【应用】基于EFM32TG11 MCU的智能门锁设计方案，功耗低至1.3uA

时间： 2018-11-28 来源：世强

随着电子技术和智能家居市场的和发展，智能门锁的应用也越来越多，应用多种多样的技术也设计出多种多样的智能门锁，如指纹锁、密码锁、人脸识别锁、IC卡感应锁等等，虽然使用的技术各不相同，但是对于智能门锁的安全性、功耗等的追求确实殊途同归的。在保证智能门锁的安全性的前提下，如何使智能门锁更加方便，智能便成为智能门锁行业的发展热点。本文介绍一种使用SILICON LABS的EFM32TG11系列低功耗MCU设计的智能门锁方案。

方案概述：

本设计的智能门锁主要有主控芯片、电源、电源管理系统、NFC标签、WiFi模组、电机驱动、微型电机、状态检测装置、防撬装置、报警装置这几部分组成，整体的方案设计框图如下图1所示：

图1 智能门锁方案设计框图

如上图的方案设计框图，本智能锁使用EFM32TG11系列低功耗MCU作为主控芯片，使用WGM110型WiFi模组联网，使用NFC标签作为智能门锁的识别ID，可以通过手机NFC读取门锁NFC标签，NFC标签输出触发标识以实现整个门锁系统的待机控制，用户使用手机NFC扫描门锁的NFC标签，读取NFC标签数据，手机端在读取智能门锁的NFC标签数据之后，完成识别之后下发开锁命令，NFC标签同时会给主控芯片发出一个触发信号，使整个门锁系统从低功耗模式转入正常工作状态，激活WiFi模组联网接收用户手机下发的控制命令，完成开关锁的动作，并将相关的门锁状态上传给用户手机；为避免常规电磁锁容易受干扰导致误动作的情况，本智能锁采用微型马达配合机械结构的方式作为门锁的开关锁的执行部件；除了以上主要部件，再加上门锁防撬检测、报警装置，电源系统，即可完成整个智能门锁的设计方案。

主要器件选型说明：

主控芯片——EFM32TG11系列：基于ARM Cortex-M0 且速度高达 48 MHz 的微控制器 (MCU)，并且是 Tiny Gecko 11能源友好型设备产品家族的一部分，该芯片使用创新型的低功耗、快速唤醒等技术，集成了包括128kB的ROM和32kB的的RAM，具有53个数字I/O引脚、2x16位定时器和多种通信接口。芯片具有1.8V~3.8V的宽供电范围，在正常工作模式下（EM0模式），功耗为37uA/MHz，休眠模式下（EM2模式，RAM保留、RTCC运行），功耗为1.3uA。具有4路USART，可以作为UART、SPI、SmartCard (ISO 7816)、IrDA、I²S、LIN功能使用；除了USART串口外，还集成1路UART和1路低功耗LEUART接口。特别是LEUART接口，可以在EM2模式下工作，通过DMA进行数据传输，无需唤醒CPU，进一步降低功耗使用，因此非常适合用于本设计中主控芯片与WiFi模组进行通信，EFM32TG11系列系统框图如下图2所示：

图2 EFM32TG11系列MCU系统框图

Wifi模组——WGM110：核心是一个超低功耗 EFM32 Gecko微控制器，具有48 MHz ARM Cortex-M3内核、1MB的闪存和128KB的RAM。WGM110具有强大的Wi-Fi协议栈，包括用于云集成的 HTTP/TLS/TCP/IP协议，而软件API与Silicon Labs的现有WF121模块兼容，可轻松进行移植。模块还支持-98 dBm 的接收 (RX) 灵敏度和+16 dBm的发送 (TX) 功率，在+16 dBm的发送 (TX) 功率时模块供电电流需要261mA，深度睡眠电流仅23uA，模块可以使用2.7V~4.8V范围的供电电压。同时，该模块还提供了高度灵活的硬件接口，包括UART、I2C、SPI 和USB ，有助于简化与各种外设和传感器的连接，WGM110模组系统框图如下图3所示：

图3 WGM110模组系统框图

电源管理芯片——SGM2019: 圣邦微（SGMICRO）推出的LDO芯片，其采用的是SOT-23-5封装，输入电压范围2.5V~5.5V，输出电流最大可达300mA，关断电源电流仅0.01uA，具有较好的低功耗特性，在本设计中，我们选用两颗LDO芯片作为系统供电电源，其中一颗芯片用于给低功耗模式下必须需要工作的电路供电，另一颗则用于给剩余的电路进行供电，并且在低功耗模式时直接关闭LDO使能，关闭低功耗模式不需要供电的电路，降低整个智能锁的功耗，延长电池的续航时间，供电设计电路如下图4所示：

图4 LDO电源管理电路原理图

电机驱动芯片——AT1124/9110:中科微电子公司的单通道低压H桥电机驱动芯片，具有2.7V~15V的宽供电电压范围，使用PWM输入控制，可以输出高达1A的驱动电流，并具有过温关断、短路保护、欠压锁定保护等功能；且芯片采用SOP-8的封装，非常更适合本设计中用来驱动微型直流电机，AT1124/9110功能结构框图如下图5所示：

图5 AT1124/9110功能结构框图

检测、报警器件：对于门锁的防撬检测，我们一般选择在门锁内部放置微动开关的方式来实现，报警装置则选用蜂鸣器来实现，因实现方式多样，这里不做进一步说明。

在本智能门锁的设计中，使用3节1.5V的干电池供电，并将整个是系统划分成低功耗电路和非低功耗电路两部分，使用两颗LDO芯片分别给这两部分电路供电，其中第一颗LDO用于给主控芯片、NFC标签、防撬检测、状态检测这些作为低功耗模式下必须工作的电路供电，第二颗LDO芯片则用于给剩余的WiFi模组、电机驱动、报警装置等则需要在系统处于非低功耗模式时才工作的电路供电，且使用主控芯片对第二颗LDO的EN引脚进行控制；在设计中，NFC标签在用户使用手机读取NFC标签数据时依靠手机NFC感应供电，输出一个NFC触发信号，然后在设计中将NFC标签输出的触发信号、防撬检测的输出信号通过或门电路之后给到主控芯片的PA0端口，用于将系统从低功耗模式唤醒，系统唤醒之后主控芯片进入正常工作状态，此时主控芯片控制第二颗LDO进入工作状态，给系统的其它电路上电，WiFi模块联网；用户手机在读取智能锁的NFC标签获取锁的ID之后，将开锁命令上传到云端服务器，再由云端服务器下发到到门锁，门锁的WiFi接收到云端下发的命令，然后控制门锁的执行部件，完成开关门锁等。

综述：

本文介绍的基于EFM32TG11系列MCU的智能门锁设计方案，具有功耗低、电池续航时间长，使用方便等特点，同时也具有较高的安全性，设计方案相对简单，成本也相对低廉，符合智能门锁的发展趋势。

发送到邮箱 |
+1 赞 0
收藏
评论 1
| 转发至：

本文由sdlibin007提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。

平台合作

提交评论

全部评论（1）

无痕001 Lv3. 高级工程师 2019-04-14

写的不错

没有更多评论了

在低功耗MCU上实现人工智能和机器学习

MCU不再局限于简单任务，而是正成为AI的强大平台。通过探索AI优化MCU，我们可以为智能电池供电设备开辟新的可能性。无论是智能家居设备还是工业传感器，AI驱动的MCU正在重塑嵌入式系统的未来。

2024-12-27 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【应用】持续输出电流4A的直流双向电机驱动器TMI8260用于智能门锁，待机电流仅1μA

高级的智能门锁电机转矩较大，所需电机驱动电流大。本文推荐一款拓尔微电子推出的电机驱动芯片TIM8260，工作电源电压范围5~18V；功耗低，待机电流仅1μA；持续输出电流4A；抗干扰能力强，输出内阻超低，非常适用于电池供电的智能门锁。

2022-11-04 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

芯天下新推XTM4001直流双向电机驱动芯片，持续电流能力可达7A，助力全自动智能门锁应用

针对驱动电流大的电机驱动芯片，芯天下新推出的XTM4001，是一款直流双向电机驱动芯片，持续电流能力可达7A，峰值电流可达14A，各种保护功能齐全，ESOP8封装。该器件使用BCD工艺，耐压能力强，内置续流二极管能够释放感性负载的反向冲击电流。

2024-11-25 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

AT8236 单通道直流有刷电机驱动芯片

AT8236是一款由杭州中科微电子有限公司生产的单通道直流有刷电机驱动芯片，具有宽电压供电范围、低RDS(ON)电阻和高电流驱动能力。该芯片支持PWM控制接口和低功耗休眠模式，集成了同步整流功能，适用于打印机及办公自动化设备、电器、智能家居和工业控制等领域。

中科微 - 单通道直流有刷电机驱动芯片,直流有刷电机驱动器,AT8236,AT8236N,工业控制,打印机,智能家居,办公自动化设备,电器

2020/10/01 - 数据手册 - V1.1 代理服务技术支持采购服务

【产品】圣邦微双路型LDO SGM2027，单颗LDO完成两路LDO的电压转换

在一个模块电路中，前端DCDC输出的电压通常为5V，后级就需要LDO来完成5V至3.3V，3.3V至1.8V的转换。如果有多个低压需求，那么就需要使用多颗LDO，而现在单颗MCU体积都做的很小了，如果一个主控就配一个LDO，就会大大增加电路的体积。这里介绍一款圣邦微的双路型LDO SGM2027，单颗IC完成两路LDO的电压转换。

2019-06-01 - 新产品代理服务技术支持采购服务

SGMICRO线性稳压器选型表

SGMICRO线性稳压器提供高可靠性LDO和高精度LDO；最低0.5V最高36V输入电压，最大输出3A大电流，多固定输出电压与可调输出电压，支持负压降压。

产品型号	品类	VOUT(V)	VIN (Min)(V)	VIN (Max)(V)	IOUT(mA)	DropoutVoltage(mV)	PSRR (dB)	Package
SGM2300	High Reliability LDOs	1.5, 1.8, 2.5, 2.8, 3.0, 3.3, 3.6, 5.0, Adj	4	18	50	1750	47	SOT-23-5 SOT-23

选型表 - SGMICRO 立即选型

【选型】国产低压LDO A6201替换合泰 HT7333助力智能门锁，输出3.3V

中美贸易战的影响以及国产化替代等趋势，诸多国内产品制造厂商都在选择使用国产器件来替换欧美等品牌。笔者服务的一个智能门锁项目中MCU需要一个3.3V的LDO，主要用来给MCU 持续供电,很多厂家使用的是HT7333,因为这款LDO体积小，散热性能更好，那目前客户急需一款国产的来替代，笔者推荐使用AIT 的A6201,该产品不仅性能一样，封装也一样。

2021-03-31 - 器件选型代理服务技术支持采购服务

【应用】基于国产32位MCU芯片CW32F030C8T6的智能门锁方案，主频64MHz，具备低功耗多功能优势

智能门锁集成3D识别算法、接近检测、指纹输入模块，低功耗计算芯片等于一体，解锁快、功耗低、续航久，现武汉芯源推出一款MCU芯片CW32F030C8T6助力于智能门锁设计。

2023-03-14 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

创芯引擎·智绘生活 | 航顺HK32 MCU亮相2024’中国（华东）智能家居技术创新峰会

航顺芯片于6.27日参加在宁波威斯汀酒店5楼大宴会厅举办的2024‘中国（华东）智能家居技术创新峰会，会上主要介绍HK32MCU在家电电源与智能控制中的应用。

2024-07-03 - 技术探讨代理服务技术支持采购服务

含24位高精度ADC的工业级信号链MCU，可轻松通过EFT抗干扰测试，适用于智能家居领域

晟矽微电子智能家居MCU产品线芯片性能及应用覆盖全面，性价比高，可轻松通过EFT抗干扰测试，产品广泛应用于智能家电、消防安防、健康医疗、智能照明、物联网等领域。本期【晟矽芯】推出的芯片是含24位高精度ADC的MCU——MS32F7223。

2024-06-08 - 产品代理服务技术支持采购服务

【应用】拓尔微电机驱动芯片TMI8837助力智能门锁设计，低导通内阻仅650mΩ

在智能门锁的设计中，一般会用通过MCU对电机驱动芯片进行的正转、反转、刹车等功能的控制。本文推荐拓尔微H桥低压直流电机驱动TMI8837。

2022-10-01 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

超低功耗MCU智能家居的节能新宠

随着智能家居的快速发展，越来越多的家庭开始享受智能化带来的便捷和舒适。然而，智能家居设备在带来便利的同时，也带来了能耗问题。为了解决这一难题，超低功耗MCU（微控制器）逐渐成为智能家居领域的节能新宠。本文将深度解析超低功耗MCU在智能家居中的应用及其带来的节能效果。

2024-06-25 - 原厂动态代理服务技术支持采购服务

【应用】ARM内核32位微控制器CH579可简化智能门锁设计，OTA功能可解决传统门锁无法升级的问题

以某客户一款智能门锁为例，通过沁恒CH579芯片的应用，实现了人性化的门禁管理，提高了家庭的安全保障水平。在日常使用中，用户只需输入正确的密码即可轻松进出门禁区域。同时，智能门锁可以将每次开锁的记录上传至手机，用户可以随时查看，保障家庭安全的同时也方便使用管理。

2023-05-31 - 应用方案代理服务技术支持采购服务

【经验】安信可WiFi模组的所有配网方式的详细教程

随着国内物联网多年发展，基于WiFi的IoT联网方案的广泛应用，安信可WiFi模组应用到智能家居、智慧交通、智能监控、智能医疗设备、智慧农业等领域，覆盖我们生活中的方方面面。目前主流的WiFi配网方式主要有SmartConfig 一键配网、AP配网、微信Airkiss配网、蓝牙辅助配网等。本文主要介绍安信可WiFi模组的所有配网方式的详细教程。

2023-05-11 - 设计经验代理服务技术支持采购服务