NBIOT和Lora指纹智能锁的低功耗设计经验

随着物联网技术的不断的发展,指纹锁技术的不断成熟,智能指纹锁已经进入了千家万户。

今天就和大家一起聊聊智能指纹锁的设计。

指纹锁的发展:

我做的第一款指纹锁是在2016,当时指纹锁刚刚兴起,国内炒的比较热。

当时做指纹锁的公司比较少,而且功能比较简单。

主要是以单机版本为主,电池的功耗等都还存在很大的问题。

2017年蓝牙指纹锁开始兴起,通过手机蓝牙控制操作指纹锁。

与此同时,由于智能家居的发展,Zigbee智能指纹锁,FSK智能指纹锁,ASK智能指纹锁都有所发展,智能指纹锁开始多样化发展。

后来指纹锁产品出现了特斯拉线圈干扰开锁,市场出现一阵恐慌

2018年智能指纹锁得到了进一步的发展,因为NB-Iot技术的成熟与发展,NB-Iot指纹锁开始兴起,还包括人脸识别指纹锁等。

2018年对指纹锁的发展是非常重要的一年,智能锁开始进一步多样化发展,指纹锁的外观开始多样化,通讯方式多样化,产品稳定性进一步提升,对智能锁企业来说,产品的稳定性越来越重要,竞争越来越激烈。

2019-2021年普通民众开始逐步认识和接受指纹锁,包括我自己也安装了一个指纹锁,因为指纹锁我们带来很多便利,可以解决我们忘记带钥匙的烦恼,指纹锁的市场进一步扩大,竞争越来越激烈。

上面说了指纹锁的发展历史,下面从技术的角度来说说设计。

指纹锁在早期采用的事5号干电池供电,一般是3-5节,不能充电,到后来逐步的发展成用锂电池供电。

但不管是干电池供电,还是锂电池供电,产品设计都需要考虑低功耗。

低功耗设计是指纹锁设计最重要的一个环节。

早起的指纹锁功能比较简单,功耗大概可以做到30-50uA.  5节5号干电池,大概寿命半年左右。

智能指纹锁的无线通讯方式分2类:一类是ASK、FSK、Zigbee等需要和网关组网,通过网关和云平台通讯、最后通过APP来控制和管理指纹锁。

另一类是4G、NB-Iot等,通过广域网直接和云平台通讯, APP控制管理,不需要网关。

不管是FSK、zigbee、ASK、还是4G,NB-Iot,智能指纹锁平时的工作都是进入休眠模式。

我们下面通过NB-IOT和Lora指纹锁给大家介绍一下低功耗的相关设计。

一、NB-Iot 智能指纹锁低功耗设计

从NB-Iot的硬件设计(BC26YN)资料可知: NB-Iot共有3种工作模式:

唤醒模式:正常工作模式,可收发数据,功耗最高,待机接收功耗大概在15-30mA之间。

浅休眠模式: 即eDRX非连续接收模式。

eDRX非连续接收模式,模块是通过寻呼窗口来接收无线数据的方式来间接接收无线数据。

举个例子,假如寻呼周期配置成5秒,每间隔5秒有一个可以接收NB-Iot无线数据的窗口,平时都处于空闲状态,不可接收数据。 

如果寻呼周期配置成5秒,那基站发送给模块的时间周期至少要超过5秒以上,NB-iOT模块才能收到数据。

浅休眠模式的功耗比唤醒的低很多,可以达到uA 级别,其功耗和寻呼的周期相关。

eDRX虽然让终端耗电量大大降低,是通过长时间的“罢工”来换取的,付出了实时性的代价。对指纹锁的电池而言,其使用寿命会大大的缩减

深入休眠模式: 采用最多的一种工作模式,工作的功耗最小,实测可以小于5uA.

所以在NB-Iot智能指纹锁种,其工作模式多采用深入休眠模式。

二、Lora 智能指纹锁的设计

Lora的低功耗设计和NB-Iot相比就简单很多,Lora深入休眠的功耗一般可以做到3-10uA。

Lora智能锁一般都采用低功耗模式直接设计,当然也可以自行设计呼吸窗口,但相对要复杂一些,而且功耗也会提高,不建议使用。

LoraNB-Iot做智能指纹锁的区别是:Lora指纹锁需要和网关进行学习配对组网,然后才可以正常通讯。

NB-Iot可以直接通过广域网和云平台,终端APP通讯,不需要网关,这也是NB-Iot的优势所在。

三、指纹锁低功耗设计的细节

  1. 为了最大限度的省电,延长指纹锁的工作时间,智能指纹锁平时都需要进入深度休眠状态。

2.有客人来访,主人不在家的时候,客人需要通过指纹锁上的按键或指纹唤醒指纹锁,同时联系主人远程开锁,或授权临时密码让客人自行通过密码开锁。

3.指纹锁需要有心跳功能,周期可以是24小时,或自行配置,心跳周期越短,指纹锁的使用寿命越短。

4.指纹锁需要有电池低压报警功能,一旦低压,提醒用户及时更换电池,保证指纹锁的正常操作。

4.NB-Iot 通讯的供电设计,需要瞬间电流大于1A,Lora的通讯的瞬间电流需要大于200mA.所以NB-Iot和Lora通讯的,电池一般都需要选择锂电。

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