Protezione intelligente dei circuiti e progettazione di rilevamento per serrature e controlli di accesso per la casa intelligente

La combinazione di tecnologie smartphone, reti e Internet delle cose (IoT) ha consentito lo sviluppo sia della casa intelligente che dell’automazione avanzata degli edifici. Queste tecnologie forniscono maggiore automazione, controllo e sicurezza, offrendo al proprietario della casa o all'occupante dell'ufficio una maggiore comodità e la confortante sensazione di maggiore sicurezza. Ovunque si trovi il proprietario della casa o l'occupante dell'ufficio, può visualizzare lo stato della serratura della porta e delle finestre e delle porte.

Gli ingegneri che progettano prodotti per la sicurezza di case ed edifici, come serrature intelligenti e dispositivi di rilevamento di porte e finestre, devono garantire che i loro dispositivi non creino un falso senso di sicurezza per i propri clienti. I progettisti devono comprendere i componenti di protezione e rilevamento necessari per conformarsi agli standard di sicurezza applicabili e per garantire prodotti sicuri, robusti e affidabili.

Il solo mercato delle serrature intelligenti è un mercato in forte crescita ed è opportunistico per l’innovazione. Si prevede che la crescita globale delle serrature intelligenti avrà un tasso di crescita annuo composto (CAGR) del 25%, con una crescita unitaria in espansione da circa sette milioni di unità nel 2019 a circa 23 milioni di unità nel 20241. Il mercato residenziale rappresenterà la maggior parte della crescita. , che sarà pari a circa il 70%.

Come per le serrature intelligenti, la maggiore consapevolezza della sicurezza personale guiderà la crescita globale dei sensori per porte e finestre, soprattutto nelle economie in via di sviluppo. Si prevede che le spedizioni aumenteranno da circa 300 milioni di unità nel 2019 a circa 465 milioni di unità nel 20242. Questa crescita è ad un CAGR di circa il 9%. Il mercato dei prodotti per la sicurezza domestica intelligente è un mercato sano e attraente.

Una serratura intelligente è costituita da una tastiera per l'accesso manuale, un collegamento con protocollo wireless per l'accesso tramite smartphone tramite un'applicazione software, un sensore per monitorare la posizione della maniglia della porta, attuatori per bloccare o sbloccare la porta e sensori per rilevare un tentativo di elusione la serratura. La Figura 1 mostra un esempio di serratura intelligente con componenti di protezione e rilevamento suggeriti per garantire un funzionamento affidabile. La Figura 2 fornisce uno schema a blocchi dettagliato di una serratura intelligente; e il diagramma mostra la posizione consigliata per i componenti di protezione e rilevamento suggeriti.

Le scariche elettrostatiche (ESD) rappresentano il pericolo principale per l'elettronica delle serrature intelligenti. Sia l'interfaccia utente che l'interfaccia wireless sono sensibili alle scariche elettrostatiche da parte dell'utente.

L'interfaccia utente contiene la tastiera che una persona contatta per inserire il codice di accesso preprogrammato. Un individuo è una fonte di ESD, soprattutto in un ambiente secco. I progettisti dovrebbero proteggere il blocco circuitale dell'interfaccia utente dalle scariche elettrostatiche per evitare danni ai componenti elettronici sensibili.

Per la protezione ESD, i progettisti dovrebbero prendere in considerazione un diodo soppressore della tensione transitoria (TVS) o una serie di diodi. I diodi TVS sono diodi Zener costruiti con una tecnologia a valanga di silicio e possono offrire un livello di protezione minimo di ±15 kV di tensione ESD. Una serie di diodi TVS può ospitare sei diodi Zener per proteggere cinque linee di segnale e fornire un riferimento di terra. Vedere la Figura 3. Il vantaggio di un array è che un componente salvaspazio in un contenitore a montaggio superficiale 0402 può proteggere fino a cinque linee.

L'impatto sul blocco circuitale è minimo; una serie di diodi TVS può avere una corrente di dispersione di solo 1 µA. Se si desidera un livello più elevato di protezione ESD, un singolo diodo può fornire protezione ESD per ciascuna linea di segnale. Un singolo diodo TVS, mostrato nella Figura 4, può resistere fino a ±30 kV. Qualunque sia la configurazione utilizzata, posizionare i diodi TVS il più vicino possibile all'ingresso del circuito per evitare che un transitorio ESD penetri nel circuito.

L'interfaccia wireless si collega alla rete cellulare o ad una LAN wireless, una rete WiFi, per comunicare con uno smartphone o un altro dispositivo in rete. Poiché è esposta all'ambiente esterno, l'interfaccia wireless dovrebbe avere una protezione ESD. Il componente consigliato è un soppressore ESD polimerico.

Il valore di un soppressore ESD polimerico è la sua capacità di rispondere e assorbire i transitori ESD pur avendo un impatto trascurabile sull'impedenza caratteristica dell'uscita dell'interfaccia wireless. I soppressori ESD polimerici possono resistere a scariche elettrostatiche a contatto diretto di ±8 kV e a attacchi aerei di ±15 kV. La capacità tipica del componente è bassa, 0,06 pF. Il tempo di risposta a un transitorio è estremamente rapido, inferiore a 1 ns. Il posizionamento dovrebbe essere il più vicino possibile al connettore dell'antenna di ingresso. La Figura 5 mostra due configurazioni per soppressori ESD polimerici, componenti bidirezionali.