智能門磁拆解|霍爾開關與IOT的碰撞

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李誠）在疫情以前，門磁是智能家居中用于檢測門窗是否關閉的一種設備，不過由于實用性、可視化能力不如攝像頭，在早期發(fā)展的那幾年中一直不溫不火。

直到疫情爆發(fā)后，低功耗、實時互聯(lián)的門磁，搖身一變成為了精準防疫的一把好手，并迅速火了起來。智能門磁就相當于一個貼在被隔離人員家門的電子封條，如果被隔離人員做出開門動作，設備就會通過NB-IOT或WiFi聯(lián)系社區(qū)工作者上門檢測，將疫情擴散的可能降至最低。



為一探智能門磁的工作原理以及內(nèi)部構造，近日筆者購入了一款白牌智能門磁，并對其進行了測評以及拆解。

智能門磁基本功能測評



通過查看使用說明書得知，這是一款基于NB-IOT網(wǎng)絡的智能門磁，其主要用于監(jiān)控當前門窗的一個開關狀態(tài)。當門被打開時，智能門磁會立即進行聲光報警，并通過內(nèi)置的NB-IOT模組與云控制系統(tǒng)平臺建立聯(lián)系，向用戶撥打電話、發(fā)送短信、微信消息，告知設備當前警情。

經(jīng)過測試得知，當移除門磁條模擬開門操作時，智能門磁設備會立即進行聲光報警，并且能夠在1至2秒的短時間內(nèi)與手機實現(xiàn)互聯(lián)，確保通知的時效性。最先收到的是微信平臺的推送，其次是電話和短信，并且這三個平臺通知的內(nèi)容都會明確告知觸發(fā)警報的設備號，以便用戶快速定位。

智能門磁拆解及工作原理分析



在設備固定方面，只使用了兩顆螺絲以及4個固定卡扣，在設備兩個外殼之間的連接處，未使用膠圈或其他粘合劑進行密封處理。因此，此款設備并不具備防水性能，不宜在戶外場景使用。



門磁內(nèi)部主要由主板和喇叭兩部分構成。其中主板采用雙層板的設計，首層板主要用于貼片元件的放置，底層板用于鋪設與首層板存在交錯的導線。



智能門磁的主板由主控單片機、磁性霍爾開關、聲光報警控制電路以及物聯(lián)網(wǎng)通信模組四部分構成。

單片機為圣芯的HC89S003A-001A，它是一顆采用高速低功耗CMOS工藝設計開發(fā)的增強型8位單片機，內(nèi)部有16KBytesFLASH程序存儲器，256BytesIRAM+768BytesXRAM，最多18個雙向I/O口，5個16位定時器/計數(shù)器，3組12位帶死區(qū)控制互補PWM，1路8位PWM，2個UART，1個SPI，1個IIC，16個外部中斷，16+2路12位ADC，1 個低壓檢測模塊，四種系統(tǒng)工作模式和多個中斷源。



其中，分別通過6、10、11、12四個自定義引腳與LED燈珠連接，控制發(fā)光電路的導通與關斷，實現(xiàn)光報警。并且每顆LED燈珠均串聯(lián)了一顆470Ω的鎮(zhèn)流電阻，將電流差異最小化，規(guī)避亮度不均或大電流擊穿的問題。



單片機20引腳處與智能門磁的聲音報警電路連接，該部分電路由一顆上拉電阻、三極管以及升壓電感構成。其中，上拉電阻用于確保磁性霍爾元件檢測到磁場變大時，Q2三極管處會于一個完全關斷的狀態(tài)，并阻斷喇叭發(fā)聲。只有在磁性霍爾元件檢測到磁場變小時，聲音報警電路方可導通，并驅動喇叭發(fā)聲。

在聲音報警電路的輸出端，使用了一顆直插型三腳電感與喇叭并聯(lián)。筆者起初看到這顆電感時，認為只是一顆分頻電感，通過與喇叭并聯(lián)的方式，在音頻信號進入喇叭前將低頻信號進行旁通過濾，減少高頻信號的干擾。后來經(jīng)過綜合分析，這是一顆在報警器、蜂鳴器等應用中常用到的升壓電感，具有損耗小、造價低的特點。

磁性霍爾開關是門磁應用中，檢測門窗開關狀態(tài)的傳感器，也是設備進行聲光報警的觸發(fā)條件，在本設備中它被放置的電路板的邊緣側，工作原理如上圖所示。



上圖為智能門磁所使用到的無線通信模組，通過模組表面的信息標注以及手機管理平臺顯示，這是一款支持NB-IOT協(xié)議的無線通信模組，并且支持低功耗待機模式，不過具體的方案信息并未在九聯(lián)科技官網(wǎng)進行展示。

通信模組左側是一枚eSIM卡，也是一種虛擬卡，與傳統(tǒng)SIM卡不同的是，它無需插入物理SIM卡，即可直接訪問運營商所提供的網(wǎng)絡服務，并且支持空中寫卡，通過遠程空中寫號到芯片內(nèi)部，從而達到設備綁定運營商身份識別標記的目的。

結語

通過拆解來看，這款設備并沒有十分亮眼的地方，同時為了節(jié)約成本，還砍掉了可充電的設計，整體的硬件成本也不會太高。不過，在軟件方面，這款設備的多平臺實時推送，以及響應速度都是值得認可的。

具體的拆解過程，可點擊下方視頻觀看。