你有沒(méi)有想過(guò)你的門鎖可以做的不僅僅是鎖定和解鎖你的前門？當(dāng)前或下一代技術(shù)為創(chuàng)新應(yīng)用提供了潛力，但您需要解決新的挑戰(zhàn)。例如，處理通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（物聯(lián)網(wǎng) [IoT]）和集成電容式觸摸技術(shù)在小型或簡(jiǎn)單節(jié)點(diǎn)上交換數(shù)據(jù)的需求。
首先，讓我們看看為前門配備電子門鎖可以提供的功能和優(yōu)勢(shì)類型：
- 如果您不小心被鎖在外面，用鍵盤打開(kāi)門會(huì)非常方便。
- 外出跑步時(shí)，您可以放棄攜帶鑰匙。
- 您可以暫時(shí)或有時(shí)間限制和限制地向其他人授予訪問(wèn)權(quán)限。
- 您的孩子可以在放學(xué)回家時(shí)打開(kāi)門，而無(wú)需負(fù)責(zé)鑰匙。
雖然電子門鎖應(yīng)該可靠地工作，但它們?nèi)菀资艿皆S多環(huán)境影響。隨著時(shí)間的推移，來(lái)自太陽(yáng)的水分、污垢、雨滴和紫外線會(huì)腐蝕材料。此外，作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，鎖容易受到網(wǎng)絡(luò)攻擊，因此必須具備受保護(hù)的無(wú)線通信以及防篡改的前面板和鍵盤功能。這些只是部分挑戰(zhàn)。
圖 1 顯示了物理鎖的重要組件，包括鍵盤、無(wú)線連接、顯示和控制。
低電量
在設(shè)計(jì)主要處于空閑模式的門鎖時(shí)，延長(zhǎng)電池壽命是一個(gè)關(guān)鍵目標(biāo)。微控制器 (MCU) 需要有足夠的計(jì)算能力來(lái)控制通過(guò) Bluetooth低功耗或 Wi-Fi以及系統(tǒng)其他部分的無(wú)線電通信。在圖 1 的示例框圖中，德州儀器 SimpleLink-MSP432監(jiān)控整個(gè)應(yīng)用。該 MCU 可以靈活高效地在各種運(yùn)行和省電模式之間切換，提供亞微安級(jí)的省電模式。性能能耗比在主動(dòng)模式下有足夠的計(jì)算帶寬來(lái)管理所有任務(wù)，包括：
- 使用 TI 的 CapTIvate觸摸技術(shù)（在 MSP430FR2633 MCU 上）從鍵盤控制和獲取數(shù)據(jù)。
- 控制鎖定/解鎖機(jī)構(gòu)的繼電器或電機(jī)。
- 通過(guò)輸入/輸出 (I/O) 檢測(cè)鎖定操作。
- 集成到防盜報(bào)警系統(tǒng)中。
- 通過(guò)與家庭網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)連接遠(yuǎn)程開(kāi)門的能力。
- 能夠與通過(guò)藍(lán)牙低功耗 (BLE) 或 Wi-Fi 連接的遠(yuǎn)程設(shè)備共享狀態(tài)信息。
MSP432 MCU 上的集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 具有高達(dá) 16 位的分辨率，提供了添加高級(jí)功能的途徑，例如：
- 環(huán)境傳感器測(cè)量（濕度、溫度、氣壓）。
- 電機(jī)控制和干擾保護(hù)。
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和日光感應(yīng)控制前門的燈光。
安全
智能門鎖等設(shè)備可能成為網(wǎng)絡(luò)攻擊或操縱的目標(biāo)。MCU 實(shí)現(xiàn)的安全特性需要提供安全通信，使用安全加密標(biāo)準(zhǔn)（例如 AES256）加密傳輸數(shù)據(jù)，并通過(guò)微處理器單元 (MPU) 和知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 保護(hù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這意味著 MCU 應(yīng)該提供非常高級(jí)別的安全性：
- 安全地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，例如用于鍵盤或網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的加密和身份驗(yàn)證密鑰。
- 允許用戶按時(shí)間添加或刪除密鑰或限制訪問(wèn)權(quán)限。
- 進(jìn)行安全的無(wú)線無(wú)線固件更新。
確保加密和身份驗(yàn)證密鑰的安全至關(guān)重要，不僅在設(shè)備通過(guò)無(wú)線通信信道受到攻擊時(shí)，而且在應(yīng)用程序遭到物理篡改時(shí)，加密密鑰都需要始終安全地存儲(chǔ)在 MCU 中。
鍵盤
可以設(shè)計(jì)基于電容式觸摸技術(shù)的鍵盤，使其既時(shí)尚又不受環(huán)境影響。也很容易避免問(wèn)題，例如鍵盤上按鈕的機(jī)械故障，并保護(hù)鍵盤免受灰塵和水的影響。沒(méi)有任何間隙或機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的平板可以更輕松地封裝，并且只需要在面板的固定邊界處。
在面板上存在水滴或大量濕氣的情況下保持性能需要一種足夠靈敏的技術(shù)來(lái)檢測(cè)水和人類手指之間的差異；否則，面板可能會(huì)誤解實(shí)際的按鍵操作或完全忽略它們。MSP430FR2633 中實(shí)現(xiàn)的 CapTIvate 觸摸模塊提供了一個(gè)傳感系統(tǒng)，可以檢測(cè)此類情況并對(duì)其做出反應(yīng)和過(guò)濾。
根據(jù)面板尺寸、面板材料、外殼、印刷電路板 (PCB) 結(jié)構(gòu)、材料和厚度等各種應(yīng)用相關(guān)參數(shù)調(diào)整電容式傳感器可能會(huì)變得非常復(fù)雜。為簡(jiǎn)化此過(guò)程，軟件抽象層 (API) 使用戶可以訪問(wèn)所有重要的傳感器數(shù)據(jù)，但也允許進(jìn)行調(diào)整、使傳感器適應(yīng)不斷變化的要求以及讀取傳感器或元件數(shù)據(jù)。您通?？梢詮母呒?jí)別的圖形用戶界面 (GUI) 中受益，該界面可以幫助您在設(shè)計(jì)周期中設(shè)計(jì)、配置和不斷調(diào)整不同的傳感器參數(shù)。圖 2 顯示了一個(gè) GUI 示例，它有助于簡(jiǎn)化電容式觸摸設(shè)計(jì)和調(diào)整過(guò)程。
圖 2. 用于調(diào)整電容式觸摸檢測(cè)的 GUI。
門鎖鍵盤應(yīng)能夠在存在蒸汽、霧氣或噴霧（如霧或雨滴）的情況下通過(guò)觸摸檢測(cè)進(jìn)行操作。在設(shè)計(jì)耐濕應(yīng)用時(shí)，我們建議：
- 在按鈕之間提供盡可能大的間距。
- 在按鈕和附近的地平面之間提供顯著的間距。
- 在離表面最遠(yuǎn)的 PCB 層上布線所有電極連接走線。
- 將傳感器空閑狀態(tài)設(shè)置為高阻抗（浮動(dòng)），以便附近的傳感器不提供可能導(dǎo)致錯(cuò)誤檢測(cè)的耦合點(diǎn)。
- 如果可能，請(qǐng)為產(chǎn)品使用非導(dǎo)電外殼。
一些電容式觸摸實(shí)現(xiàn)還允許觸摸金屬檢測(cè)，以形成更強(qiáng)大或防篡改的解決方案。
無(wú)線接入
要建立具有眾多參數(shù)和功能的無(wú)線通信通道，您應(yīng)該使用精心設(shè)計(jì)的配置工具和軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）——尤其是當(dāng)通信通道上的數(shù)據(jù)安全、協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)的靈活性以及可擴(kuò)展性應(yīng)用很重要。所有必需的功能都需要可用且易于使用。SDK 支持更快地開(kāi)發(fā)您的應(yīng)用程序，還可以幫助緩解以后出現(xiàn)的問(wèn)題，尤其是在安全領(lǐng)域，因?yàn)闇y(cè)試用例和良好的覆蓋范圍更難建立。
電子鎖制造商通常需要調(diào)整他們的產(chǎn)品、更換不同的功能集或更改無(wú)線協(xié)議以服務(wù)于不同的地區(qū)或市場(chǎng)（例如住宅、商業(yè)或酒店和工業(yè)）?？蓴U(kuò)展的功能軟件框架使他們能夠快速擴(kuò)展。圖 3 顯示了抽象功能軟件框架的固件層，該框架提供多個(gè) API、驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)、跨平臺(tái)插件以及便攜式操作系統(tǒng)接口 (POSIX) 和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS) 支持。
軟件框架還提供單一開(kāi)發(fā)環(huán)境，提供靈活的硬件、軟件和工具選項(xiàng)，使您能夠開(kāi)發(fā)有線和無(wú)線應(yīng)用程序。通過(guò)這樣的結(jié)構(gòu)，您可以在主機(jī) MCU 和多種通信標(biāo)準(zhǔn)之間保持 100% 的代碼重用，從而為您的應(yīng)用程序提供簡(jiǎn)單的配置，并能夠花更多的時(shí)間進(jìn)行測(cè)試。
SDK 插件還提供了一種向新的或現(xiàn)有的應(yīng)用程序添加低功耗藍(lán)牙連接的簡(jiǎn)單方法。例如，使用主機(jī) MCU 并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)處理器添加低功耗藍(lán)牙可提供擴(kuò)展功能和無(wú)與倫比的系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性，這在工業(yè)應(yīng)用中至關(guān)重要。SDK 插件可以大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間和通信協(xié)議實(shí)施過(guò)程中的潛在錯(cuò)誤。
無(wú)線連接和電容式觸控功能日益復(fù)雜，這對(duì)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)，尤其是在以最高的可靠性和安全性達(dá)到最高性能很重要的時(shí)候。正如我們所展示的，您需要考慮并解決許多陷阱和障礙。