Интеллектуальная защита цепей и конструкция датчиков для замков умного дома и контроля доступа

Сочетание технологий смартфонов, сетей и Интернета вещей (IoT) позволило разработать как умный дом, так и передовую автоматизацию зданий. Эти технологии обеспечивают повышенную автоматизацию, контроль и безопасность, предоставляя домовладельцу или сотруднику офиса повышенное удобство и ощущение большей безопасности. Где бы ни находился домовладелец или обитатель офиса, они могут видеть состояние своего дверного замка, а также окон и дверей.

Инженеры, разрабатывающие продукты для обеспечения безопасности домов и зданий, такие как интеллектуальные замки и датчики окон и дверей, должны гарантировать, что их устройства не создают у клиентов ложного чувства безопасности. Проектировщикам необходимо понимать, какие защитные и чувствительные компоненты необходимы для соответствия применимым стандартам безопасности и обеспечения безопасной, прочной и надежной продукции.

Рынок интеллектуальных замков сам по себе является быстрорастущим и располагает к инновациям. Ожидается, что глобальный рост продаж интеллектуальных замков будет иметь совокупный годовой темп роста (CAGR) в размере 25 процентов, при этом рост количества единиц увеличится с примерно семи миллионов единиц в 2019 году до примерно 23 миллионов единиц в 2024 году1. На рынок жилых помещений будет приходиться большая часть роста. , что составит около 70 процентов.

Как и в случае с умными замками, повышение осведомленности о личной безопасности будет стимулировать глобальный рост датчиков окон и дверей, особенно в развивающихся странах. Ожидается, что поставки увеличатся с примерно 300 миллионов единиц в 2019 году до примерно 465 миллионов единиц в 2024 году. Средние темпы роста составляют около девяти процентов. Рынок продуктов для обеспечения безопасности умного дома – это здоровый и привлекательный рынок.

Интеллектуальный замок состоит из клавиатуры для ручного доступа, беспроводной протокольной линии для доступа к смартфону через программное приложение, датчика для отслеживания положения дверной ручки, исполнительных механизмов для блокировки или разблокировки двери, а также датчика для обнаружения попытки обойти дверь. замок. На рис. 1 показан пример интеллектуального дверного замка с предлагаемыми защитными и чувствительными компонентами, обеспечивающими надежную работу. На рис. 2 представлена ​​подробная блок-схема интеллектуального замка; На схеме показано рекомендуемое размещение предлагаемых защитных и чувствительных компонентов.

Электростатический разряд (ESD) представляет собой главную опасность для электроники интеллектуального замка. И пользовательский интерфейс, и беспроводной интерфейс подвержены воздействию электростатического разряда со стороны пользователя.

Пользовательский интерфейс содержит клавиатуру, с которой человек связывается для ввода заранее запрограммированного кода доступа. Человек является источником электростатического разряда, особенно в сухой среде. Разработчики должны защищать блок схемы пользовательского интерфейса от электростатического разряда, чтобы избежать повреждения чувствительной электроники.

Для защиты от электростатического разряда проектировщикам следует рассмотреть возможность использования диода подавления переходного напряжения (TVS) или диодной матрицы. TVS-диоды представляют собой стабилитроны, созданные по кремниевой лавинной технологии и обеспечивающие минимальный уровень защиты ±15 кВ от напряжения электростатического разряда. Матрица TVS-диодов может содержать шесть стабилитронов для защиты пяти сигнальных линий и обеспечения заземления. См. рисунок 3. Преимущество массива заключается в том, что один компактный компонент в корпусе для поверхностного монтажа 0402 может защитить до пяти линий.

Воздействие на блок схемы минимально; массив TVS-диодов может иметь ток утечки всего 1 мкА. Если требуется более высокий уровень защиты от электростатического разряда, отдельный диод может обеспечить защиту от электростатического разряда для каждой сигнальной линии. Одиночный TVS-диод, показанный на рисунке 4, может выдерживать напряжение до ±30 кВ. Какая бы конфигурация ни использовалась, размещайте TVS-диоды как можно ближе к входу схемы, чтобы предотвратить проникновение переходных процессов ESD в схему.

Беспроводной интерфейс подключается к сотовой сети или беспроводной локальной сети, сети Wi-Fi для связи со смартфоном или другим сетевым устройством. Поскольку беспроводной интерфейс подвергается воздействию внешней среды, он должен иметь защиту от электростатического разряда. Рекомендуемый компонент — полимерный подавитель электростатического разряда.

Ценность полимерного подавителя электростатического разряда заключается в его способности реагировать на переходные процессы электростатического разряда и поглощать его, оказывая при этом незначительное влияние на характеристический импеданс выхода беспроводного интерфейса. Полимерные подавители электростатического разряда выдерживают электростатическое разряд при прямом контакте ±8 кВ и авиаудар ±15 кВ. Типичная емкость компонента составляет всего 0,06 пФ. Время реакции на переходный процесс чрезвычайно мало, менее 1 нс. Размещение должно быть как можно ближе к разъему входной антенны. На рисунке 5 показаны две конфигурации полимерных подавителей ЭСР, двунаправленные компоненты.