Proteção de circuito inteligente e design de detecção para fechaduras residenciais inteligentes e controles de acesso

A combinação de tecnologias de smartphones, redes e internet das coisas (IoT) permitiu o desenvolvimento da casa inteligente e da automação predial avançada. Essas tecnologias proporcionam maior automação, controle e segurança, proporcionando ao proprietário ou ao ocupante do escritório maior comodidade e a sensação reconfortante de maior segurança. Onde quer que o proprietário ou o ocupante do escritório esteja, eles podem visualizar o status da fechadura da porta e das janelas e portas.

Os engenheiros que projetam produtos de segurança para residências e edifícios, como fechaduras inteligentes e dispositivos sensores de janelas e portas, precisam garantir que seus dispositivos não criem uma falsa sensação de segurança para seus clientes. Os projetistas precisam compreender os componentes de proteção e detecção necessários para cumprir os padrões de segurança aplicáveis ​​e garantir produtos seguros, robustos e confiáveis.

O mercado de fechaduras inteligentes por si só é um mercado de alto crescimento e oportunista para inovação. Espera-se que o crescimento global das fechaduras inteligentes tenha uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 25%, com o crescimento unitário expandindo de aproximadamente sete milhões de unidades em 2019 para cerca de 23 milhões de unidades em 20241. O mercado residencial representará a maior parte do crescimento. , que será de cerca de 70 por cento.

Tal como acontece com as fechaduras inteligentes, a maior consciencialização sobre a segurança pessoal impulsionará o crescimento global dos sensores de janelas e portas, especialmente nas economias em desenvolvimento. Espera-se que as remessas aumentem de cerca de 300 milhões de unidades em 2019 para cerca de 465 milhões de unidades em 20242. Este crescimento está num CAGR de cerca de nove por cento. O mercado de produtos de segurança residencial inteligente é um mercado saudável e atraente.

Uma fechadura inteligente consiste em um teclado para acesso manual, um link de protocolo sem fio para acesso de smartphone por meio de um aplicativo de software, um sensor para monitorar a posição da maçaneta da porta, atuadores para travar ou destravar a porta e sensores para detectar um esforço para contornar a fechadura. A Figura 1 mostra um exemplo de fechadura inteligente com proteção sugerida e componentes de detecção para garantir uma operação confiável. A Figura 2 fornece um diagrama de blocos detalhado de uma fechadura inteligente; e o diagrama mostra o posicionamento recomendado para os componentes sugeridos de proteção e detecção.

A descarga eletrostática (ESD) é o principal perigo para a eletrônica de fechadura inteligente. Tanto a interface do usuário quanto a interface sem fio são suscetíveis a descargas eletrostáticas do usuário.

A interface do usuário contém o teclado que uma pessoa entra em contato para inserir o código de acesso pré-programado. Um indivíduo é uma fonte de ESD, especialmente num ambiente seco. Os projetistas devem proteger o bloco de circuito da interface do usuário contra ESD para evitar danos aos componentes eletrônicos sensíveis.

Para proteção contra ESD, os projetistas devem considerar um diodo supressor de tensão transitória (TVS) ou um conjunto de diodos. Os diodos TVS são diodos Zener construídos com tecnologia de avalanche de silício e podem oferecer um nível de proteção mínimo de ±15 kV de tensão ESD. Um conjunto de diodos TVS pode abrigar seis diodos Zener para proteger cinco linhas de sinal e fornecer uma referência de aterramento. Veja a Figura 3. A vantagem de um array é que um componente que economiza espaço em um pacote de montagem em superfície 0402 pode proteger até cinco linhas.

O impacto no bloco do circuito é mínimo; um conjunto de diodos TVS pode ter uma corrente de fuga de apenas 1 µA. Se for desejado um nível mais alto de proteção contra ESD, um diodo individual pode fornecer proteção contra ESD para cada linha de sinal. Um único diodo TVS, mostrado na Figura 4, pode suportar até ±30 kV. Qualquer que seja a configuração usada, coloque os diodos TVS o mais próximo possível da entrada do circuito para evitar que um transitório ESD penetre no circuito.

A interface sem fio se conecta à rede celular ou a uma LAN sem fio, uma rede WiFi, para se comunicar com um smartphone ou outro dispositivo em rede. Por estar exposta ao ambiente externo, a interface sem fio deve ter proteção ESD. O componente recomendado é um supressor ESD de polímero.

O valor de um supressor de ESD de polímero é sua capacidade de responder e absorver transientes de ESD, tendo ao mesmo tempo um impacto insignificante na impedância característica da saída da interface sem fio. Os supressores ESD de polímero podem suportar ESD de contato direto de ±8 kV e ataque aéreo de ±15 kV. A capacitância típica para o componente é baixa de 0,06 pF. O tempo de resposta a um transiente é extremamente rápido, inferior a 1 ns. A colocação deve ser o mais próximo possível do conector da antena de entrada. A Figura 5 mostra duas configurações para supressores ESD de polímero, componentes bidirecionais.