你有没有想过你的门锁可以做的不仅仅是锁定和解锁你的前门？当前或下一代技术为创新应用提供了潜力，但您需要解决新的挑战。例如，处理通过网络（物联网 [IoT]）和集成电容式触摸技术在小型或简单节点上交换数据的需求。
首先，让我们看看为前门配备电子门锁可以提供的功能和优势类型：
- 如果您不小心被锁在外面，用键盘打开门会非常方便。
- 外出跑步时，您可以放弃携带钥匙。
- 您可以暂时或有时间限制和限制地向其他人授予访问权限。
- 您的孩子可以在放学回家时打开门，而无需负责钥匙。
虽然电子门锁应该可靠地工作，但它们容易受到许多环境影响。随着时间的推移，来自太阳的水分、污垢、雨滴和紫外线会腐蚀材料。此外，作为物联网设备，锁容易受到网络攻击，因此必须具备受保护的无线通信以及防篡改的前面板和键盘功能。这些只是部分挑战。
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。
低电量
在设计主要处于空闲模式的门锁时，延长电池寿命是一个关键目标。微控制器 (MCU) 需要有足够的计算能力来控制通过 Bluetooth低功耗或 Wi-Fi以及系统其他部分的无线电通信。在图 1 的示例框图中，德州仪器 SimpleLink-MSP432监控整个应用。该 MCU 可以灵活高效地在各种运行和省电模式之间切换，提供亚微安级的省电模式。性能能耗比在主动模式下有足够的计算带宽来管理所有任务，包括：
- 使用 TI 的 CapTIvate触摸技术（在 MSP430FR2633 MCU 上）从键盘控制和获取数据。
- 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。
- 通过与家庭网络的互联网连接远程开门的能力。
- 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 上的集成模数转换器 (ADC) 具有高达 16 位的分辨率，提供了添加高级功能的途径，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 实现的安全特性需要提供安全通信，使用安全加密标准（例如 AES256）加密传输数据，并通过微处理器单元 (MPU) 和知识产权 (IP) 保护存储数据。这意味着 MCU 应该提供非常高级别的安全性：
- 安全地存储数据，例如用于键盘或网络访问的加密和身份验证密钥。
- 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。
确保加密和身份验证密钥的安全至关重要，不仅在设备通过无线通信信道受到攻击时，而且在应用程序遭到物理篡改时，加密密钥都需要始终安全地存储在 MCU 中。
键盘
可以设计基于电容式触摸技术的键盘，使其既时尚又不受环境影响。也很容易避免问题，例如键盘上按钮的机械故障，并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更轻松地封装，并且只需要在面板的固定边界处。
在面板上存在水滴或大量湿气的情况下保持性能需要一种足够灵敏的技术来检测水和人类手指之间的差异；否则，面板可能会误解实际的按键操作或完全忽略它们。MSP430FR2633 中实现的 CapTIvate 触摸模块提供了一个传感系统，可以检测此类情况并对其做出反应和过滤。
根据面板尺寸、面板材料、外壳、印刷电路板 (PCB) 结构、材料和厚度等各种应用相关参数调整电容式传感器可能会变得非常复杂。为简化此过程，软件抽象层 (API) 使用户可以访问所有重要的传感器数据，但也允许进行调整、使传感器适应不断变化的要求以及读取传感器或元件数据。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中设计、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，它有助于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。
门锁键盘应能够在存在蒸汽、雾气或喷雾（如雾或雨滴）的情况下通过触摸检测进行操作。在设计耐湿应用时，我们建议：
- 在按钮之间提供尽可能大的间距。
- 在按钮和附近的地平面之间提供显着的间距。
- 在离表面最远的 PCB 层上布线所有电极连接走线。
- 将传感器空闲状态设置为高阻抗（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，请为产品使用非导电外壳。
一些电容式触摸实现还允许触摸金属检测，以形成更强大或防篡改的解决方案。
无线接入
要建立具有众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）——尤其是当通信通道上的数据安全、协议和标准的灵活性以及可扩展性应用很重要。所有必需的功能都需要可用且易于使用。SDK 支持更快地开发您的应用程序，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更难建立。
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，该框架提供多个 API、驱动程序库、跨平台插件以及便携式操作系统接口 (POSIX) 和实时操作系统 (RTOS) 支持。
软件框架还提供单一开发环境，提供灵活的硬件、软件和工具选项，使您能够开发有线和无线应用程序。通过这样的结构，您可以在主机 MCU 和多种通信标准之间保持 100% 的代码重用，从而为您的应用程序提供简单的配置，并能够花更多的时间进行测试。
SDK 插件还提供了一种向新的或现有的应用程序添加低功耗蓝牙连接的简单方法。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 插件可以大大减少开发时间和通信协议实施过程中的潜在错误。
无线连接和电容式触控功能日益复杂，这对开发人员来说是一个挑战，尤其是在以最高的可靠性和安全性达到最高性能很重要的时候。正如我们所展示的，您需要考虑并解决许多陷阱和障碍。