智能门磁拆解|霍尔开关与IOT的碰撞

电子发烧友网报道（文/李诚）在疫情以前，门磁是智能家居中用于检测门窗是否关闭的一种设备，不过由于实用性、可视化能力不如摄像头，在早期发展的那几年中一直不温不火。
 
直到疫情爆发后，低功耗、实时互联的门磁，摇身一变成为了精准防疫的一把好手，并迅速火了起来。智能门磁就相当于一个贴在被隔离人员家门的电子封条，如果被隔离人员做出开门动作，设备就会通过NB-IOT或WiFi联系社区工作者上门检测，将疫情扩散的可能降至最低。
 

 
为一探智能门磁的工作原理以及内部构造，近日笔者购入了一款白牌智能门磁，并对其进行了测评以及拆解。
 
智能门磁基本功能测评
 

 
通过查看使用说明书得知，这是一款基于NB-IOT网络的智能门磁，其主要用于监控当前门窗的一个开关状态。当门被打开时，智能门磁会立即进行声光报警，并通过内置的NB-IOT模组与云控制系统平台建立联系，向用户拨打电话、发送短信、微信消息，告知设备当前警情。
 

设备绑定及消息推送演示

 
经过测试得知，当移除门磁条模拟开门操作时，智能门磁设备会立即进行声光报警，并且能够在1至2秒的短时间内与手机实现互联，确保通知的时效性。最先收到的是微信平台的推送，其次是电话和短信，并且这三个平台通知的内容都会明确告知触发警报的设备号，以便用户快速定位。
 
智能门磁拆解及工作原理分析
 

 
在设备固定方面，只使用了两颗螺丝以及4个固定卡扣，在设备两个外壳之间的连接处，未使用胶圈或其他粘合剂进行密封处理。因此，此款设备并不具备防水性能，不宜在户外场景使用。
 

 
门磁内部主要由主板和喇叭两部分构成。其中主板采用双层板的设计，首层板主要用于贴片元件的放置，底层板用于铺设与首层板存在交错的导线。
 

 
智能门磁的主板由主控单片机、磁性霍尔开关、声光报警控制电路以及物联网通信模组四部分构成。
 
单片机为圣芯的HC89S003A-001A，它是一颗采用高速低功耗CMOS工艺设计开发的增强型8位单片机，内部有16KBytesFLASH程序存储器，256BytesIRAM+768BytesXRAM，最多18个双向I/O口，5个16位定时器/计数器，3组12位带死区控制互补PWM，1路8位PWM，2个UART，1个SPI，1个IIC，16个外部中断，16+2路12位ADC，1 个低压检测模块，四种系统工作模式和多个中断源。
 

 
其中，分别通过6、10、11、12四个自定义引脚与LED灯珠连接，控制发光电路的导通与关断，实现光报警。并且每颗LED灯珠均串联了一颗470Ω的镇流电阻，将电流差异最小化，规避亮度不均或大电流击穿的问题。
 

 
单片机20引脚处与智能门磁的声音报警电路连接，该部分电路由一颗上拉电阻、三极管以及升压电感构成。其中，上拉电阻用于确保磁性霍尔元件检测到磁场变大时，Q2三极管处会于一个完全关断的状态，并阻断喇叭发声。只有在磁性霍尔元件检测到磁场变小时，声音报警电路方可导通，并驱动喇叭发声。
 
在声音报警电路的输出端，使用了一颗直插型三脚电感与喇叭并联。笔者起初看到这颗电感时，认为只是一颗分频电感，通过与喇叭并联的方式，在音频信号进入喇叭前将低频信号进行旁通过滤，减少高频信号的干扰。后来经过综合分析，这是一颗在报警器、蜂鸣器等应用中常用到的升压电感，具有损耗小、造价低的特点。
 

图源：霍尔微电子

 
磁性霍尔开关是门磁应用中，检测门窗开关状态的传感器，也是设备进行声光报警的触发条件，在本设备中它被放置的电路板的边缘侧，工作原理如上图所示。
 

 
上图为智能门磁所使用到的无线通信模组，通过模组表面的信息标注以及手机管理平台显示，这是一款支持NB-IOT协议的无线通信模组，并且支持低功耗待机模式，不过具体的方案信息并未在九联科技官网进行展示。
 
通信模组左侧是一枚eSIM卡，也是一种虚拟卡，与传统SIM卡不同的是，它无需插入物理SIM卡，即可直接访问运营商所提供的网络服务，并且支持空中写卡，通过远程空中写号到芯片内部，从而达到设备绑定运营商身份识别标记的目的。
 
结语
 
通过拆解来看，这款设备并没有十分亮眼的地方，同时为了节约成本，还砍掉了可充电的设计，整体的硬件成本也不会太高。不过，在软件方面，这款设备的多平台实时推送，以及响应速度都是值得认可的。
 
具体的拆解过程，可点击下方视频观看。