一、方案描述

隨著科技的發展，科技的進步，人們越來越不滿足於現狀，想要求更高超、更加方便的高科技智慧產品。於是乎就有了更快、更安全的磁懸浮列車。有了更隱蔽、更小的洞眼攝像頭。當然就連普通居民家裡，也有了高科技、更安全的智慧開關。當然居民的門鎖，也轉變成了高科技智慧門鎖。國內智慧門鎖的普及率遠低於國際正常水準，目前不足 3% 且集中分佈在東南沿海地區，隨著 B 端市場的持續增長、C 端市場逐漸走熱，智慧門鎖在國內的市場風口即將來臨，市場將進入井噴期。

大聯大世平集團針對智慧門鎖市場，推出基於 NXP LPC54101 的可量產 E-Lock 方案。此方案結合指紋、密碼、刷卡、藍牙（可選）功能，分為基礎版以及藍牙版，藍牙版是基礎版增加維霖通 WLT8258 藍牙模組。

預留 UART，可方便擴展 ZigBee、NB-IoT、人臉識別等其他功能。LPC54101 上配備 SPI、I2C、UART 等多種序列介面，滿足 E-Lock 應用的需求。世平集團根據市場 E-Lock 指紋、密碼、刷卡、藍牙的實際需求，在硬體原理圖、PCB 以及軟體上做了優化，滿足量產需求，客戶可根據世平集團的方案稍加修改即可量產。

1.1硬體設計說明:

主控

採用的是 NXP MCU LPC54101，該產品是主流 32 位微控制器，具有 ARM Cortex-M4 內核、大容量 Flash & RAM。它的基本參數如下：

o ARM Cortex-M4處理器，運行頻率可高達100 MHz，使用與Cortex-M4相同的時鐘。
o 浮點運算單元 (FPU) 和記憶體保護單元 (MPU)。
o Flash 在應用程式設計 (ISP) 和在系統程式設計 (IAP)。
o DMA控制器，具有22個通道和20個可程式設計觸發器，能夠訪問所有記憶體和支持DMA 的外設。
o 一個 12 位 12 通道模數轉換器 (ADC)，支援 5.0 MSPS。該 ADC 支持兩個獨立的轉換序列。
o 採用 3.288 mm x 3.288 mm WLCSP49 封裝和 LQFP64 封裝。
o 高達512 kB片內flash可程式設計記憶體，帶flash加速器和256位元組頁面擦除和寫入功能。
o 總共包含 104KB 的 SRAM，包括 96 kB 的連續主 SRAM和一個額外的 8 kB SRAM。
o 低功耗、高性價比
o 晶片價格較同類產品有優勢

主控 MCU 功能框圖如下圖所示：

指紋 Sensor

方案採用的指紋 Sensor 是貝特萊的 BF82160。BF82160 是 160*160 的指紋 Sensor。可通過 SPI 介面連接到 LPC54101。如下圖所示，黑色框內就是封裝好的指紋 Sensor。

藍牙 WLT8258

方案採用的 BLE 模組是維霖通的 WLT8258。WLT8258 模組支援 BLE（Up to Bluetooth 5.0）、 BLE Mesh。內置 512kB FLASH 支援動態堆疊和協定 Profile 配置，產品功能可以通過軟體進行配置，提供了最終的靈活性。同時支援硬體 OTA 升級和多引導切換，允許方便的產品功能推出和升級。

模組特性如下：

o 內置高性能 32-bit MCU， 512KB Flash， 64KB SRAM
o 符合藍牙 5.0 標準， RF 鏈路數據高達 2Mbps
o 發射功率: 最大+10dBm
o 接收靈敏度
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 支援 UART 介面
o 支援 AT 指令
o 支援 APP 參數配置
o 板載高性能 PCB 天線，並支援外接天線
o 郵票孔管腳，焊接容易可靠
o 超小封裝： 11.2x16mm
o 工作溫度： -40℃~+85℃

觸摸按鍵

方案採用的觸摸按鍵晶片是 ADS 的 TMS12。其特點如下：

o 12通道電容式感測器，自動靈敏度校準
o 可選擇的輸出操作（單模/多模）
o I2C 序列介面
o 獨立可調 8 步靈敏度
o 典型電流值 60uA
o 睡眠電流值 10uA
o QFN32 小封裝

NFC 刷卡

方案採用的 NFC 晶片是 NXP 的 MFRC630。其特點如下：

o 讀寫器模式中與 ISO 14443 A/MIFARE Classic 的通信距離高達120mm，取決於天線的長度和調諧。
o 支持 MIFARE Classic 加密；
o 支援的主機介面：
- -10Mbit/s 的SPI 介面
- -I2C 介面，快速模式的速率為400kbit/s，高速模式的速率為3400kbit/s
- -串列UART，傳輸速率高達1228.8kbit/s，幀取決於RS232 介面，電壓電平取決於提供的管腳電壓
o 512 位元組的發送和接收 FIFO 緩衝區；
o 採用相互獨立的多組電源供電，以避免模組間的相互干擾，提高工作的穩定性。12通道電容式感測器，自動靈敏度校準

1.2軟體設計說明:

軟體發展工具：Keil MDK

方案採用通用 ARM Cortex-M 系列 MCU 軟體發展工具：Keil 來實現 LPC54101 的代碼編輯和調試。本方案使用的是 Keil 5.31 版本。

軟體架構

LPC54101 E-Lock 軟體框架包含：驅動層，中間層，應用層。我們的狀態機框架是應用層中使用。驅動層、中間的模組層，都是最終為了應用層所準備的，設計的目的是實現高內聚、低耦合，分清楚各個模組，當更換 MCU 時候，有時候僅僅需要替換驅動層，這樣大大減少開發時間，提高開發效率，同時可維護性也變高。