智能家居锁和访问控制的智能电路保护和传感设计

智能手机，网络和互联网（IOT）技术的组合使智能家居和高级楼宇自动化的开发能够开发。这些技术提供了更高的自动化，控制和安全性，为房主或办公室占用者提高了便利性和舒适的安全性。无论房主还是办公室占用者，他们都可以查看他们的门锁和窗户和门的状态。

设计家庭和建筑安全产品的工程师，如智能锁和窗口和门传感器设备需要确保其设备对其客户没有创造虚假的安全感。设计人员需要了解符合适用安全标准所需的保护和传感组件，并确保安全，强大，可靠的产品。

仅智能锁的市场是一个高增长市场，是创新的机会主义。智能锁的全球增长预计将具有25％的复合年增长率（CAGR），单位增长从2019年的大约七百万个单位扩展到20241年的约2300万台。住宅市场将代表大多数增长，这将大约70％。

与智能锁一样，增加对个人安全的认识将推动窗口和门传感器的全球增长，特别是在发展中经济体中。出货量预计将从2019年约300米的单位增加到20242年的约465万台。这种增长在CAGR左右左右。智能家居安全产品市场是一个健康，有吸引力的市场。

保护智能锁定设计

智能锁包括一个键盘进行手动访问，通过软件应用程序的无线协议链接进行智能手机访问，传感器监视门把手的位置，致动器锁定或解锁门，并感应检测努力绕过割伤的努力锁。图1显示了一个带有建议的保护和传感组件的示例智能门锁，以确保可靠的操作。图2提供了智能锁定的详细框图;并且该图显示了建议的保护和传感组件的推荐放置。

静电放电（ESD）是智能锁定电子设备的危险。雷竞技最新app用户界面和无线接口都易于来自用户的ESD。

用户界面包含人员联系人以输入预编程的访问代码的键盘。个人是ESD的来源，特别是在干燥的环境中。设计人员应保护来自ESD的用户界面电路块，以避免损坏敏感电子器件。雷竞技最新app

图1。智能锁，推荐保护和传感解决方案

图2。智能锁框图显示了推荐保护和传感元件的电路块

对于ESD保护，设计人员应考虑瞬态电压抑制器（TVS）二极管或二极管阵列。电视二极管是硅雪崩技术构建的齐纳二极管，可提供±15千伏的最低保护水平。TVS二极管阵列可以容纳六个齐纳二极管以保护五条信号线并提供地面参考。请参见图3.阵列的优势在于0402表面安装封装中的一个节省空间组件可以保护多达五行。

对电路块的影响很小;电视二极管阵列可以具有仅为1μA的漏电流。如果需要更高水平的ESD保护，则各个二极管可以为每个信号线提供ESD保护。单个TVS二极管，如图4所示，可以承受高达±30 kV。无论使用哪种配置，将电视二极管放置在尽可能接近电路的输入，以防止ESD瞬态穿透到电路中。

图3。示例5线TVS二极管数组

图4。单个电视二极管

无线接口链接到蜂窝网络或无线LAN，WiFi网络，以与智能手机或其他联网设备通信。由于它暴露于外部环境，因此无线接口应具有ESD保护。推荐的组分是聚合物ESD抑制器。

聚合物ESD抑制器的值是其能够响应和吸收ESD瞬变的能力，同时对无线接口输出的特征阻抗具有可忽略的影响。聚合物ESD抑制器可以承受±8 kV直接接触ESD和±15 kV的空袭。组件的典型电容为0.06pf。响应时间到瞬​​态的响应时间是非常快的，1 ns下方。放置应尽可能靠近输入天线连接器。图5显示了用于聚合物ESD抑制器，双向部件的两种配置。

图5。聚合物ESD抑制器，双向部件的配置

感知智能锁的建议

检测，以确保门完全坐在门框需要一个传感器。带有磁致动器的簧片开关是电池驱动智能锁的低功耗传感解决方案。簧片开关不需要任何驱动电源，在任何环境中都是密封的，寿命长。版本可切换10w，额定电压为0.5 A或高达200 V。该开关非常适合在低压控制电路中使用。此外，表面贴装版本可用于自动电路板组装。

设计人员应考虑设计用于安装在诸如门框架的框架上的圆柱形磁致电致动器。Alnico磁铁是推荐的材料;并且，尺寸可以小至5 mm x 25 mm。

篡改检测电路块还需要传感器如果锁被损坏并且门打开，则需要警告用户。再次，建议使用簧片开关和执行器。簧片开关致动器组合消耗了最小的功率，以最大限度地提高电池寿命。设计人员可以考虑带有可调灵敏度的簧片开关致动器对，以确保对篡改锁的快速响应。

只需四个组件即可为智能锁定提供保护和传感。这些组件消耗了最少的电路板房地产，确保产品安全可靠。

保护无线门和窗扇传感器设计

无线门和窗扇传感器提供有关窗户和门的信息。用户可以从任何位置获取有关Windows和DOORS是否打开或关闭的信息。图6示出了无线门传感器和无线窗口传感器的硬件配置。该图还显示了每个硬件元素的推荐保护和传感组件。

图6。无线窗口和门传感系统，具有推荐的保护和传感组件显示

图7显示了系统的两个主要元素的框图。传感器电路检测窗口或门的位置，并将信息报告给控制器，该控制器也是用户的接口和信息的发送器到任何位置。传感电路位于门窗上，必须允许运动;因此，电路必须是电池操作的。具有键盘的用户界面控制器位于固定位置，因此它可以是AC线路供电。交流线路电源是商业安装的典型应用。

图7。窗口和门传感器系统的框图，显示电路块和推荐的保护和传感元件

与智能锁一样，设计师应该考虑使用簧片开关-磁致动器进行接近检测。在不需要激活电源的情况下，簧片开关延长了传感器系统的电池寿命。传感器和用户界面控制器中的无线接口电路块可以使用聚合物ESD抑制器来确保免受ESD的保护，同时保持射频传输的完整性。同样类似于智能锁，用户界面电路块及其键盘应具有防静电保护，以防止人体接触。TVS二极管阵列可以保护敏感的信号线免受ESD瞬态干扰。

如果交流电源和AC-DC电源激励用户界面控制器，设计人员需要保护控制器免受交流线路的潜在威胁。电子设备的潜在损坏可以来自过电流，雷击和其他电压雷竞技最新app瞬变和ESD瞬变。设计人员可以通过熔断和电压瞬态保护装置保护它们的设计免受这些条件。

有许多选择保险丝，包括保险丝的操作特性和壳体风格，以满足各种各样的设计目标。设计人员应考虑延时或SLO-BLO保险丝，以避免滋扰关闭。此外，设计人员应选择保险丝电流额定值，以适应适用的短期过载，例如湍急的电流。其他考虑因素包括中断额定值，其定义了保险丝可以中断的最大过载电流。此参数以保险丝大小交易。如果需要小熔丝，设计人员需要确保保险丝可以承受由AC线路提供的可用短路电流。最终考虑是保险丝的耐寒性。如果功耗是一个主要关注，那么设计人员应该寻找具有低耐寒性的保险丝。

为了安全地从雷电或电机开启和关闭尖峰上从AC线上的电压瞬变吸收能量，设计人员应考虑采用金属氧化物变阻器（MOV）。MOV可以从8/20μs瞬态脉冲吸收高达10,000a的电流浪涌。20mm MOV也可以吸收多达530 j的能量。

MOV的另一种组件是TVS二极管。为保护电路免受雷电和其他瞬变影响而开发的模型可以承受10/1000µs脉冲产生的1500 W的功率。为了降低功耗，TVS二极管在正常工作条件下的吸电量小于1 μ a。此外，TVS二极管可以在不到1ps的时间内快速响应瞬态。表面安装版本可减少组装劳动力。图8显示了TVS二极管的符号。设计人员可以选择双向二极管或单向二极管。

图8。双向和单向TVS二极管的配置

与智能锁一样，它不采取许多组件来保护窗口和门传感电路。设计人员有许多选项可为其产品选择最合适的版本。

符合电子安全产品的行业标准

设计人员应该了解适用于他们正在开发的产品的标准，以便他们可以在其项目的开发阶段融合这些要求。未能适应标准可能导致潜在的昂贵重新设计工作和产品介绍延误。

除了普通产品安全标准之外，如IEC 61000系列，其定义了对承受ESD，电动快速瞬变和雷电的要求，电子锁定和相关产品存在特定标准。表1列出了电子锁定和相关设备的适用标准。这些标准涵盖了北美市场和中国。该文件是智能锁和窗口和门传感器的设计者必不可少的参考资料。

表1.北美和中国的电子锁定和相关产品标准

总结

对质量，可靠性和便利性的声誉对智能锁和窗户和门传感产品的制造商来说是一个巨大的竞争优势。采用适当的保护和传感组件将有助于实现安全和强大的产品。幸运的是，设计师只需要少量的组件来完全保护其产品并遵守安全标准。通过低能量传感器，设计人员可以最大限度地提高电池寿命，以最大限度地减少电池更换频率。设计人员有许多可以使用的替代组件。实现最佳设计的最终建议是利用组件制造商的专业知识并寻求他们的建议。

有关电路保护，传感设备和组件选择标准的更多信息，请参阅电路保护选择指南和传感产品选择指南礼貌的礼貌。

参考文献

1. 智能锁定市场规模。Grandview研究。2020年2月。
2. 窗口传感器市场前景。展望市场研究。2019年5月。

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