【应用】延长寿命!超低功耗MCU助力智能门锁
【摘要】EFM32JG/PG系列的32位MCU因其具有超低功耗的特点,可应用于智能门锁的指纹锁系统,有利于电源模块的设计,最大程度的降低系统功耗。
随着全球智能化发展,中国精装房需求日益旺盛,传统门锁已经满足不了现下消费者的需求了,消费者对新型的智能锁更加青睐。智能锁便捷、时尚、安全,正逐步赢得中高端消费者的认可。
SILICON LABS推出的EFM32JG/PG系列的32位MCU因其具有超低功耗的特点,可应用于指纹锁系统中。此系统主要包括供电电池、指纹识别模块、控制执行机构、交互界面和通信模块。下面是指纹识别智能门锁的应用框图。
图1:指纹锁框图
指纹锁中的识别模块包括指纹采集模块和DSP组成。将采集到的指纹信息传输到DSP,由DSP执行提取特征值的算法并将特征值与数据库中的信息进行比对,然后将配对结果通过LEUART传输给主控MCU。EFM32JG/PG的LEUART以及LETIMER模块均针对低功耗设计。EFM32的内部低功耗的LETimer、LEUART可以工作在CPU深度睡眠EM2模式下,LETimer是可参数带死区控制的PWM和常用的单边沿、双边沿PWM,非常有利于控制开锁电机,执行相应的动作控制。
在时钟源为32.768KHZ的情况下可实现9600的波特率,此时功耗仅为150nA,且支持LEUART接口通信唤醒。优异的MCU低功耗特性将为延长门锁的电池寿命起到极其关键的作用。为了满足低功耗应用场合的需求,EFM32具有完善的低功耗工作机制和极低功耗的外设,通过PRS与DMA的结合,LEUART可以工作在无内核干预的睡眠模式。同时,为了便于对非法撬锁、破坏等情况进行警报,可利用I/O扩展相应的声光报警设备。
为了扩展门锁系统的用户信息存储,可利用EFM32的SPI接口对外扩展NorFlash。在门锁被暴力破坏或非法闯入时,主控MCU可通过UART发送对应的AT执行,控制GSM模块以短信形式通知用户。
根据智能门锁应用的功能需求可配置不同型号的EFM32芯片作为主控MCU。EFM32的芯片具有良好的兼容性,同系列芯片的引脚为pin-pin兼容。EFM32PG/JG的工作电压为1.85V~3.8V,工作电压范围比较宽有利于电压模块的简单设计。内部集成DC-DC因此智能门锁可以选用3.3V的锂电池系统供电,无需前端添加LDO芯片。
EFM32JG/PG是目前市面上功耗最低的一款M3/M4内核的MCU,相对我们之前的EFM32系列的MCU,其具有6种功耗模式,较之前的EFM32系列MCU多了EM4-冬眠模式(Hibernate)。相比EM4关断模式,EFM32的EM4冬眠模式可以让系统长时间在1.08uA超低功耗下保持RTC工作,而且可以实现在60us的时间内将处于冬眠模式下的系统直接被唤醒切换到EM0正常工作模式下,可以做到冬眠模式和正常工作模式互相灵活切换,最大成度的降低系统的功耗。EM0活动模式下MCU电流可到60μA/MHz可以更快执行计算密集型任务,EM2深度休眠模式电流为1.4μA,为超快速唤醒/休眠转换特性进一步减少了系统整体能耗。停机模式电流为1.1μA,关断模式电流为20nA。它们也支持带有128位或256位密钥的高级AES算法、椭圆曲线加密(ECC)、SHA-1和SHA-224/256。AES执行128/256bit AES加/解密仅需54/75个时钟周期。最大256KB Flash,32KB RAM。
EFM32JG/PG系列MCU的优势特性如下:
• EFM32JG/PG可选择32位ARM Cortex-M3或M4内核,可扩展速率最大到40MHz
• 片上硬件加解密加速器支持随机数据发生器、AES、ECC和SHA技术
• 具备8通道DMA控制器
• 具备12位1Msps模数转换器(ADC)
• 具备12通道外设反射系统(PRS)以及可配置的逻辑功能
• @50nA,看门狗定时器专用RC振荡器
• 可为其他系统组件提供电源的片内降压型DC/DC转换器
• 支持8-5V组件的独立I/O电源
• 采用1.85 V至3.8 V单电源供电
• 适合的工作温度范围为-40至85°C之间
• 两种封装:QFN48封装,尺寸为7mmX7mm,QFN32封装,尺寸仅为5mmX5mm
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