何為智能門(mén)鎖呢？它也被稱(chēng)為數(shù)字門(mén)鎖，是為了取代前門(mén)上的螺栓鎖而設(shè)計(jì)的，是一種支持Wi-Fi或藍(lán)牙的智能家居設(shè)備，用戶(hù)可以把家里的鑰匙留在家里，使用其他方式鎖門(mén)和開(kāi)鎖。

在智能家居迅速發(fā)展的背景下，智能鎖市場(chǎng)也迎來(lái)了爆發(fā)性增長(zhǎng)。隨著消費(fèi)者越來(lái)越多地使用智能家居技術(shù)，智能鎖已經(jīng)成為一種重要的設(shè)備。全國(guó)五金工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示，2024年上半年全國(guó)智能門(mén)鎖出貨量為1055萬(wàn)套，同比增長(zhǎng)5.5%，呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，中國(guó)目前的滲透率在5%~10%左右，中國(guó)的智能門(mén)鎖還處于初步發(fā)展階段。

在享受互聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的便利的同時(shí)，人們也對(duì)智能門(mén)鎖提出了兩個(gè)主要關(guān)切：首先，智能門(mén)鎖的安全性是用戶(hù)最關(guān)心的問(wèn)題，即它們是否能夠提供足夠的安全保障。其次，智能門(mén)鎖需要具備較長(zhǎng)的使用壽命和較低的能耗，這意味著它們必須在保持功能性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)低功耗。

智能門(mén)鎖的能耗控制是一個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)挑戰(zhàn)，往往涉及各種功能，尤其無(wú)線互聯(lián)芯片的工作功耗控制以及電池本身的功耗管理。在考慮優(yōu)化能耗之前，我們首先要關(guān)注智能門(mén)鎖的功耗表征，即需要測(cè)準(zhǔn)產(chǎn)品的功耗，并監(jiān)控不同工作狀態(tài)和運(yùn)行不同功能的功耗，這樣才能明確功耗優(yōu)化的方向，做到有的放矢，為功耗優(yōu)化做保障。

智能門(mén)鎖使用的電源為電池，國(guó)家鎖具產(chǎn)品規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中針對(duì)使用的電池也做了明確的要求，具體可以參考標(biāo)準(zhǔn)GB21556-2008。

智能門(mén)鎖

電池通常采用以下三種：

(A)干電池供電：這種供電方式多用于基礎(chǔ)款智能門(mén)鎖，因?yàn)檫@些鎖的功能較為簡(jiǎn)單，對(duì)電壓和電池容量的需求不高。知名品牌的智能門(mén)鎖使用干電池供電時(shí)，續(xù)航能力可以達(dá)到一年以上。其優(yōu)點(diǎn)在于電池更換簡(jiǎn)單快捷，但缺點(diǎn)是不夠環(huán)保。

(B)鋰電池供電：這種供電方式適用于功耗較高的智能門(mén)鎖，例如那些配備機(jī)械自動(dòng)鎖體、3D人臉識(shí)別功能的鎖。鋰電池因其較大的功率，能夠支持更多的智能功能。不過(guò)，其缺點(diǎn)在于電池更換較為復(fù)雜，且在電量耗盡時(shí)可能導(dǎo)致門(mén)鎖無(wú)法使用，因此建議家中常備備用電池。

(C)鋰電池與干電池混合供電：這種供電方式多見(jiàn)于多功能智能門(mén)鎖，其中鋰電池負(fù)責(zé)提供高功耗功能所需的電力，而干電池則負(fù)責(zé)基礎(chǔ)功能的供電。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是即使鋰電池電量耗盡，門(mén)鎖的基礎(chǔ)功能仍然可以正常運(yùn)作。缺點(diǎn)是需要準(zhǔn)備兩種電池的備用方案，并定期檢查兩種電池的電量，以確保門(mén)鎖始終有電可用。

要使電池保持較低的功耗以及減少換電成本和充電次數(shù)，那么有必要了解智能門(mén)鎖的功耗特征。

功耗特征表現(xiàn)為四個(gè)方面：

靜態(tài)功耗與動(dòng)態(tài)功耗：智能門(mén)鎖在靜態(tài)（待機(jī)）狀態(tài)下的功耗典型值為幾十微安培（uA），而在動(dòng)態(tài)（開(kāi)鎖）狀態(tài)下的功耗典型值為幾百毫安培（mA），開(kāi)鎖時(shí)間持續(xù)約3秒左右。

電池容量與理論使用時(shí)間：以5號(hào)堿性干電池為例，容量在2000-2500毫安時(shí)（mA.h），理論上，如果每天開(kāi)鎖10次，每次開(kāi)鎖大電流持續(xù)3秒，其他時(shí)間低功耗待機(jī)，那么4節(jié)5號(hào)堿性干電池可以使用超過(guò)一年。

智能功能差異因素：智能門(mén)鎖的功耗差異主要是由于開(kāi)鎖方式和輸入形式不同造成的。例如，具備藍(lán)牙或APP遠(yuǎn)程開(kāi)鎖功能、無(wú)門(mén)把手自動(dòng)開(kāi)鎖的待機(jī)功率相對(duì)較高，具有屏幕喚醒功能的則功率較低。

輕載與重載性能：智能門(mén)鎖在輕載（如休眠狀態(tài)）和重載（如電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)門(mén)）時(shí)的電源效率不同。例如，一個(gè)普通的Buck DC-DC芯片在100mA電流消耗下可以達(dá)到85%以上的效率，但在50uA的情況下，轉(zhuǎn)化效率通常遠(yuǎn)低于50%。

應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，R&S羅德與施瓦茨也提供了專(zhuān)業(yè)的測(cè)量方案：基于NGM200系列高精度直流電源低功耗測(cè)量方案。

NGM202前面板

NGM202后面板

R&SNGM200 電源是一款先進(jìn)的通用設(shè)備，不僅可以幫助開(kāi)發(fā)人員實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，還可用于各種實(shí)驗(yàn)室日常應(yīng)用。對(duì)于 IoT 模塊、可穿戴設(shè)備、微型器械和其他移動(dòng)電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)人員而言，確保低電流消耗至關(guān)重要。

針對(duì)智能門(mén)鎖低功耗測(cè)試要求，R&SNGM200 電源提供了相應(yīng)的測(cè)試方案。

這些指標(biāo)和要求不僅限于智能門(mén)鎖，還包括其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，確保它們低功耗性能至關(guān)重要，有助于針對(duì)使用電池的產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化，延長(zhǎng)電池壽命、降低成本、提升用戶(hù)體驗(yàn)，并滿(mǎn)足監(jiān)管要求。

接下來(lái)我們以實(shí)際測(cè)試案例了解NGM202對(duì)智能門(mén)鎖功耗測(cè)試詳情。

相比于傳統(tǒng)智能門(mén)鎖在6V，3A供電的情況下進(jìn)行功耗測(cè)試，本例中客戶(hù)的產(chǎn)品由于支持更多的功能，也采用了功耗更大的電機(jī)，以驅(qū)動(dòng)使門(mén)鎖在開(kāi)門(mén)和鎖門(mén)時(shí)更加流暢可靠，采用了8V，4A的規(guī)格，無(wú)疑對(duì)測(cè)試測(cè)量儀器要求也進(jìn)一提高，尤其是要求提供更大的電流、電壓量程。

為了滿(mǎn)足客戶(hù)此款產(chǎn)品的測(cè)試要求，我們使用NGM202電源應(yīng)對(duì)客戶(hù)供電以及功耗的測(cè)量。

NGM202擁有雙通道，除了本身兩個(gè)通道可以獨(dú)立使用外，還可以根據(jù)需要進(jìn)行通道間的串聯(lián)(增壓)和并聯(lián)(增流)，對(duì)電流、電壓的量程進(jìn)行必要的擴(kuò)展。連接圖如下：

將NGM202的CH1和CH2通道進(jìn)行串聯(lián)后，電壓輸出達(dá)到了12V，電流輸出最大可以到6A，滿(mǎn)足了客戶(hù)的8V，4A的測(cè)試需求。

實(shí)際連接如圖：

圖中使用NMG202兩通道串聯(lián)方式進(jìn)行測(cè)試。

通過(guò)上位機(jī)軟件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 進(jìn)行功耗測(cè)試，軟件界面顯示如下：

接下來(lái)，通過(guò)上位機(jī)軟件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 記錄并分析門(mén)鎖在啟動(dòng)，電機(jī)堵轉(zhuǎn)，以及實(shí)現(xiàn)門(mén)鎖開(kāi)啟的過(guò)程中的功耗細(xì)節(jié)。

記錄產(chǎn)品連續(xù)運(yùn)行長(zhǎng)時(shí)間的電流波形，可以看到由于電機(jī)運(yùn)行進(jìn)行開(kāi)鎖時(shí)電流高達(dá)3.27A。

當(dāng)展開(kāi)電流波形，觀察兩個(gè)脈沖間的最小電流消耗。如圖可以觀察到兩個(gè)光標(biāo)間的最小電流值約為72uA，以及光標(biāo)區(qū)間中的能耗(2.972918uAs)。

如下截圖是待機(jī)過(guò)程中電流最小值的查看(最小6.5uA)。

本研究利用NGM202測(cè)試設(shè)備以及R&S Power Consumption Analysis Tool軟件，對(duì)智能門(mén)鎖在不同工作狀態(tài)下的電流、電壓和功耗進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和分析。通過(guò)監(jiān)測(cè)智能門(mén)鎖在不同功能轉(zhuǎn)換階段以及長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下的電流消耗特性，我們能夠?qū)﹄姵剡x型和產(chǎn)品的整體功耗進(jìn)行有效的確認(rèn)與優(yōu)化。該測(cè)試配置不僅對(duì)用戶(hù)友好，而且具有較高的成本效益比。

“彩蛋”——電池模擬

R&SNGM200 電源還可用于模擬（可充電）電池。在這種模式下，電源行為類(lèi)似于預(yù)先定義的電池（見(jiàn)圖）。電池參數(shù)可以在電源上方便地進(jìn)行編輯。電源預(yù)安裝了多種標(biāo)準(zhǔn)電池類(lèi)型，以便進(jìn)行測(cè)試。由于 R&SNGM200 電源能夠提供和吸收電能，因此可以模擬給可充電電池放電和充電。雙通道 R&SNGM202 是市面上率先支持兩類(lèi)獨(dú)立定義的（可充電）電池的電源型號(hào)，例如兩個(gè)串聯(lián)的充電電池和放電電池。

電池模擬

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