世平基于 NXP LPC54101 可直接量产的 E-Lock 方案,已结合指纹,刷卡,密码,蓝牙功能

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:

  1. 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:

 

  1. 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。

 

  1. 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℃

 

  1. 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

 

  1. 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:

  1. 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。

  1. 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。

场景应用图

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展示版照片

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方案方块图

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原理图

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原理图

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PCB

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PCB

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核心技术优势

1. 单芯片:指纹算法集成于门锁主控,做到极致性价比 2. 低功耗:整体待机功耗在 50uA 以下 3. 开放性:技术资料开放,WPI 技术支持 4. 高品质:采用 NXP MCU+NFC+Wi-linktech芯片,品质过硬 5. 可量产:成熟的软硬件系统,做 UI 调整即可量产

方案规格

1. MCU 内置指纹算法,节省成本 2. 多功能门锁,支持 BLE、指纹、NFC、密码等方式开锁 3. 支持 单一/组合 开锁模式,常开模式 4. 支持 防撬报警、应急充电、用户按键、OLED 显示 5. 支持 电量监测、语音播报、中英文切换

技术文档

类型标题档案
软件LPC5410x Datasheet
软件MFRC630 Datasheet
软件WLT8258软件设计技术手册