罗德与施瓦茨产品在智能门锁功耗测试中的应用

何为智能门锁呢？它也被称为数字门锁，是为了取代前门上的螺栓锁而设计的，是一种支持Wi-Fi或蓝牙的智能家居设备，用户可以把家里的钥匙留在家里，使用其他方式锁门和开锁。

在智能家居迅速发展的背景下，智能锁市场也迎来了爆发性增长。随着消费者越来越多地使用智能家居技术，智能锁已经成为一种重要的设备。全国五金工业信息中心数据显示，2024年上半年全国智能门锁出货量为1055万套，同比增长5.5%，呈现增长趋势，中国目前的渗透率在5%~10%左右，中国的智能门锁还处于初步发展阶段。

在享受互联网带来的便利的同时，人们也对智能门锁提出了两个主要关切：首先，智能门锁的安全性是用户最关心的问题，即它们是否能够提供足够的安全保障。其次，智能门锁需要具备较长的使用寿命和较低的能耗，这意味着它们必须在保持功能性的同时，实现低功耗。

智能门锁的能耗控制是一个关键的技术挑战，往往涉及各种功能，尤其无线互联芯片的工作功耗控制以及电池本身的功耗管理。在考虑优化能耗之前，我们首先要关注智能门锁的功耗表征，即需要测准产品的功耗，并监控不同工作状态和运行不同功能的功耗，这样才能明确功耗优化的方向，做到有的放矢，为功耗优化做保障。

智能门锁使用的电源为电池，国家锁具产品规范标准中针对使用的电池也做了明确的要求，具体可以参考标准GB21556-2008。

智能门锁

电池通常采用以下三种：

(A)干电池供电：这种供电方式多用于基础款智能门锁，因为这些锁的功能较为简单，对电压和电池容量的需求不高。知名品牌的智能门锁使用干电池供电时，续航能力可以达到一年以上。其优点在于电池更换简单快捷，但缺点是不够环保。

(B)锂电池供电：这种供电方式适用于功耗较高的智能门锁，例如那些配备机械自动锁体、3D人脸识别功能的锁。锂电池因其较大的功率，能够支持更多的智能功能。不过，其缺点在于电池更换较为复杂，且在电量耗尽时可能导致门锁无法使用，因此建议家中常备备用电池。

(C)锂电池与干电池混合供电：这种供电方式多见于多功能智能门锁，其中锂电池负责提供高功耗功能所需的电力，而干电池则负责基础功能的供电。这样做的优点是即使锂电池电量耗尽，门锁的基础功能仍然可以正常运作。缺点是需要准备两种电池的备用方案，并定期检查两种电池的电量，以确保门锁始终有电可用。

要使电池保持较低的功耗以及减少换电成本和充电次数，那么有必要了解智能门锁的功耗特征。

功耗特征表现为四个方面：

静态功耗与动态功耗：智能门锁在静态（待机）状态下的功耗典型值为几十微安培（uA），而在动态（开锁）状态下的功耗典型值为几百毫安培（mA），开锁时间持续约3秒左右。

电池容量与理论使用时间：以5号碱性干电池为例，容量在2000-2500毫安时（mA.h），理论上，如果每天开锁10次，每次开锁大电流持续3秒，其他时间低功耗待机，那么4节5号碱性干电池可以使用超过一年。

智能功能差异因素：智能门锁的功耗差异主要是由于开锁方式和输入形式不同造成的。例如，具备蓝牙或APP远程开锁功能、无门把手自动开锁的待机功率相对较高，具有屏幕唤醒功能的则功率较低。

轻载与重载性能：智能门锁在轻载（如休眠状态）和重载（如电机启动开关门）时的电源效率不同。例如，一个普通的Buck DC-DC芯片在100mA电流消耗下可以达到85%以上的效率，但在50uA的情况下，转化效率通常远低于50%。

应对上述挑战，R&S罗德与施瓦茨也提供了专业的测量方案：基于NGM200系列高精度直流电源低功耗测量方案。

NGM202前面板

NGM202后面板

R&SNGM200 电源是一款先进的通用设备，不仅可以帮助开发人员实现这个目标，还可用于各种实验室日常应用。对于 IoT 模块、可穿戴设备、微型器械和其他移动电子设备的开发人员而言，确保低电流消耗至关重要。

针对智能门锁低功耗测试要求，R&SNGM200 电源提供了相应的测试方案。

这些指标和要求不仅限于智能门锁，还包括其他物联网设备，确保它们低功耗性能至关重要，有助于针对使用电池的产品进行优化，延长电池寿命、降低成本、提升用户体验，并满足监管要求。

接下来我们以实际测试案例了解NGM202对智能门锁功耗测试详情。

相比于传统智能门锁在6V，3A供电的情况下进行功耗测试，本例中客户的产品由于支持更多的功能，也采用了功耗更大的电机，以驱动使门锁在开门和锁门时更加流畅可靠，采用了8V，4A的规格，无疑对测试测量仪器要求也进一提高，尤其是要求提供更大的电流、电压量程。

为了满足客户此款产品的测试要求，我们使用NGM202电源应对客户供电以及功耗的测量。

NGM202拥有双通道，除了本身两个通道可以独立使用外，还可以根据需要进行通道间的串联(增压)和并联(增流)，对电流、电压的量程进行必要的扩展。连接图如下：

将NGM202的CH1和CH2通道进行串联后，电压输出达到了12V，电流输出最大可以到6A，满足了客户的8V，4A的测试需求。

实际连接如图：

图中使用NMG202两通道串联方式进行测试。

通过上位机软件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 进行功耗测试，软件界面显示如下：

接下来，通过上位机软件 (R&S Power Consumption Analysis Tool) 记录并分析门锁在启动，电机堵转，以及实现门锁开启的过程中的功耗细节。

记录产品连续运行长时间的电流波形，可以看到由于电机运行进行开锁时电流高达3.27A。

当展开电流波形，观察两个脉冲间的最小电流消耗。如图可以观察到两个光标间的最小电流值约为72uA，以及光标区间中的能耗(2.972918uAs)。

如下截图是待机过程中电流最小值的查看(最小6.5uA)。

本研究利用NGM202测试设备以及R&S Power Consumption Analysis Tool软件，对智能门锁在不同工作状态下的电流、电压和功耗进行了详细的记录和分析。通过监测智能门锁在不同功能转换阶段以及长时间待机状态下的电流消耗特性，我们能够对电池选型和产品的整体功耗进行有效的确认与优化。该测试配置不仅对用户友好，而且具有较高的成本效益比。

“彩蛋”——电池模拟

R&SNGM200 电源还可用于模拟（可充电）电池。在这种模式下，电源行为类似于预先定义的电池（见图）。电池参数可以在电源上方便地进行编辑。电源预安装了多种标准电池类型，以便进行测试。由于 R&SNGM200 电源能够提供和吸收电能，因此可以模拟给可充电电池放电和充电。双通道 R&SNGM202 是市面上率先支持两类独立定义的（可充电）电池的电源型号，例如两个串联的充电电池和放电电池。

电池模拟

罗德与施瓦茨是您可靠的物联网测试合作伙伴，可助您了解测试需求和装置，以及执行所有必需测试与测量，以便确保您的 IoT 产品应用具备所需质量和性能，并尽快将其推向市场。
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罗德与施瓦茨业务涵盖测试测量、技术系统、网络与网络安全，致力于打造一个更加安全、互联的世界。成立90 年来，罗德与施瓦茨作为全球科技集团，通过发展尖端技术，不断突破技术界限。公司领先的产品和解决方案赋能众多行业客户，助其获得数字技术领导力。罗德与施瓦茨总部位于德国慕尼黑，作为一家私有企业，公司在全球范围内独立、长期、可持续地开展业务。