【应用】延长寿命！超低功耗MCU助力智能门锁

时间： 2019-07-27 来源：世强作者：梧桐叶

技术问答

【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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嘿仔 Lv6. 高级专家 2017-10-21

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