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

来源：大大通

2020-12-09

类别：工业控制

拍明

原标题：世平基于 NXP LPC54101 可直接量产的 E-Lock 方案，已结合指纹，刷卡，密码功能

　　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、刷卡功能，并预留 UART，可方便扩展 BLE、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：

　　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。

　　浮点运算单元 (FPU) 和存储器保护单元 (MPU)。

　　Flash 在应用编程 (ISP) 和在系统编程 (IAP)。

　　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。

　　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。

　　采用 3.288 mm x 3.288 mm WLCSP49 封装和 LQFP64 封装。

　　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。

　　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。

　　低功耗、高性价比

　　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。

　　触摸按键

　　方案采用的触摸按键芯片是 ADS 的 TMS12。其特点如下：

　　12通道电容式传感器，自动灵敏度校准

　　可选择的输出操作(单模/多模)

　　I2C 串行接口

　　独立可调 8 步灵敏度

　　典型电流值 60uA

　　睡眠电流值 10uA

　　QFN32 小封装

　　NFC 刷卡

　　方案采用的 NFC 芯片是 NXP 的 MFRC630。其特点如下：

　　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。

　　支持 MIFARE Classic 加密;

　　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

　　512 字节的发送和接收 FIFO 缓冲区;

　　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。

　　可以从 Keil 官网下载最新的软件版本，www.keil.com。本方案使用的是 Keil 5.23 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。