何為智能門鎖呢？它也被稱為數字門鎖，是為了取代前門上的螺栓鎖而設計的，是一種支持Wi-Fi或藍牙的智能家居設備，用戶可以把家里的鑰匙留在家里，使用其他方式鎖門和開鎖。

在智能家居迅速發展的背景下，智能鎖市場也迎來了爆發性增長。隨著消費者越來越多地使用智能家居技術，智能鎖已經成為一種重要的設備。全國五金工業信息中心數據顯示，2024年上半年全國智能門鎖出貨量為1055萬套，同比增長5.5%，呈現增長趨勢，中國目前的滲透率在5%~10%左右，中國的智能門鎖還處于初步發展階段。

在享受互聯網帶來的便利的同時，人們也對智能門鎖提出了兩個主要關切：首先，智能門鎖的安全性是用戶最關心的問題，即它們是否能夠提供足夠的安全保障。其次，智能門鎖需要具備較長的使用壽命和較低的能耗，這意味著它們必須在保持功能性的同時，實現低功耗。

智能門鎖的能耗控制是一個關鍵的技術挑戰，往往涉及各種功能，尤其無線互聯芯片的工作功耗控制以及電池本身的功耗管理。在考慮優化能耗之前，我們首先要關注智能門鎖的功耗表征，即需要測準產品的功耗，并監控不同工作狀態和運行不同功能的功耗，這樣才能明確功耗優化的方向，做到有的放矢，為功耗優化做保障。

智能門鎖使用的電源為電池，國家鎖具產品規范標準中針對使用的電池也做了明確的要求，具體可以參考標準GB21556-2008。

智能門鎖

電池通常采用以下三種：

(A)干電池供電：這種供電方式多用于基礎款智能門鎖，因為這些鎖的功能較為簡單，對電壓和電池容量的需求不高。知名品牌的智能門鎖使用干電池供電時，續航能力可以達到一年以上。其優點在于電池更換簡單快捷，但缺點是不夠環保。

(B)鋰電池供電：這種供電方式適用于功耗較高的智能門鎖，例如那些配備機械自動鎖體、3D人臉識別功能的鎖。鋰電池因其較大的功率，能夠支持更多的智能功能。不過，其缺點在于電池更換較為復雜，且在電量耗盡時可能導致門鎖無法使用，因此建議家中常備備用電池。

(C)鋰電池與干電池混合供電：這種供電方式多見于多功能智能門鎖，其中鋰電池負責提供高功耗功能所需的電力，而干電池則負責基礎功能的供電。這樣做的優點是即使鋰電池電量耗盡，門鎖的基礎功能仍然可以正常運作。缺點是需要準備兩種電池的備用方案，并定期檢查兩種電池的電量，以確保門鎖始終有電可用。

要使電池保持較低的功耗以及減少換電成本和充電次數，那么有必要了解智能門鎖的功耗特征。

功耗特征表現為四個方面：

靜態功耗與動態功耗：智能門鎖在靜態（待機）狀態下的功耗典型值為幾十微安培（uA），而在動態（開鎖）狀態下的功耗典型值為幾百毫安培（mA），開鎖時間持續約3秒左右。

電池容量與理論使用時間：以5號堿性干電池為例，容量在2000-2500毫安時（mA.h），理論上，如果每天開鎖10次，每次開鎖大電流持續3秒，其他時間低功耗待機，那么4節5號堿性干電池可以使用超過一年。

智能功能差異因素：智能門鎖的功耗差異主要是由于開鎖方式和輸入形式不同造成的。例如，具備藍牙或APP遠程開鎖功能、無門把手自動開鎖的待機功率相對較高，具有屏幕喚醒功能的則功率較低。

輕載與重載性能：智能門鎖在輕載（如休眠狀態）和重載（如電機啟動開關門）時的電源效率不同。例如，一個普通的Buck DC-DC芯片在100mA電流消耗下可以達到85%以上的效率，但在50uA的情況下，轉化效率通常遠低于50%。

應對上述挑戰，R&S羅德與施瓦茨也提供了專業的測量方案：基于NGM200系列高精度直流電源低功耗測量方案。

NGM202前面板

NGM202后面板

R&SNGM200 電源是一款先進的通用設備，不僅可以幫助開發人員實現這個目標，還可用于各種實驗室日常應用。對于 IoT 模塊、可穿戴設備、微型器械和其他移動電子設備的開發人員而言，確保低電流消耗至關重要。

針對智能門鎖低功耗測試要求，R&SNGM200 電源提供了相應的測試方案。

這些指標和要求不僅限于智能門鎖，還包括其他物聯網設備，確保它們低功耗性能至關重要，有助于針對使用電池的產品進行優化，延長電池壽命、降低成本、提升用戶體驗，并滿足監管要求。

接下來我們以實際測試案例了解NGM202對智能門鎖功耗測試詳情。

相比于傳統智能門鎖在6V，3A供電的情況下進行功耗測試，本例中客戶的產品由于支持更多的功能，也采用了功耗更大的電機，以驅動使門鎖在開門和鎖門時更加流暢可靠，采用了8V，4A的規格，無疑對測試測量儀器要求也進一提高，尤其是要求提供更大的電流、電壓量程。

為了滿足客戶此款產品的測試要求，我們使用NGM202電源應對客戶供電以及功耗的測量。

NGM202擁有雙通道，除了本身兩個通道可以獨立使用外，還可以根據需要進行通道間的串聯(增壓)和并聯(增流)，對電流、電壓的量程進行必要的擴展。連接圖如下：

將NGM202的CH1和CH2通道進行串聯后，電壓輸出達到了12V，電流輸出最大可以到6A，滿足了客戶的8V，4A的測試需求。

實際連接如圖：

圖中使用NMG202兩通道串聯方式進行測試。

通過上位機軟件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 進行功耗測試，軟件界面顯示如下：

接下來，通過上位機軟件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 記錄并分析門鎖在啟動，電機堵轉，以及實現門鎖開啟的過程中的功耗細節。

記錄產品連續運行長時間的電流波形，可以看到由于電機運行進行開鎖時電流高達3.27A。

當展開電流波形，觀察兩個脈沖間的最小電流消耗。如圖可以觀察到兩個光標間的最小電流值約為72uA，以及光標區間中的能耗(2.972918uAs)。

如下截圖是待機過程中電流最小值的查看(最小6.5uA)。

本研究利用NGM202測試設備以及R&S Power Consumption Analysis Tool軟件，對智能門鎖在不同工作狀態下的電流、電壓和功耗進行了詳細的記錄和分析。通過監測智能門鎖在不同功能轉換階段以及長時間待機狀態下的電流消耗特性，我們能夠對電池選型和產品的整體功耗進行有效的確認與優化。該測試配置不僅對用戶友好，而且具有較高的成本效益比。

“彩蛋”——電池模擬

R&SNGM200 電源還可用于模擬（可充電）電池。在這種模式下，電源行為類似于預先定義的電池（見圖）。電池參數可以在電源上方便地進行編輯。電源預安裝了多種標準電池類型，以便進行測試。由于 R&SNGM200 電源能夠提供和吸收電能，因此可以模擬給可充電電池放電和充電。雙通道 R&SNGM202 是市面上率先支持兩類獨立定義的（可充電）電池的電源型號，例如兩個串聯的充電電池和放電電池。

電池模擬

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