EFM32智能門鎖應用案例

概述

　　智能門鎖是指區別于傳統機械鎖具，在用戶識別、安全性、管理性方面更加智能化的鎖具。它是智能門禁系統中鎖門的執行部件。目前應用中常見的智能鎖具可以按照其用戶識別技術進行分類：

　　· 生物識別類，包括指紋鎖、虹膜識別門禁。該類型鎖具利用生物特征的唯一性，采用生物識別技術進行用戶ID識別。它具有安全性高，不存在丟失損壞的優勢，但是它不方便配置，相對設備成本較高。

　　· 非接觸類，包括磁卡、射頻卡。它具有安全性較高，塑料材質，配置便攜較方便，價格低廉的優點。

　　· 接觸類，包括TM卡，接觸式IC卡CPU卡。安全性很高，不銹鋼材質，配置攜帶極為方便，價格較低。

　　智能門鎖區別于傳統機械門鎖，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個部分組成。它通常是有源設備，需要使用電源驅動電機控制鎖具中的執行部件。同時，在門鎖安裝過程中限于電源走線不便，電池供電拆裝麻煩等原因，智能門鎖在電池供電的條件下，對于整個設備的功耗有苛刻要求。整機的功耗直接影響到智能鎖具的電池工作壽命，因此它也是智能門鎖廠商產品差異化的明顯標志，而主控MCU的低功耗特性在系統中尤為關鍵。

　　系統結構

　　EFM32是由挪威Energymicro公司采用ARM Cortex-M3內核設計而來的高性能低功耗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)、工業控制、警報安全系統、健康與運動應用系統、手持式醫療設備以及智能家居控制等領域。

　　EFM32可應用于指紋鎖、非接觸卡式門鎖、接觸式卡式門鎖三類智能門鎖系統中。系統主要包括供電電池、識別模塊(包括指紋識別、非接觸式卡讀卡、接觸式卡讀卡)、控制執行機構、交互界面和通信模塊。

　　· 主控MCU EFM32TG/G

　　根據智能門鎖應用的功能需求可配置不同型號的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。在低端的智能門鎖應用中，系統對于MCU的Flash和RAM資源要求相對降低，可選用EFM32TG222作為主控，它的封裝為QFP48，Flash和RAM資源從2~4KB和8~32KB;在高端的智能門鎖應用中，系統功能復雜，對于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。

　　· 識別模塊

　　指紋鎖中的識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節以單色圖像形式傳輸到DSP，由DSP執行提取特征值的算法并將特征值與數據庫中的信息進行比對，然后將配對結果通過UART傳輸給主控MCU。

　　非接觸式卡門鎖的識別模塊主要由讀卡模塊和天線構成。當用戶開門卡片靠近門鎖時，卡片通過門鎖振蕩產生的電磁波中獲得能量，并反饋識別請求，然后通過非接觸式協議進行信息交換，從而判斷Flash中的數據庫是否與當前請求信息匹配。該部分功能主要在MCU中實現，讀卡模塊與MCU的信息通信主要通過SPI接口實現。

　　接觸式卡門鎖中主要是接觸式卡槽部分，EFM32片內的USART帶有標準的智能卡接口(SmartCard，ISO7816)。因此系統連接接觸式卡通信的底層設計相對簡單，用戶只需專注實現上層的軟件通信協議即可。

　　· 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單設計。因此智能門鎖可以選用3.3V的鋰電池系統供電，無需前端添加LDO芯片。又或者選用3節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，相對于傳統的2.8~3.6V的MCU，它省略了升壓芯片、電荷泵等前端芯片。

　　· 執行部件

　　EFM32的內部Timer可參數帶死區控制的PWM和常用的單邊沿、雙邊沿PWM，非常有利于控制開鎖電機，執行相應的動作控制。同時，為了便于對非法撬鎖、破壞等情況進行警報，可利用I/O擴展相應的聲光報警設備。為了擴展門鎖系統的用戶信息存儲，可利用EFM32的SPI接口對外擴展NorFlash。

　　· 交互與通信

　　在高端的門鎖應用中，友好的人機交互界面是必需的部分，可選用EFM32帶EBI或TFT驅動器的系列芯片擴展液晶屏、用UART擴展遠程警報使用的GSM模塊、使用I/O擴展用戶交互操作按鍵。

　　選用EBI接口實現擴展液晶屏顯示時，需要選用8080接口帶Driver芯片的液晶屏，而選用片內帶TFT驅動器的MCU時，選用RGB565接口的標準液晶屏接口即可。在簡單的門鎖系統中也可以省略顯示液晶屏，又或者選用EFM32片內帶有的LCD控制器，驅動段碼式的液晶屏進行簡單的操作指引。在門鎖被暴力破壞或非法闖入時，主控MCU可通過UART發送對應的AT執行，控制GSM模塊以短信形式通知用戶。