世平基於 NXP LPC54101 可直接量產的 E-Lock 方案，已結合指紋，刷卡，密碼，藍牙功能

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:

1. 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：

 

2. 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。

 

3. 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℃

 

4. 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

 

5. 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:

1. 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。

2. 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。