弄丟鑰匙或者把鑰匙忘在了家中，相信很多人都曾有過這樣不愉快的經(jīng)歷。現(xiàn)在好了，智能鎖為我們帶來了一種現(xiàn)代、便捷且更加安全的替代方案。人們可以通過一系列訪問選項進(jìn)行鎖定和解鎖，如數(shù)字鑰匙、PIN碼、生物識別甚至智能手機等。2025年，智能門鎖預(yù)計將取代并超越傳統(tǒng)的機械鎖和鑰匙系統(tǒng)，從而處于市場領(lǐng)先地位。

除了逐步提升的市場地位，智能門鎖在技術(shù)上也有了進(jìn)一步的突破。在今年初的CES 2025展會上，就展示了內(nèi)置超寬帶（UWB）技術(shù)的智能鎖，其可與多種智能家居系統(tǒng)集成，包括Apple Home、Amazon Alexa、Hey Google、SmartThings和IFTTT，允許通過專用移動應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問和監(jiān)控。

借助UWB技術(shù)，智能門鎖可在幾秒鐘內(nèi)快速解鎖，內(nèi)置的電池續(xù)航長達(dá)一年，可滿足長時間使用需求。UWB初期主要通過蘋果公司的AirTags和汽車數(shù)字鑰匙系統(tǒng)等應(yīng)用程序進(jìn)入市場，現(xiàn)在該技術(shù)正在向智能門鎖市場進(jìn)行拓展。

智能鎖中為什么要用UWB技術(shù)？

如今的智能鎖可提供多種功能，如遠(yuǎn)程訪問、語音控制以及與其他智能家居設(shè)備的集成。當(dāng)我們將智能鎖集成到智能家居環(huán)境中，不僅提高了訪問的便利性，增強了用戶體驗，還大幅提升了整體家庭的安全性。

目前，市場上常用的智能鎖主要有以下幾種形態(tài)：

1、鍵盤智能鎖

鍵盤智能鎖使用數(shù)字鍵盤進(jìn)行輸入，通常具備一次性密碼和自動鎖定機制等功能。它的出現(xiàn)消除了對實體鑰匙的需求，鍵盤操作極為直觀，既方便又安全，適合所有年齡層和技術(shù)水平的用戶使用。許多鍵盤鎖還支持創(chuàng)建臨時密碼，這一功能對有訪客需求的用戶來說是非常理想的方案。

2、藍(lán)牙連接智能鎖

支持藍(lán)牙的智能鎖可通過智能手機應(yīng)用程序控制出入，在藍(lán)牙范圍內(nèi)，用戶能夠遠(yuǎn)程鎖門和開門。在基本的門鎖功能之外，藍(lán)牙智能鎖還能提供一些額外功能，如活動日志、訪客訪問管理等，與其他智能家居設(shè)備的集成也非常簡便。

3、帶Wi-Fi連接的智能鎖

具有Wi-Fi功能的智能鎖提供了與藍(lán)牙鎖相同的好處，但將控制范圍擴展到更遠(yuǎn)的距離，用戶甚至可以在任何有互聯(lián)網(wǎng)連接的地方實施鎖門或開鎖等操作。一些Wi-Fi智能鎖通過與手機的定位服務(wù)集成，當(dāng)靠近家門時就可以自動解鎖。

4、基于指紋識別的智能鎖

指紋智能鎖利用生物識別技術(shù)授予訪問權(quán)限，提供高度的安全性。因無需密碼或鑰匙，指紋鎖增強了使用的便利性和安全性，同時降低了與丟失鑰匙或忘記密碼相關(guān)的風(fēng)險。在用戶管理上，可輕松添加和刪除授權(quán)的指紋。

智能鎖是一種機械和電子緊固裝置的組合，采用無鑰匙進(jìn)入機制，PIN碼、生物特征掃描、接近傳感器或語音識別等各種身份驗證方法增強了智能鎖的安全性和定制性，Wi-Fi、NFC（近場通信）、藍(lán)牙和Zigbee等無線協(xié)議則實現(xiàn)了鎖和連接設(shè)備之間的無縫通信。

傳統(tǒng)的訪問控制系統(tǒng)主要使用低功耗藍(lán)牙（BLE）驅(qū)動的技術(shù)，特別容易受到信號欺騙和中繼攻擊等威脅。盡管NFC的應(yīng)用可有效避免這些問題的出現(xiàn)，但它并不能提供類似于使用指紋或人臉識別進(jìn)入建筑物的免提或無縫體驗。此外，基于BLE的解決方案通常會受到連接可靠性不一致、解鎖延遲和頻繁依賴鑰匙卡或輸入碼等手動干預(yù)的影響。

而超寬帶（UWB）由于其精確的飛行時間（ToF）測量，有效地抵消了這些攻擊，這也是該技術(shù)被引入到智能鎖市場的重要原因。

UWB技術(shù)是一種無線通信協(xié)議，在非常高的頻率下運行，使用極短的無線電脈沖在短距離內(nèi)進(jìn)行精確的位置跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸。UWB信號的這一獨特物理特性是其在需要高定位精度和抗干擾性的應(yīng)用中具有優(yōu)勢的基礎(chǔ)，該技術(shù)能實現(xiàn)厘米級距離測量精度的能力得益于兩個關(guān)鍵因素：

除了精確的距離測量外，UWB技術(shù)還可以確定信號的來源方向，這一特征被稱為到達(dá)角（AoA），該功能主要通過使用天線陣列并分析信號如何到達(dá)各個天線元件的相位或時間差來實現(xiàn)。AoA功能在訪問控制方面具有革命性的意義，有了它，系統(tǒng)可以確定用戶是從外部（需要解鎖）還是從房間內(nèi)部（鎖定或無動作）接近門，消除了當(dāng)用戶在建筑物內(nèi)但他們的手機被智能鎖檢測到時意外解鎖情況的發(fā)生。此外，通過結(jié)合ToF和AoA，只有當(dāng)授權(quán)人員從正確的方向接近門時，門才能自動解鎖，而無需掏出手機或執(zhí)行任何其他操作，實現(xiàn)真正的免提訪問。

對智能家居設(shè)備而言，低功耗是一個永遠(yuǎn)無法繞開的話題。盡管UWB擁有精確的位置跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸能力，但它的功耗卻非常低。低功耗對于延長智能鎖和用作虛擬鑰匙的移動設(shè)備（智能手機、智能手表）的電池壽命至關(guān)重要。

UWB智能鎖解決方案

通過由FiRa聯(lián)盟和汽車連接聯(lián)盟（CCC）等領(lǐng)先行業(yè)聯(lián)盟開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化的強大通信協(xié)議和認(rèn)證機制，UWB的安全性得到了進(jìn)一步加強。更重要的是，UWB能夠配置極其精細(xì)的訪問區(qū)域，得益于厘米級的精度，管理員可以定義非常詳細(xì)的“地理圍欄”。例如，僅當(dāng)手機距離門1米以內(nèi)時解鎖，但僅限于辦公空間內(nèi)部。

UWB技術(shù)開始時主要為軍用，在21世紀(jì)初首次投入商業(yè)使用。在WWDC 24上，蘋果公司宣布制造商可以選擇在其智能鎖中加入UWB芯片，從而在Apple Watch或iPhone靠近時實現(xiàn)自動解鎖。隨著蘋果公司在iPhone 11中推出U1芯片UWB在商用市場得到更廣泛的采用。如今，UWB已集成到智能手機、車輛和眾多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。

NXP Semiconductor可提供智能門鎖多種連接選項，如低功耗NFC、低功耗藍(lán)牙或UWB，也有模擬組件來完成智能鎖的設(shè)計。在圖1的方案中，UWB模塊Trimension SR150非常適合作為各種大型基礎(chǔ)設(shè)施的UWB支持工具，如門禁裝置、室內(nèi)本地化設(shè)置和支付方案等。

圖：NXP提供的系統(tǒng)級UWB智能鎖解決方案，同時結(jié)合了嵌入式安全元件（eSE） 和近場通信（NFC）等技術(shù)（圖源：NXP Semiconductor）

目前，智能鎖市場高度分散，各種制造商使用專有的、通常是封閉的通信協(xié)議。這會導(dǎo)致兼容性問題，并限制消費者和企業(yè)的選擇。用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己被鎖定在單一供應(yīng)商的生態(tài)系統(tǒng)中。

由FiRa聯(lián)盟與連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（CSA，前身為Zigbee聯(lián)盟）合作開發(fā)的Aliro標(biāo)準(zhǔn)在UWB標(biāo)準(zhǔn)化和大規(guī)模采用中發(fā)揮了非常重要的作用。Aliro是一種專門為智能鎖和門禁系統(tǒng)設(shè)計的通信協(xié)議，它充分利用UWB的能力，同時也支持其他技術(shù)，其目標(biāo)是為數(shù)字密鑰創(chuàng)建一個統(tǒng)一、安全和可互操作的生態(tài)系統(tǒng)。

由Nordic Semiconductor和Qorvo聯(lián)合推出的一款針對Aliro和Matter的門禁系統(tǒng)參考應(yīng)用程序已獲業(yè)界的廣泛關(guān)注。該解決方案基于Nordic的nRF54L系列超低功耗多協(xié)議片上系統(tǒng)（SoC）和Qorvo的QM35825超寬帶（UWB）SoC，參考應(yīng)用程序使得開發(fā)人員能夠輕松快速地開始Aliro和Matter訪問控制。

方案中的QM35825是一款完全集成的超寬帶產(chǎn)品，符合IEEE 802.15.4-2024標(biāo)準(zhǔn)，針對消費者、企業(yè)和工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，支持FiRa、Aliro和Omlox測距方案，精度為±5cm，AoA為±2°。QM35825 UWB SoC通過實現(xiàn)微定位精度和可靠的距離測距，滿足了Aliro的精度和安全要求。

Nordic的nRF54L系列SoC集成了超低功耗多協(xié)議2.4GHz無線電和Arm Cortex-M33 MCU，帶來了智能鎖所需的超低功耗和安全性。

圖：QM35825 UWB SoC系統(tǒng)方框圖（圖源：貿(mào)澤電子）

本文小結(jié)

Custom Market Insights的研究數(shù)據(jù)表明，2024年，全球智能鎖市場的價值約為29億美元，預(yù)計在2024–2033年期間將以16.16%的復(fù)合年增長率增長，到2033年將達(dá)到107.4億美元。

智能鎖技術(shù)的未來趨勢包括先進(jìn)的生物識別功能、與物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的集成、預(yù)測性訪問控制、用于安全密鑰管理的區(qū)塊鏈技術(shù)，以及節(jié)能設(shè)計的可持續(xù)性。此外，人工智能（AI）和機器學(xué)習(xí)（ML）的集成將使智能鎖能夠從用戶行為中學(xué)習(xí)，識別異常模式，并提醒房主潛在的安全威脅。隨著技術(shù)的進(jìn)步，用戶體驗將成為智能鎖制造商關(guān)注的重點，未來的智能鎖可能會具有改進(jìn)的界面和更直觀的控制，更容易被所有年齡段的人使用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，智能鎖正成為互聯(lián)家庭生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的一部分，為房主和企業(yè)提供無鑰匙進(jìn)入的便利。目前使用藍(lán)牙、Wi-Fi和NFC等技術(shù)的智能鎖存在一些實際問題，它們的局限性源于這些技術(shù)的固有特性。

例如，藍(lán)牙和Wi-Fi主要依賴于接收信號強度指示符（RSSI）進(jìn)行距離估計，極易受到干擾、衰減和環(huán)境變化的影響，使得它們在計算你距離門鎖有多遠(yuǎn)時不太準(zhǔn)確。另外，這些門鎖還很容易受到棘手的“中繼”攻擊，別有用心之人利用這一漏洞，可以通過攔截并重新傳輸身份驗證信號欺騙門鎖打開。這些問題的出現(xiàn)使得當(dāng)前的智能鎖看起來不是那么安全。

UWB是一種能夠克服上述挑戰(zhàn)的新興技術(shù)，它提供了更精確的位置感應(yīng)和更高的安全性。UWB代表了訪問控制系統(tǒng)的一種戰(zhàn)略性和前瞻性選擇，它精確測量距離（ToF）和方向（AoA）的能力，以及對“中繼”攻擊的固有抵抗力，從根本上改變了安全訪問的范式。盡管目前的UWB智能門鎖的部署成本仍然較高，生態(tài)系統(tǒng)也不是很成熟和完善，但市場趨勢仍清楚地展現(xiàn)了其在智能鎖市場日益增長的主導(dǎo)地位。