一、方案描述

随着科技的发展，科技的进步，人们越来越不满足于现状，想要求更高超、更加方便的高科技智能产品。于是乎就有了更快、更安全的磁悬浮列车。有了更隐蔽、更小的洞眼摄像头。当然就连普通居民家里，也有了高科技、更安全的智能开关。当然居民的门锁，也转变成了高科技智能门锁。国内智能门锁的普及率远低于国际正常水平，目前不足 3% 且集中分布在东南沿海地区，随着 B 端市场的持续增长、C 端市场逐渐走热，智能门锁在国内的市场风口即将来临，市场将进入井喷期。

大联大世平集团针对智能门锁市场，推出基于 NXP LPC54101 的可量产 E-Lock 方案。此方案结合指纹、密码、刷卡、蓝牙（可选）功能，分为基础版以及蓝牙版，蓝牙版是基础版增加维霖通 WLT8258 蓝牙模块。

预留 UART，可方便扩展 ZigBee、NB-IoT、人脸识别等其他功能。LPC54101 上配备 SPI、I2C、UART 等多种串行接口，满足 E-Lock 应用的需求。世平集团根据市场 E-Lock 指纹、密码、刷卡、蓝牙的实际需求，在硬件原理图、PCB 以及软件上做了优化，满足量产需求，客户可根据世平集团的方案稍加修改即可量产。

1.1硬件设计说明:

主控

采用的是 NXP MCU LPC54101，该产品是主流 32 位微控制器，具有 ARM Cortex-M4 内核、大容量 Flash & RAM。它的基本参数如下：

o ARM Cortex-M4处理器，运行频率可高达100 MHz，使用与Cortex-M4相同的时钟。
o 浮点运算单元 (FPU) 和存储器保护单元 (MPU)。
o Flash 在应用编程 (ISP) 和在系统编程 (IAP)。
o DMA控制器，具有22个通道和20个可编程触发器，能够访问所有存储器和支持DMA 的外设。
o 一个 12 位 12 通道模数转换器 (ADC)，支持 5.0 MSPS。该 ADC 支持两个独立的转换序列。
o 采用 3.288 mm x 3.288 mm WLCSP49 封装和 LQFP64 封装。
o 高达512 kB片内flash可编程存储器，带flash加速器和256字节页面擦除和写入功能。
o 总共包含 104KB 的 SRAM，包括 96 kB 的连续主 SRAM和一个额外的 8 kB SRAM。
o 低功耗、高性价比
o 芯片价格较同类产品有优势

主控 MCU 功能框图如下图所示：

指纹 Sensor

方案采用的指纹 Sensor 是贝特莱的 BF82160。BF82160 是 160*160 的指纹 Sensor。可通过 SPI 接口连接到 LPC54101。如下图所示，黑色框内就是封装好的指纹 Sensor。

蓝牙 WLT8258

方案采用的 BLE 模块是维霖通的 WLT8258。WLT8258 模块支持 BLE（Up to Bluetooth 5.0）、 BLE Mesh。内置 512kB FLASH 支持动态堆栈和协议 Profile 配置，产品功能可以通过软件进行配置，提供了最终的灵活性。同时支持硬件 OTA 升级和多引导切换，允许方便的产品功能推出和升级。

模块特性如下：

o 内置高性能 32-bit MCU， 512KB Flash， 64KB SRAM
o 符合蓝牙 5.0 标准， RF 链路数据高达 2Mbps
o 发射功率: 最大+10dBm
o 接收灵敏度
o -96dBm@BLE 1Mbps
o -99.5dBm@ IEEE802.15.4 250kbps
o -93dBm@ BLE 2Mbps mode
o -99dBm@ BLE 500kbps mode
o -101dBm@ BLE 125kbps mode
o 支持 UART 接口
o 支持 AT 指令
o 支持 APP 参数配置
o 板载高性能 PCB 天线，并支持外接天线
o 邮票孔管脚，焊接容易可靠
o 超小封装： 11.2x16mm
o 工作温度： -40℃~+85℃

触摸按键

方案采用的触摸按键芯片是 ADS 的 TMS12。其特点如下：

o 12通道电容式传感器，自动灵敏度校准
o 可选择的输出操作（单模/多模）
o I2C 串行接口
o 独立可调 8 步灵敏度
o 典型电流值 60uA
o 睡眠电流值 10uA
o QFN32 小封装

NFC 刷卡

方案采用的 NFC 芯片是 NXP 的 MFRC630。其特点如下：

o 读写器模式中与 ISO 14443 A/MIFARE Classic 的通信距离高达120mm，取决于天线的长度和调谐。
o 支持 MIFARE Classic 加密；
o 支持的主机接口：
- -10Mbit/s 的SPI 接口
- -I2C 接口，快速模式的速率为400kbit/s，高速模式的速率为3400kbit/s
- -串行UART，传输速率高达1228.8kbit/s，帧取决于RS232 接口，电压电平取决于提供的管脚电压
o 512 字节的发送和接收 FIFO 缓冲区；
o 采用相互独立的多组电源供电，以避免模块间的相互干扰，提高工作的稳定性。12通道电容式传感器，自动灵敏度校准

1.2软件设计说明:

软件开发工具：Keil MDK

方案采用通用 ARM Cortex-M 系列 MCU 软件开发工具：Keil 来实现 LPC54101 的代码编辑和调试。本方案使用的是 Keil 5.31 版本。

软件架构

LPC54101 E-Lock 软件框架包含：驱动层，中间层，应用层。我们的状态机框架是应用层中使用。驱动层、中间的模块层，都是最终为了应用层所准备的，设计的目的是实现高内聚、低耦合，分清楚各个模块，当更换 MCU 时候，有时候仅仅需要替换驱动层，这样大大减少开发时间，提高开发效率，同时可维护性也变高。