Как обустроить дверной замок
Вы когда-нибудь думали, что дверной замок может сделать больше, чем просто заблокировать и разблокировать входную дверь «атаковать» эту клавиатуру и сократить ее срок службы и надежность, в том числе влагу, грязь, дождевые капли и ультрафиолетовые лучи от солнечного света. Кроме того, кибер-атаки на Интернет-устройства Things происходят почти каждый день. Таким образом, хорошо защищенная беспроводная связь и защищенная от несанкционированного доступа передняя панель и клавиатура являются обязательными функциями.
Введение
Вы когда-нибудь думали, что ваш замок может сделать больше, чем просто запереть и разблокировать входную дверь? Технологии текущего или следующего поколения предоставляют возможности для инновационных приложений, но возникают новые проблемы, которые вам необходимо решить. Например, обработка спроса на обмен данными на небольших или простых узлах через сеть (Internet of Things (IoT)) и интеграция емкостных сенсорных технологий.
Во-первых, давайте посмотрим на тип функций и преимуществ, которые оснащают входную дверь электронным замком двери:
- Открытие двери с помощью клавиатуры может быть очень удобным, если вы случайно заблокированы снаружи.
- Вы можете отказаться от приведения ваших ключей, когда выходите на пробежку.
- Вы можете предоставить доступ к другим, временно или с ограничениями времени и ограничениями.
- Ваши дети могут открыть дверь при возвращении из школы, не требуя от вас ответственности за ключ.
В то время как электронные дверные замки должны работать надежно, они подвержены многим воздействиям окружающей среды. Влага, грязь, дождевые капли и ультрафиолетовые лучи от солнца могут со временем разрушать материалы. Кроме того, в качестве устройства IoT блокировка уязвима для кибератак, делает защищенную беспроводную связь и защищенную от несанкционированного доступа переднюю панель и обязательные функции клавиатуры. Это лишь некоторые из проблем.
На рисунке 1 показаны важные компоненты физического замка, включая клавиатуру, беспроводное соединение, дисплей и управление.
Рисунок 1. Блок-схема блокировки двери
Малая мощность
Продление срока службы батареи является важной задачей при проектировании дверного замка, который преимущественно находится в режиме ожидания. Микроконтроллер (MCU) должен иметь достаточную вычислительную мощность для управления радиосвязью через Bluetooth® с низкой энергией или Wi-Fi®, а также с другими частями системы. В блок-схеме примера на рисунке 1 Texas Instruments SimpleLink ™ MSP432 ™ контролирует все приложение. Этот MCU может гибко и эффективно переключаться между различными режимами работы и энергосбережения, обеспечивая режимы понижения мощности в суб-микроамперах. Соотношение производительности и потребления энергии имеет достаточную пропускную способность в активном режиме для управления всеми задачами, в том числе:
- Управление и получение данных с клавиатуры с сенсорной технологией CapTIvate ™ TI (на MCU MSP430FR2633).
- Управление реле или двигателем механизма блокировки / разблокировки.
- Чувствительность при блокировке при вводе / выводе (входы / выходы).
- Интеграция в систему охранной сигнализации.
- Возможность дистанционно открывать дверь через интернет-подключение к домашней сети.
- Возможность обмена информацией о статусе с удаленными устройствами, подключенными через Bluetooth с низкой энергией (BLE) или Wi-Fi.
Интегрированный аналого-цифровой преобразователь (ADC) на MCU MSP432 имеет до 16 бит разрешения, предлагая путь для добавления дополнительных функций, таких как:
- Измерения датчика окружающей среды (влажность, температура, давление воздуха).
- Защита двигателя и защита от помех.
- Обнаружение движения и срабатывание дневного света для управления огнями у входной двери.
Безопасность
Такие устройства, как интеллектуальные дверные замки, могут стать объектом кибер-атаки или манипуляции. Реализованные функции безопасности MCU должны обеспечивать безопасную связь, шифрование передаваемых данных с использованием шифрования безопасного шифрования (например, AES256) и защиту сохраненных данных с помощью микропроцессорного модуля (MPU) и защиты интеллектуальной собственности (IP). Это означает, что MCU должен обеспечивать очень высокий уровень безопасности:
- Надежно храните данные, такие как ключи шифрования и аутентификации для доступа к клавиатуре или сети.
- Разрешить пользователям добавлять или удалять ключи или ограничивать права доступа по времени.
- Проведите безопасные обновления прошивки беспроводной сети.
Необходимо защитить ключи шифрования и аутентификации не только тогда, когда устройства подвергаются атаке по каналу беспроводной связи, но также при физическом вмешательстве в приложение, ключи шифрования должны всегда храниться в памяти MCU.
клавиатура
Можно создать емкостную клавиатуру с сенсорной технологией, чтобы она была стильной и хорошо изолированной от воздействия окружающей среды. Также очень легко избежать проблем, таких как механическая неисправность кнопок на клавиатуре, и защитить клавиатуру от грязи и воды. Плоская панель без каких-либо зазоров или механических движущихся частей может быть инкапсулирована с гораздо меньшими усилиями и требуется только на фиксированных границах панели.
Для поддержания производительности при наличии капель воды или сильной влаги на панели требуется технология, достаточно чувствительная для обнаружения различий между водой и человеческими пальцами; в противном случае панель может неправильно интерпретировать фактические нажатия клавиш или полностью игнорировать их. Сенсорный модуль CapTIvate, реализованный в MSP430FR2633, обеспечивает сенсорную систему, которая может обнаруживать такие ситуации, реагировать и фильтровать для них.
Настройка емкостного датчика на различные зависящие от приложения параметры, такие как размер панели, материал панели, корпус, структура печатной платы (PCB), материал и толщина, могут стать очень сложными. Чтобы упростить этот процесс, уровень абстракции программного обеспечения (API) предоставляет пользователям доступ ко всем важным данным датчиков, а также позволяет обрезку, адаптацию датчика к изменяющимся требованиям и датчикам считывания или элементам данных. Вы часто можете воспользоваться графическим пользовательским интерфейсом более высокого уровня (GUI), который может помочь вам проектировать, настраивать и постоянно настраивать различные параметры датчика во время цикла проектирования. На рисунке 2 показан пример графического интерфейса, который может помочь упростить как емкостный дизайн, так и настройки.
Рисунок 2. GUI для настройки емкостного сенсорного обнаружения
Клавиши замка двери должны работать с сенсорным управлением в присутствии пара, тумана или аэрозоля (например, тумана или капли). При разработке влагостойкого применения мы рекомендуем:
- Максимальное расстояние между кнопками.
- Обеспечение значительного расстояния между кнопками и соседними наземными плоскостями.
- Маршрутизация всех следов электродов на слое печатной платы, наиболее удаленной от поверхности.
- Установка состояния холостого хода датчика на высокий уровень Z (плавающий), так что соседние датчики не обеспечивают точек соединения, которые могут вызывать ложные срабатывания.
- Если возможно, используйте непроводящий корпус для продукта.
Некоторые емкостные сенсорные устройства также позволяют обнаруживать сенсорный металл для создания еще более надежного или защищенного от несанкционированного доступа решения.
Беспроводной доступ
Чтобы настроить канал беспроводной связи с его многочисленными параметрами и функциями, вы должны использовать хорошо разработанный инструмент настройки и набор средств разработки программного обеспечения (SDK) - особенно когда безопасность данных на канале связи, гибкость в протоколе и стандарте и масштабируемость приложение важно. Все необходимые функции должны быть доступны и просты в использовании. SDK поддерживают ускоренную разработку вашего приложения, а также могут помочь решить проблемы, возникшие позже, особенно в области безопасности, поскольку тестовые примеры и хороший охват для этого сложнее установить.
Производителям электронных замков часто приходится настраивать свои продукты, заменять различные наборы функций или изменять беспроводные протоколы для обслуживания различных регионов или рынков (таких как жилые, коммерческие или гостиничные и промышленные). Расширяемая функциональная программная среда позволяет быстро масштабироваться. На рисунке 3 показаны уровни прошивки абстрактной функциональной программной среды, которая предоставляет множество API-интерфейсов, библиотек драйверов, кросс-платформенных подключаемых модулей и портативного интерфейса операционной системы (POSIX) и операционной системы реального времени (RTOS).
Программная среда дополнительно предлагает единую среду разработки, которая предоставляет гибкие аппаратные, программные и инструментальные возможности, позволяющие вам разрабатывать проводные и беспроводные приложения. Благодаря такой структуре вы можете поддерживать 100-процентное повторное использование кода во всех MCU и нескольких стандартах связи, обеспечивая легкую настройку для вашего приложения и возможность проводить больше времени для тестирования.
Плагины SDK также обеспечивают простой способ подключения Bluetooth с низким энергопотреблением к новому или существующему приложению. Например, использование MCU хоста и добавление низкой энергии Bluetooth через сетевой процессор обеспечивает расширенную функциональность и непревзойденную гибкость проектирования системы, которые имеют решающее значение для промышленных приложений. Плагины SDK могут значительно сократить время разработки и потенциальные ошибки во время реализации протокола связи.
Рисунок 3. Компоненты и слои SDK
Резюме
Возрастающая сложность беспроводных соединений и емкостные сенсорные функции представляют проблемы для разработчиков, особенно когда важно достичь максимальной производительности с максимальной надежностью и безопасностью. Как мы показали, вам необходимо рассмотреть и разрешить многие подводные камни и препятствия. Использование периферийных устройств MCU с акцентом на конечное приложение и набор инструментов с простыми в использовании SDK могут снизить эту нагрузку и обеспечить быстрое время выхода на рынок.
Соавторы этой статьи: Данг Данг и Дэвид Лара
Связанная документация
- Панель управления доступом Texas Instruments с поддержкой Bluetooth с низким энергопотреблением, емкостной сенсорной поддержкой и программным обеспечением интеграции программного обеспечения.
- Texas Instruments SimpleLink MSP432 SDK.
- Texas Instruments SimpleLink MSP432 SDK Bluetooth с низким энергопотреблением.
- Руководство по технологиям CapTIvate Texas Instruments.
- Центр проектирования Texas Instruments CapTIvate.
Отраслевые статьи - это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.