全訪問的范式。盡管目前的UWB智能門鎖的部署成本仍然較高，生態(tài)系統(tǒng)也不是很成熟和完善，但市場(chǎng)趨勢(shì)仍清楚地展現(xiàn)了其在智能鎖市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的主導(dǎo)地位。