NAC1080 kombiniert NFC-Schnittstelle und Motortreiber Intelligente Schlösser via Smartphone öffnen

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Smarte Schliesssysteme ersetzen immer häufiger die klassischen Schlösser-Konstruktionen. Für diese innovativen Verschlussmodelle passt der NAC1080 von Infineon wie der Schlüssel ins Schloss, denn er vereint NFC, Motorsteuerung und Energy Harvesting in einem Chip. So kann auf eine weitere Energiequelle verzichtet werden, was die Kosten senkt und die Funktionssicherheit erhöht.

Als «smart» wird ein elektromechanisches Schloss bezeichnet, wenn es sich durch drahtlose Kommunikation mit einem elektronischen Schlüssel öffnen und schliessen lässt. Mobile Geräte wie Smartphones, Wea­rables oder andere Token übernehmen dabei die Funktion des Schlüssels. Die Kommunikation zwischen Schlüssel und Schloss läuft in der Regel mittels Bluetooth, Wi-Fi oder Near Field Communication (NFC).

Solche intelligenten Schlösser erlauben eine sichere und bequeme Zugangskontrolle, denn sie machen physische Schlüssel überflüssig. Des Weiteren lassen sich neue Schlüssel komfortabel verwalten, was vor allem in Gebäuden mit verschiedenen Schlössern einen grossen Vorteil bietet. Dies ist mit ein Grund, warum intelligente Schlösser ein stark wachsendes Segment im IoT-Bereich einnehmen. So beziffert beispielsweise das Marktforschungs- und Beratungsunternehmen Grand View Research den globalen Markt im Jahr 2022 auf 1,95 Milliarden US-Dollar. Für den Zeitraum zwischen 2023 und 2030 wird eine durchschnittliche jähr­liche Wachstumsrate (CAGR) von 19,6% erwartet, getrieben durch die zunehmende Akzep­tanz von modernen Kommunikationstechnologien, den Komfort sowie das gestiegene Interesse an fortschrittlichen Sicherheitssystemen.

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Aufbau und Funktion smarter Schlösser

Aufgebaut sind smarte Schlösser im Wesentlichen aus dem klassischen mechanischen Schloss und einem elektronischen Steuerteil. Ein Mikrocontroller authentifiziert den Benutzer durch einen digitalen Schlüsselaustausch (beispielsweise via NFC) und gibt die anschliessend gesendeten Steuerbefehle an die Motortreiber weiter, um ein Schloss zu ver- bzw. entriegeln.

Bisherige Applikationen, die eine elektrische Energiequelle besitzen, arbeiten als aktive Teilnehmer bei der NFC-Kommunikation. Das hat zur Folge, dass die Motoren, welche den mechanischen Teil des Schlosses steuern, ebenso durch diese Energiequelle mit elektrischer Spannung versorgt werden.

Mit dem NAC1080 wird keine weitere Energiequelle benötigt

Ein smartes Schloss, welches auf dem NFC-Controller NAC1080 von Infineon basiert und als passiver NFC-Teilnehmer agiert, nutzt die durch den aktiven NFC-Teilnehmer induzierte Spannung nicht nur zur Kommunikation, sondern auch, um die Applikation inkl. Motor mit elektrischer Energie zu versorgen. Mit dieser Energie (welche im Kondensator zwischengespeichert wird) und einem integrierten H-Brückentreiber ist der NAC1080 in der Lage, kleine Motoren im Milliwatt-Bereich (bis zu 250 mA Laststrom) anzusteuern. Die Kombination aus passivem NFC-Betrieb und einem Doppelschicht-Kondensator ermöglicht es, auf eine zusätzliche Energiequelle wie Batterien oder Akkus zu verzichten, wodurch Kosten reduziert werden können. Der Aufladevorgang selbst beträgt nur wenige Sekunden und setzt kein zusätzliches Batterie-Management-System voraus.

Beim Zugriff auf den NAC1080 durch den Nutzer sorgt das symmetrische Verschlüsselungsverfahren AES128 mit einem Zufallszahlengenerator für Sicherheit. Via Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) oder Serial Peripheral Interface (SPI) können dokumentierte Log-Dateien ausgelesen werden. Somit ist es zu jeder Zeit möglich, den Betrieb der Hardware den Anwendern zuzuordnen.

Der NAC1080 basiert auf einem programmierbaren 32-Bit-Arm-Cortex-M0-Kern, der mit einer CPU-Frequenz von 28 MHz arbeitet. Er ist im DSO-16- (4 mm × 10 mm) und im VQFN32-Gehäuse (5 mm × 5 mm) erhältlich. Ein Evaluation-Kit, die mitgelieferten Softwarebibliotheken und eine Handy-App ermöglichen dem Kunden eine schnelle Inbetriebnahme.

Mit dieser Ein-Chip-Lösung können kompakte Schlösser, die nur ein geringes Drehmoment benötigen, einfach und kostengünstig entwickelt werden. Dazu gehören beispielsweise Büroschränke, Fahrradschlösser oder Briefkästen. Sie lassen sich innerhalb weniger Sekunden öffnen. Je nach eingesetzten Bauteilen und genutztem Smartphone kann die Dauer variieren. Darüber hinaus sind auch andere Anwendungen möglich, beispielsweise nicht direkt zugängliche Sensoren zur Druckprüfung in Reifen.

Betrieb und Kommunikation während eines Stromausfalls

Wird der NAC1080 in grössere Schliessanlagen integriert und als passiver Baustein eingesetzt, lässt sich dieser auch trotz eines Stromausfalls, leeren Batterien im Smart Lock oder einem Schlüsselverlust weiterhin nutzen. Der IC versorgt das Türschloss auch in diesem Szenario über die NFC-Schnittstelle direkt mit elektrischer Energie.

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