EFM32智能門(mén)鎖應(yīng)用案例

??????? 概述

　　智能門(mén)鎖是指區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械鎖具，在用戶(hù)識(shí)別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。它是智能門(mén)禁系統(tǒng)中鎖門(mén)的執(zhí)行部件。目前應(yīng)用中常見(jiàn)的智能鎖具可以按照其用戶(hù)識(shí)別技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)：

　　· 生物識(shí)別類(lèi)，包括指紋鎖、虹膜識(shí)別門(mén)禁。該類(lèi)型鎖具利用生物特征的唯一性，采用生物識(shí)別技術(shù)進(jìn)行用戶(hù)ID識(shí)別。它具有安全性高，不存在丟失損壞的優(yōu)勢(shì)，但是它不方便配置，相對(duì)設(shè)備成本較高。

　　· 非接觸類(lèi)，包括磁卡、射頻卡。它具有安全性較高，塑料材質(zhì)，配置便攜較方便，價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

　　· 接觸類(lèi)，包括TM卡，接觸式IC卡\CPU卡。安全性很高，不銹鋼材質(zhì)，配置攜帶極為方便，價(jià)格較低。

　　智能門(mén)鎖區(qū)別于傳統(tǒng)機(jī)械門(mén)鎖，它主要包括鎖心、主控電路板、交互操作面板、把手、供電電池盒5個(gè)部分組成。它通常是有源設(shè)備，需要使用電源驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制鎖具中的執(zhí)行部件。同時(shí)，在門(mén)鎖安裝過(guò)程中限于電源走線(xiàn)不便，電池供電拆裝麻煩等原因，智能門(mén)鎖在電池供電的條件下，對(duì)于整個(gè)設(shè)備的功耗有苛刻要求。整機(jī)的功耗直接影響到智能鎖具的電池工作壽命，因此它也是智能門(mén)鎖廠商產(chǎn)品差異化的明顯標(biāo)志，而主控MCU的低功耗特性在系統(tǒng)中尤為關(guān)鍵。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內(nèi)核設(shè)計(jì)而來(lái)的高性能低功耗32位微控制器。它具有突出的低功耗特性，適用于“三表”(電表、水/熱表、氣表)、工業(yè)控制、警報(bào)安全系統(tǒng)、健康與運(yùn)動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)、手持式醫(yī)療設(shè)備以及智能家居控制等領(lǐng)域。

　　EFM32可應(yīng)用于指紋鎖、非接觸卡式門(mén)鎖、接觸式卡式門(mén)鎖三類(lèi)智能門(mén)鎖系統(tǒng)中。系統(tǒng)主要包括供電電池、識(shí)別模塊(包括指紋識(shí)別、非接觸式卡讀卡、接觸式卡讀卡)、控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)、交互界面和通信模塊。

　　· 主控MCU EFM32TG/G

　　根據(jù)智能門(mén)鎖應(yīng)用的功能需求可配置不同型號(hào)的EFM32芯片作為主控MCU。EFM32的芯片具有良好的兼容性，同系列芯片的引腳為pin-pin兼容。在低端的智能門(mén)鎖應(yīng)用中，系統(tǒng)對(duì)于MCU的Flash和RAM資源要求相對(duì)降低，可選用EFM32TG222作為主控，它的封裝為QFP48，F(xiàn)lash和RAM資源從2~4KB和8~32KB;在高端的智能門(mén)鎖應(yīng)用中，系統(tǒng)功能復(fù)雜，對(duì)于MCU的Flash和RAM資源要求有所提升，可選用EFM32G222作為主控，它的Flash和RAM資源從8~16KB和32~128KB。

　　· 識(shí)別模塊

　　指紋鎖中的識(shí)別模塊包括指紋采集模塊和DSP組成。指紋采集部分主要將指紋細(xì)節(jié)以單色圖像形式傳輸?shù)紻SP，由DSP執(zhí)行提取特征值的算法并將特征值與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息進(jìn)行比對(duì)，然后將配對(duì)結(jié)果通過(guò)UART傳輸給主控MCU。

　　非接觸式卡門(mén)鎖的識(shí)別模塊主要由讀卡模塊和天線(xiàn)構(gòu)成。當(dāng)用戶(hù)開(kāi)門(mén)卡片靠近門(mén)鎖時(shí)，卡片通過(guò)門(mén)鎖振蕩產(chǎn)生的電磁波中獲得能量，并反饋?zhàn)R別請(qǐng)求，然后通過(guò)非接觸式協(xié)議進(jìn)行信息交換，從而判斷Flash中的數(shù)據(jù)庫(kù)是否與當(dāng)前請(qǐng)求信息匹配。該部分功能主要在MCU中實(shí)現(xiàn)，讀卡模塊與MCU的信息通信主要通過(guò)SPI接口實(shí)現(xiàn)。

　　接觸式卡門(mén)鎖中主要是接觸式卡槽部分，EFM32片內(nèi)的USART帶有標(biāo)準(zhǔn)的智能卡接口(SmartCard，ISO7816)。因此系統(tǒng)連接接觸式卡通信的底層設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，用戶(hù)只需專(zhuān)注實(shí)現(xiàn)上層的軟件通信協(xié)議即可。

　　· 供電電源

　　EFM32的工作電壓為1.8~3.8V，工作電壓范圍比較寬，有利于電壓模塊的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)。因此智能門(mén)鎖可以選用3.3V的鋰電池系統(tǒng)供電，無(wú)需前端添加LDO芯片。又或者選用3節(jié)1.5V的干電池供電加LDO芯片降壓到3.3V。由于芯片的工作電壓比較寬，相對(duì)于傳統(tǒng)的2.8~3.6V的MCU，它省略了升壓芯片、電荷泵等前端芯片。

　　· 執(zhí)行部件

　　EFM32的內(nèi)部Timer可參數(shù)帶死區(qū)控制的PWM和常用的單邊沿、雙邊沿PWM，非常有利于控制開(kāi)鎖電機(jī)，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作控制。同時(shí)，為了便于對(duì)非法撬鎖、破壞等情況進(jìn)行警報(bào)，可利用I/O擴(kuò)展相應(yīng)的聲光報(bào)警設(shè)備。為了擴(kuò)展門(mén)鎖系統(tǒng)的用戶(hù)信息存儲(chǔ)，可利用EFM32的SPI接口對(duì)外擴(kuò)展NorFlash。

　　· 交互與通信

　　在高端的門(mén)鎖應(yīng)用中，友好的人機(jī)交互界面是必需的部分，可選用EFM32帶EBI或TFT驅(qū)動(dòng)器的系列芯片擴(kuò)展液晶屏、用UART擴(kuò)展遠(yuǎn)程警報(bào)使用的GSM模塊、使用I/O擴(kuò)展用戶(hù)交互操作按鍵。

　　選用EBI接口實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展液晶屏顯示時(shí)，需要選用8080接口帶Driver芯片的液晶屏，而選用片內(nèi)帶TFT驅(qū)動(dòng)器的MCU時(shí)，選用RGB565接口的標(biāo)準(zhǔn)液晶屏接口即可。在簡(jiǎn)單的門(mén)鎖系統(tǒng)中也可以省略顯示液晶屏，又或者選用EFM32片內(nèi)帶有的LCD控制器，驅(qū)動(dòng)段碼式的液晶屏進(jìn)行簡(jiǎn)單的操作指引。在門(mén)鎖被暴力破壞或非法闖入時(shí)，主控MCU可通過(guò)UART發(fā)送對(duì)應(yīng)的AT執(zhí)行，控制GSM模塊以短信形式通知用戶(hù)。