【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
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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SILICON LABS 32-bit Microcontroller选型表
SILICON LABS 32位MCU选型，频率24MHz~80MHz，Flash存储4kB~2048kB，RAM存储2kB~512kB。
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产品型号
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品类
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系列
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
|
Internal Osc.
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Debug Interface
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Cryptography
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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USB
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Cap Sense
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LCD
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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UART
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USART
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SPI
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I2C
|
I2S
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EMIF
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RTC
|
Comparators
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EFM32GG290F512-BGA112
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32位MCU
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EFM32 Giant Gecko
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48
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512
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128
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1.98
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3.8
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BGA112
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10x10
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±2%
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ETM; SW
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AES-128 AES-256
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90
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12-bit, 8-ch., 1 Msps
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12-bit, 2 ch.
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-
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Cap Sense
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-
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Temp Sensor
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4
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7
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3
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3
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2
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1
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0
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RTC
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2
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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产品型号
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品类
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Frequency（MHz）
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Flash (kB)
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RAM (kB)
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Dig I/O Pins
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ADC 1
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DAC
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Cap Sense
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Temp Sensor
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Timers (16-bit)
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AES-128
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UART
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USART
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SPI
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I2C
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I2S
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EMIF
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RTC
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Comparators
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Vdd min（V）
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Vdd max（V）
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Package Type
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Package Size (mm)
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Internal Osc.
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Debug Interface
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EFM32ZG222F8-QFP48
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Microcontroller
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24
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8
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2
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37
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12-bit, 4-ch., 1 Msps
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—
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Cap Sense
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Temp Sensor
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2
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AES-128
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2
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1
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1
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1
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1
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0
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RTC
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1
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1.98
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3.8
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QFP48
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7x7
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±2%
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SW
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选型表 - SILICON LABS 立即选型
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现货市场
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可定制板装式压力传感器支持产品量程从5inch水柱到100 psi气压；数字输出压力传感器压力范围0.5~60inH2O，温度补偿范围-20~85ºС；模拟和数字低压传感器可以直接与微控制器通信，具备多种小型SIP和DIP封装可选择。
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提供7~27寸工控机定制，支持嵌⼊式/ 壁挂式 /桌⾯式/悬挂式等安装方式，采用纯平⾯板IP65防尘防⽔等级，莫⽒7级硬度触摸屏，兼容多种操作系统：组态软件/安卓/XP/win7/8/10/Linux等，支持主板、接⼝、外观、⽀架、刷卡器、⾝份证阅读器、LOGO、⻨克⻛、系统、电池、蓝⽛、4G/5G、摄像头、GPS系统、⼆维码扫描器、指纹等特殊应⽤场景定制
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