【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

技术问答

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。

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无痕001 Lv3. 高级工程师 2019-04-14

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选型指南 - 中科微 PDF 中文下载

雅特力（Artery）AT32全系列32位微控制器（MCU）选型指南（中文）

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产品发布时间 : 2024-08-29

Holychip（芯圣电子）MCU及MCU周边芯片选型指南

描述- 上海芯圣电子股份有限公司(Holychip)是一家专注于芯片设计研发和销售的集成电路设计企业，专业从事MCU及MCU周边芯片的研发和销售，致力于为客户提供高性能、高性价比的芯片产品、应用开发工具和系统解决方案。公司MCU及MCU周边芯片通用性强，性能优异，广泛应用于消费电子、智慧家电、智能照明、安防消防、工控医疗、汽车电子、IOT物联、通讯和PC等行业，为众多知名终端品牌提供专业的芯片产品和系统解决方案。

型号- HC20LO2030,SQ333,HC20OP0358,HC18P133L,HC32AT系列,HC20MD1225,HC89S105AC8T7M,HC89F3541B,AO3407,HC32F407VG,HC89F3531,HC20LO0012,HC89F0541,AO3401,HC20LO2033,AO3402,HC89S5840,HC89S003BF6P7M,YK2302A,AO3400,HC89F0411A,HC89F301C,HC18M303D,HC20LO1117-33,2N7002K,HC32F103BRB,HT66F0195,HC-ICD V4,YK3407,HC15P013A0,HC89F3541,HC89F3421,YK3401,HC32AT3781,HCP2019-5,HC89F0312,AO3415,SQL6970A2,HC89S105AK8T7CM,SQL6970A1,STM8S105K3,HC89S003AF4U7M,STM8S105S6,HC20LO0018,STM8S105S4,HC89F302C,HC18M302D,STM8S005C6,STM8S105K6,STM8S105K4,HC18M003,HC88T3681,HC89M7102,APM2306,HC89M7101,HC18M002,HC89M7103,STM8S003K3,HC60W2401,SQ3400,HC32F407系列,HC89F0421A,SQL6980A2,HC18P015B0,SQL6980A1,SQL6967,HC20CD4056,HC89S003BF6U7M,SQL6966,HC20LO1117-50,HC20CD4054,SQ2301A,HC89S001AJ4M7,HC20MD2012,HC32F030,HC20MD2011,HC32T3031,HC89S103K6T6,HC20LO1050,HC20MD2002,FDV301N,HC20BS6055,SQL4256,HC8M2401,HC20LO2025,HC89F0531,HT66F0185,BSS138K,HC88L051F4P7,HC8M603-SSOP20,YK2301A,SQL6973A2,SQL6973A1,HC8M603-SSOP24,HC16P100B1,HC20MD2001,HC18P018A0,N76E003AQ20,HC89S003AF4P7M,HC89S105AS8T7CM,HC20LO0050,HC18P110B0,HC88T3661,HC89F3521B,HCP2019-AD,HC20LO1025,HC-PM51 V5,HC15P121B1,HC32F407RG,HC32F103BVB,HC89F0431A,STM8L051F3,SQ2711L,HC8P2401L,SQL5811,SQL5810,HC16P122A1,HC20CD4156,HC20OP0324,HC20LO1150,S3F9454,HC88T3671,HC8M612-SOP16,HC32F030BK6,HC32T3051,SQ3407,HC18P235L,HC20LO1033,HC60W2401L,HC20LO1030,SQ3401,HC32F407,HC18P015A0,STM8S103K3,HC32F103系列,SQL6972A2,SQ2302A,SQL6972A1,HC16P122B1,SQL583,HC32F030BC8,HC-PM18 V5,STM8S005K6,HC8AT3541,HC20LO2050,XP152A,STM8S105C6,HC89F3531B,HC20LO1125,SQ7002,HC88L051F4U7,IRLML6402,HC20LO0033,IRLML6401,HC-LINK V4,AO3423,HC32F030BR8,HC89F0322,HC18M5830,HC20LO0030,HC89F303C,HC18M301D,AP2301,HC20LO1117-15,HC20LO1117-AD,AP2306,SI2307,STM8S003F3,SI2306,HC18P110A0,HC18P233L,HC20MD1115,HC32AT,SQL5820,HC20LO1133,STM8S001J3,HC89F0332,HC20LO1130,HC32F103BCB,SQL6971A1,WNM2306,SQL5822,SQL6990A1,HC32F103,HC32F407ZG,SQL6971A2,HC20LO1117-20,SI2301,HC32F030系列,HC20LO1117-25

选型指南 - HOLYCHIP - 2023/4/11 PDF 中文下载

AT8236 单通道直流有刷电机驱动芯片

型号- AT8236,AT8236N

数据手册 - 中科微 - V1.1 - 2020/10/01 PDF 中文下载

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。

技术探讨发布时间 : 2024-07-03

【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。

器件选型发布时间 : 2021-03-31

【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。

新产品发布时间 : 2019-06-01

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。

厂牌及品类发布时间 : 2024-06-25

华芯微特（Synwit）32位MCU选型指南

目录- 公司介绍&产品分类 TFT-LCD 显示和人机界面（HMI）用微控制器电机专用微控制器大家电 & 工控通用微控制器 32位微控制器选型表

型号- SWM34X,SWM320 SERIES,SWM 201C6T7-50,SWM19SCBT6-50,SWM190 SERIES,SWM 201 系列,SWM32SRET6,SWM181CCT6-50,SWM260KBT7-80,SWM190KBT6-80,SWM201G6S7-65,SWM 201,SWM 201G6S7-65,SWM 19S 系列,SWM201,SWM260 SERIES,SWM320,SWM19S,SWM160,SWM20PG6S6,SWM20D,SWM32SRET6-50,SWM 20PG6S6-65,SWM 190,SWM181CBT6-50,SWM260CBT7-50,SWM260PBT7-80,SWM 260 系列,SWM32S,SWM181 SERIES,SWM181RCT6-50,SWM20P,SWM260CBT7,SWM160C8T7-50,SWM190CBT6-50,SWM20G,SWM 190 系列,SWM 260,SWM 181,SWM201 SERIES,SWM320RET7-50,SWM181DBU6-40,SWM181CBT6,SWM160 SERIES,SWM 341,SWM 341 系列,SWM190 系列,SWM201C6T7-50,SWM 181 系列,SWM320VET7-50,SWM341,SWM190RBT6-50,SWM20PG6S6-65,SWM260,SWM181,SWM320CET7-50,SWM190

选型指南 - 华芯微特 - 2021/3/15 PDF 中文下载

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。

产品发布时间 : 2024-06-08

【选型】可替代STM32F103C8T6的MCU CKS32F103C8T6，助力智能门锁系统设计

智能门锁是现在比较热门的物联网设备，有比较好的用户基础，笔者最近在接到项目是要做该产品。那么在给该系统选型MCU的时候，根据项目的需求，我们推荐中科芯的CKS32F103C8T6。该芯片在外设上，2路IIC，3路USART，2路SPI。通用IO口上可以达到37个。CKS32F103C8T6的资源和STM32F103C8T6完全一致，且在封装上保持一致，内存地址同样也是一致，但是前者拥有更高的性价比

器件选型发布时间 : 2020-01-30