到目前為止，我們已經在本系列中介紹了物聯網領域的許多技術，包括模擬傳感器接口、連接性、可編程數字、集成外設和成本優化。在本專欄中，我們將以 Smart Lock 系統為例，展示如何將所有這些組合在一起。

高端智能鎖內部的嵌入式系統需要處理多項任務，包括顯示驅動、觸摸感應、指紋感應、接近檢測、電機控制、鎖狀態/篡改檢測、Wi-Fi 和 BLE 連接、安全和處理。為了加快開發和降低制造成本，設計人員正在轉向將這些功能集成到靈活和超低功耗架構中的 SoC。隨著標準的不斷變化，集成方法還使 OEM 能夠更輕松地使設計保持最新。讓我們來看看這樣一個集成的 SoC 所處理的各個功能。

連接性

BLE：BLE 有助于配置鎖、重置鎖和遠程身份驗證。BLE 是所有聯網智能鎖的必備品，內置 BLE 的 SoC 有助于顯著降低系統的成本、尺寸和設計復雜性。

WiFi：除了能夠與手機或智能手表進行通信外，高級智能鎖還需要能夠與智能家居的其余部分進行通信。WiFi 連接允許高級功能，例如實時查看進入和退出日志，以及通過 Internet 對鎖進行廣泛的用戶控制。此外，考慮到物聯網標準的發展速度，需要具有安全啟動過程的安全無線 （OTA） 功能來使設備保持最新狀態。

用戶界面

顯示屏：高端智能鎖配備 TFT 或 OLED 顯示屏。通常，小型低成本顯示器使用并行 RGB 接口（也稱為 Intel 8080 接口）。與其他接口相比，RGB 接口可以以合理的刷新率驅動中大型顯示器。使用 PWM、DMA 和可編程數字 I/O（即“智能”I/O）的智能組合，可以驅動并行顯示器，而無需更昂貴的集成了專用圖形硬件引擎的 MCU。

用戶輸入：基于代碼的訪問還需要接收用戶的輸入。物理按鈕會占用額外的空間并影響 Smart Lock 的使用壽命。因此，基于電容感應的觸摸屏可以與顯示驅動一起實現，以創建集成的用戶界面。

安全

數據安全：由于用戶指紋數據存儲在設備中，因此安全至關重要。為智能鎖應用設計的嵌入式系統需要提供安全存儲、安全操作和安全通信來保護此類敏感信息。以可靠且具有成本效益的方式提供安全性需要片上加密功能、集成的安全無線連接以及用于保護內部和外部存儲器中的個人數據的機制。

指紋感應和接近檢測：作為基于代碼的輸入的替代方案，可以使用指紋驗證提供安全訪問。然而，連續掃描指紋傳感器以進行觸摸在節能方面效率低下。為了最大限度地減少掃描時間，使用電容感應的接近檢測提供了一種節能方法。具體來說，指紋傳感器周圍的電容式接近傳感器使系統能夠檢測到手指從幾厘米外接近墊子。這使系統能夠在空閑模式下完全關閉指紋傳感器和相關電路。當接近傳感器檢測到手指時，系統有足夠的時間啟動指紋傳感器并準備捕捉觸摸。

使用感應感應的機械安全性：感應感應可以感應金屬的接近程度。這在幾種情況下派上用場，例如，檢測門栓是否安全到位。感應感應還可用于檢測任何篡改鎖的企圖，例如強行移除滑塊或使鎖體變形。當感應傳感器檢測到篡改時，可以向所有者發送警報或在線警報。

加工

需要像 Arm Cortex-M4 這樣的高能效 CPU 內核來處理所有處理，包括

處理傳感器數據

通過 SPI 等接口管理與指紋模塊的通信。

完整的指紋處理，包括匹配和登記算法

電容感應掃描與處理

系統管理，包括安全任務和傳感器控制

顯示圖形，例如繪圖文本、圖像、形狀等。

管理 BLE 鏈路層控制器，維護 BLE 連接和廣告以及 BLE 主機層任務，其中包括所有服務、配置文件和連接身份驗證

電機控制

遠程控制鎖需要一個馬達來移動鎖舌。此任務通常使用 BLDC 電機和相關的控制電路來完成。電機控制可以使用可編程邏輯和模擬集成到 SoC 中，以減少組件數量，同時獨立于 CPU 工作。

新物聯網時代的設備數量與之前的PC和智能手機時代相差幾個數量級。因此，物聯網設備必須小巧且便宜，才能擴大其預期市場。在下一篇專欄中，我們將深入探討一種小型、廉價的智能家居連接設備設計。

作者：Jaya Bindra ，Nidhin MS

審核編輯：郭婷