篡改智能锁的方法有很多种。其中一种是尝试通过拆除外壳以进入器件内部，从而打开器件。在这种情况下，可以使用开关来确定外壳何时被拆除或弯曲错位。使用霍尔效应传感器进行篡改和移动终点位置检测实现限制检测 应用简报中介绍了此实现方式。如果智能锁使用霍尔效应传感器来确定磁铁的位置，闯入者可能会试图通过使用大磁铁触发传感器来诱骗传感器。消除这种风险的一种方法是安装一个额外的传感器，当系统中存在比设计要求更强的磁场时，该传感器会向智能锁的主控制器发出警报。具有外部磁场保护的非接触式霍尔效应变速触发器参考设计 设计指南中还显示了其他传感器实现方式。

根据所需的分辨率大小，在电子智能锁中实现位置传感的方法有多种。根据布局中开关位置的不同，切换实现可用于给出门锁完全打开、门锁完全关闭或门锁处于中间某处的绝对位置。根据需要多少种状态，可以使用不同数量的开关。另一种方法是让霍尔传感器测量电机或锁中心轴的旋转角度。最后，电机本身可以对其进行编码。霍尔效应传感器也可用于实现电机编码。有关霍尔传感器电机编码的更多信息，请参阅增量旋转编码器 应用简介。

使用开关检测门栓位置的一种方法是让磁体围绕中心轴旋转。由此，您可以放置霍尔效应开关以确定门栓何时处于解锁位置和锁定位置。这些开关也可以用来确定锁具是安装在右手门还是左手门上。

图 2-1 霍尔效应开关实现示例

在此示例中，当磁体绕着中心轴扫过时，有三个开关来确定门栓旋转的位置。中心开关可用于确定门栓何时完全打开，两个末端开关可用于确定门栓何时完全关闭，一个用于左手门的安装，一个用于右手门的安装。这样，锁具可以安装在任意门上，并且仍然可以检测到门栓的位置。图 2-2 展示了磁体的磁场（磁场沿此路径移动）以及开关的数字输出的示例。Bz1、Bz2 和 Bz3 线是每个传感器的磁场强度，而 D1、D2 和 D3 线是基于传感器 Bop 的数字输出。由于器件的 Brp 较小，此图中未考虑器件迟滞，因此此处仅显示了开关能够在任一方向上打开的情况。

图 2-2 霍尔效应传感器 2mm 间隙 – 八分之一英寸的磁体

此仿真假设使用典型磁阈值为 3mT 的 DRV5032FB。不过，如果需要一个平面霍尔效应开关来检测与封装标记表面平行的磁场，则可以考虑使用 TMAG5233。传感器放置在距离磁体末端 2mm 处，这会在检测到的磁场中产生 12mT 的峰值。每个开关的机械容差可以通过改变磁体和传感器之间的距离或使用具有不同阈值的器件来调整。通过增加此距离，图 2-3 显示了当开关检测到磁体时容差更严格。

图 2-3 霍尔效应传感器 4mm 间隙 - 八分之一英寸的磁体

虽然此实现仅使用三个开关，但添加开关或更改其位置能够提供有关门栓位置的更多信息。用于上述模拟的磁体是 N52 条形磁体，直径为 1/16 英寸，厚度为八分之一英寸。如果使用更大的磁体，则可以增加磁场强度以使开关更快地打开进行旋转运动。例如，一个类似的条形磁体，厚度为四分之一英寸，磁体末端和传感器之间有 2mm 的间隙，会产生以下结果。

图 2-4 霍尔效应传感器 2mm 间隙 - 四分之一英寸的磁体

新的峰值磁场约为 13.3mT。这种增加不是很大，但在触发传感器输出时也提供了更宽的角度范围。为该应用选择磁体在很大程度上取决于系统中的可用空间，但也需要考虑所需的容差等因素，并将其与传感器的磁体阈值进行比较。

使用霍尔开关是一种低功耗和低成本的实现方式。前面提到的 DRV5032FB 可以在小于 1µA 的电流下工作，以保持该应用中的电池寿命。一种替代设计是 TMAG5233 低成本平面霍尔效应开关。TMAG5233 具有全极磁响应，能够对与封装标记表面平行的南北磁极均做出响应。TMAG5233 提供 5Hz 和 40Hz 占空比选项。

与簧片开关相比，霍尔传感器还可延长产品寿命。有关簧片开关和霍尔传感器之间比较的更多详细信息，请参阅用 TI 的霍尔效应和线性 3D 霍尔效应传感器替代簧片开关 应用手册。

在需要更高的分辨率旋转角度的系统中，可以使用单个 3D 霍尔传感器来检测磁体的角度。由于该设备只需要一个器件，因此传感器的最佳位置是直接放置在磁铁上面，因此旋转仅发生在传感器的 Z 轴上。

图 2-5 3D 霍尔效应传感器放置示例

传感器和磁铁完全对齐，因此在磁铁旋转时只有磁场的 X 和 Y 部分发生变化。

图 2-6 3D 霍尔传感器旋转示例

如图 2-6 所示，只有两个磁场轴需要用来确定磁铁的角度，因此第三个轴可以自由地执行篡改检测或收集有关器件状态的附加信息。为了确定磁铁的角度，可以使用 MCU 处理数据。但是，TMAG5273 和 TMAG5170 等器件具有集成的 CORDIC 算法，可将角度报告为寄存器值，因此无需 MCU 进行额外计算。如果在磁体和传感器对齐中发生移位或偏移，则磁场的 Z 轴将发生变化。如果磁铁仍与旋转轴对齐但不再与传感器对齐，则 Z 轴开始以正弦模式变化。

图 2-7 霍尔传感器偏离旋转轴

Z 轴磁场如此变化表明磁体仍在围绕其中心旋转，但磁体不再与传感器对齐。另一种可能发生的偏移是磁铁不再位于旋转轴上。只要传感器仍然与旋转轴成一直线，就会导致 Z 轴磁场变为常量。

图 2-8 磁铁偏离旋转轴

了解这两种不同偏移类型的预期结果后，磁场的 Z 轴可用于系统的预测性维护。如果在使用产品时出现这些偏移，则意味着某些东西发生了偏移，可能需要重新调整。Z 轴上的偏移量也可用于确定是否有外部磁体应用于系统。如果是这种情况，也可能对 X 和 Y 磁场轴的预期数据产生影响。

很多时候，这种实现方式的磁铁不能直接放置在中心轴或电机上。在这种情况下，可以使用齿轮来抵消磁体的旋转，并将磁体角度的分辨率更改为门栓位置。通过使用允许磁铁比中心轴旋转更多的齿轮比，门栓的运动将发生更大的角度变化。如果需要，这可用于提高门栓位置的分辨率。这种情况的一个示例如图 2-9 所示。

图 2-9 齿轮上的磁铁示例

此示例有一个偏置齿轮，其使磁体在线性霍尔传感器正上方旋转，还有一个磁体沿着较大齿轮的外边缘移动。较小的磁铁以弧形路径移动，与前面讨论的开关实现方式配合使用。这只是为该应用实现这些磁铁的一种方法。由于磁铁是主要关注点，因此可以根据需要改变或调整机械运动的方法以适合应用。

1. 德州仪器 (TI)，使用霍尔效应传感器针对篡改和移动终点位置检测实现限值检测 应用简报。
2. 德州仪器 (TI)，具有外部磁场保护的非接触式霍尔效应变速触发器参考设计 设计指南。
3. 德州仪器 (TI)，增量旋转编码器 应用简报。
4. 德州仪器 (TI)，使用 TI 的霍尔效应和线性 3D 霍尔效应传感器替代簧片开关 应用手册。