【应用】智能门锁方案核心处理器及电机驱动推荐:超低功耗32位MCU EFM32ZG210、H桥驱动器HR9110

2020-03-10 世强
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伴随着社会的进步,传统的机械锁已经不能满足人们的需求;智能锁在这种环境下应运而生,不管是普通家居门防还是企业门禁都应用到了智能锁。与传统的机械锁相比智能锁有更多便利性与安全性,让我们的生活充满了科技感。


图1 智能锁


本文主要是介绍基于SILICON LABS 32位MCU EFM32ZG210芯片和中科微H桥驱动器HR9110的通用智能锁方案;功能框图如下图所示,主控MCU是一款低功耗处理器以保证智能锁的超长待机。人机交互方案可以选择指纹对比、按键密码、射频识别等一些其他方案。电源模块涉及到充电管理与电平转换,可以根据实际情况选择充电管理芯片与LDO或DCDC。执行机构主要包括电器控制与机械结构。音频接口语音播报可以考虑使用专门的语音芯片或者Cost Down方案直接用一个蜂鸣器提示用户。本文主要介绍核心处理器MCU和电机驱动的选型参考。


图2 功能框图


MCU的选型其中一个关键因素就是低功耗,芯科(Silicon Labs)推出的32位处理器 EFM32ZG210最大工作主频达24M,具有灵活的电源管理系统可满足智能锁低功耗的要求。EFM32ZG210运行功耗114uA/MHz,低功耗模式下电流仅有0.5uA,可有效延长智能锁的单次使用时间。低功耗模式的唤醒时间只有2us,MCU EFM32ZG210在使用过程中可以考虑使用轻量级的操作系统FreeRTOS,FreeRTOS可以更好的发挥EFM32ZG210低功耗优势,FreeRTOS内核本身需要大约5到10KB的ROM空间,内核需要236个字节用于调度程序,资源占用较少。为满足智能锁处理器的外设需求,EFM32ZG210还具有丰富的外设资源包括24个通用I/O口,可映射为其他功能引脚。EFM32ZG210具有低功耗的串口通信可实现与指纹模块的通信;IIC可实现与射频或其他外设资源的通信;在安全方面EFM32ZG210硬件上支持AES加密算法保证了智能锁的安全性。


对于智能锁而言其执行机构是非常重要的,其内部核心部分就是驱动器件:直流电机。中科微推出的HR9110可实现直流电机的驱动而且输出连续最大电流1.2A。HR9110使用上也比较简单只需要将控制引脚连接到处理器EFM32ZG210普通的I/O口,通过微动开关来检测锁芯是否到位。在使用过程中有一点需要关注,由于电机是感性元件电流不能突变,停止时会产生较大的反击电压造成驱动器的损坏,所以停止时一定要使用刹车模式。关于刹车模式的控制逻辑表如下表所示:


表1 控制逻辑表

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