低功耗無線門鎖控制器的設計與研制*

劉 炯，肖秀華，王 硯，陳 磊，王超峰（.蘇州大學 應用技術學院，江蘇 蘇州 5006；.奈特力斯電子（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 5006）

低功耗無線門鎖控制器的設計與研制*

劉 炯1，肖秀華2，王 硯1，陳 磊1，王超峰1
（1.蘇州大學 應用技術學院，江蘇 蘇州 215006；2.奈特力斯電子（蘇州）有限公司，江蘇 蘇州 215006）

設計并研制了一款用于高檔住宅的無線掌紋門鎖控制器，采用無線編解碼技術實現(xiàn)無線發(fā)射和無線接收，由Microchip公司的納瓦級別微處理器PIC16F684作為系統(tǒng)控制器；4節(jié)干電池作為無線接收模塊的電源，可保證5 000次以上鎖的正常開啟。該門鎖控制器實現(xiàn)了低功耗的設計，滿足了市場對門鎖安全性的需求。

低功耗；無線門鎖控制器；掌紋識別；設計與研制

0 引言

低功耗（納瓦級別）的無線控制技術已廣泛應用于嵌入式控制行業(yè)，本文以無線控制為技術核心，輔以高效的低功耗技術［1］，設計了一款無線門鎖控制器。基于無線控制的門鎖系統(tǒng)，方便對現(xiàn)有機械鎖的改造。

1 方案設計

1.1 系統(tǒng)方案

無線門鎖控制器分為發(fā)射控制部分和接收控制部分，系統(tǒng)控制方案如圖1所示。發(fā)射控制部分用于接收用戶開門信息（12V的輸入信號）并發(fā)射出無線開門信號，接收控制部分用于接收無線開門信號，并控制電磁鎖實現(xiàn)門鎖的開啟與關閉。

圖1 系統(tǒng)控制方案框圖

1.2 低功耗設計

系統(tǒng)控制部分采用了Microchip公司的PIC16F684［2］納瓦級別微處理器作為系統(tǒng)控制器；無線接收部分采用低電壓、微功耗ASK超外差接收模塊來接收無線開門信號。

2 電路設計與實現(xiàn)

2.1 無線發(fā)射部分

無線發(fā)射部分的電路主要由電源電路和控制電路兩部分組成。

電源電路如圖2所示。無線發(fā)射部分是由掌紋識別裝置輸出的12 V電壓信號供電的，通過穩(wěn)壓模塊7809［3］將12 V電壓轉為9 V電壓，再由三端穩(wěn)壓器APL1117C33［4］將9 V電壓轉為3.3 V電壓，為系統(tǒng)微控制器和無線發(fā)射模塊供電。

圖2 無線發(fā)射部分電源

控制電路如圖3所示。無線發(fā)射部分接收到掌紋識別裝置給出的12V電壓信號后，由系統(tǒng)微處理器PIC16F684控制無線發(fā)射模塊（STX887［5］），發(fā)射無線信號。圖3中的TX_DATA是無線發(fā)射模塊發(fā)射數(shù)據(jù)的引腳。

圖3 無線發(fā)射部分控制電路

2.2 無線接收部分

無線接收部分的電路主要由電源電路、控制電路和電機驅動電路三部分組成。

電源電路如圖4所示。無線接收部分由4節(jié)1.5V普通干電池供電，通過三端穩(wěn)壓器APL1117C33將6V的電壓轉為3.3V電壓，為無線接收模塊和系統(tǒng)微控制器供電。

圖4 無線接收部分電源

控制電路如圖5所示。無線接收部分通過無線接收模塊（SRX887［5］）接收到無線開門信號后，給系統(tǒng)微處理器發(fā)出一個信號，由系統(tǒng)微處理器控制H橋的通斷，驅動電機正反轉，實現(xiàn)電磁鎖的開啟與關閉。

圖5 無線接收部分電路

電機驅動電路如圖6所示。通過系統(tǒng)微處理器控制電機驅動芯片的兩個輸入引腳（IA、IB）來控制電機的正反轉。

圖6 電機驅動電路

3 軟件設計

3.1 程序流程圖

系統(tǒng)程序設計分為無線發(fā)射部分程序設計和無線接收部分程序設計。

無線發(fā)射部分程序設計流程圖如圖7所示。系統(tǒng)微處理器通過實時檢測單片機7號引腳的電平，當為低電平時，通過延時判斷是否為錯誤的信號，確認后發(fā)射數(shù)據(jù)10010110B（定義一個8bit的二進制數(shù)據(jù)，與無線接收部分對應，實現(xiàn)無線發(fā)射和無線接收之間的通信）。

圖7 無線發(fā)射部分程序流程圖

無線接收部分程序設計流程圖如圖8所示。系統(tǒng)微處理器檢測單片機6號引腳的電平，當為高電平時，選中溢出位并將其清零，接著選中 timer0模塊將其清零，最后數(shù)據(jù)接收模塊接收數(shù)據(jù)96H。

圖7 無線發(fā)射部分程序流程圖

4 性能測試與分析

系統(tǒng)功耗達到了毫瓦級別，無線接收端由4節(jié)普通干電池（4×500mAh）供電，若每天開門10次，可支持500天（近兩年）門鎖的正常開啟與關閉，真正實現(xiàn)了低功耗的設計，方便用戶使用。性能測試數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 功耗測試數(shù)據(jù)

5 結論

本設計完成了一款低功耗無線門鎖控制器的研制，利用無線編解碼技術，提高了門鎖的可靠性。采用納瓦級別微處理器PIC16F684作為系統(tǒng)控制器，實現(xiàn)了低功耗的設計。本設計還存在一些需要改進的地方，如在此設計中可以增加一個無線接收端電量不足的提示功能。

［1］蘇紅柱.一種眼科組合臺通用電源的設計與研制［J］.微型機與應用，2014，33（17）：30-32.

［2］張皆喜.PIC系列單片機C語言編程及應用實例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2008.

［3］康華光，陳大欽，張林，等.電子技術基礎——模擬部分（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［4］APL1117Data Sheet［OL］.［2003-06-08］（2015-01-15）.http：//www.ic5.cn/p_APL1117_5dZQ.htmL.

［5］STX887、SRX887數(shù)據(jù)手冊［S］.2012.

Design and development of the low power consumption and wireless door lock controller

Liu Jiong1，Xiao Xiuhua2，Wang Yan1，Chen Lei1，Wang Chaofeng1
（1.Applied Technology College，Soochow University，Suzhou 215006，China；
2.Suzhou Netlist Co.，Ltd.，Suzhou 215006，China）

A wireless palm print door lock controller for top grade house is designed and developed.In this project，the wireless encoding and decoding technology is used to achieve wireless transmitting and receiving.System controller uses nanowatt levels PIC16F684 of Microchip.Wireless achieve module uses four dry cells for power supply.It chieves the design of low power consumption and meets requirements of lock′s security.

low power consumption；wireless control；palm print identification；design and development

TM993.4

A

1674-7720（2015）20-0087-03

劉炯，肖秀華，王硯，等.低功耗無線門鎖控制器的設計與研制［J］.微型機與應用，2015，34（20）：87-89.

2015-05-29）

劉炯（1993-），男，本科在讀，主要研究方向：電子信息技術。

2014年江蘇省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（201413984006Y）

王超峰（1976-），通信作者，男，講師，主要研究方向：信息與圖像處理，嵌入式系統(tǒng)應用。