如何使用4节AA电池制作智能锁的方案设计
目前越来越多的楼宇和住宅业主希望改造他们的智能锁或电子锁，由电池供电的无线智能锁越来越受欢迎。在智能锁应用中，高电流电机和无线电通常耗电较快，影响电池寿命。但是，更换多节电池不仅费时且成本高昂，因此在智能锁的设计中需要注意降低平均电流消耗。
本设计由轻负载高效直流/直流转换器、simplelink超低功耗无线mcu平台、集成电机驱动器和rgb led驱动器提供支持，本设计涵盖甚广，有助于系统设计人员在电子锁、门禁键盘和读取器、无线自动百叶窗以及hvac风门和执行器的低功耗门锁设计中占得先机。
1系统原理
该设计使用具有集成低功耗蓝牙(ble)无线电器件的cc2640r2f mcu来无线锁定和解锁门，同时还可通过监控电池电压指示寿命殆尽状态、限制流过电机的电流（有助于延长电机寿命）以及利用led照明和图形将相关事件传达给用户。该设计通过选择电源拓扑（在本例中为高效降压转换器tps62745）和延长低功耗蓝牙连接事件的占空比实现极长的电池寿命。
各种智能锁系统中通常包含四个主要器件：mcu、低功耗蓝牙无线电、电机驱动器和电源管理。计算出每个器件的平均功耗后，便可以计算出电池的寿命（以毫瓦时为单位）。要计算电池寿命，需要研究两种不同的电流方案：
① 蓝牙开启并且每500ms（或者用户选择的任何其他值）发送一次连接事件。
② 锁定或解锁事件向电机驱动器发送信号，指示驱动器通过直流电机提供大约1a的电流。
我们将忽略蓝牙配对的时间，因为这通常意味着有事件将要发生，并且通过电机提供的电流几乎比流入蓝牙器件的电流高两个数量级。本设计提及的事件是指锁定或解锁情形。例如，如果用户解锁门，然后再将其锁定，这被视为两个事件（一个是锁定事件，一个是解锁事件）。
本设计在选择电池时考虑了两个主要因素：容量和电池平台的普及度。aa电池的容量大于aaa电池。此外，当今市场上更多类似于智能风门的应用都选择使用aa电池。
2系统框图
3
核心器件
drv8833：具有电机电流控制功能和360mω低rdson的双h桥电机驱动器。
cc2640r2f：具有超低功耗无线mcu（32位armcortex-m3处理器）2.4ghz低耗蓝牙。
tps62745：具有16种可选输出电压（1.8v至3.3v）和90%效率（负载电流≥15μa时）的超低iq降压转换器。
lp55231：用于为移动设备制造灯光效果的九通道led驱动器。
csd25310q2：具有±8v栅极-源极电压和19mω低rdson的低成本功率pfet。
tpd1e10b06：采用0402封装且具有10pf电容和6v击穿电压的单通道esd。
以上核心器件在华强芯城有销售，详细信息请点击本章底部的“阅读原文”，登陆华强芯城查看。
下图为bom物料清单
4系统电路图
5硬件概述
下图为本设计的硬件。pcb为3.5英寸×4.0英寸的矩形。不过，在开发过程中未采取任何措施来缩小其外形尺寸。pcb位于1英寸尼龙支柱上，可以在执行实验室测量时轻松使用。
该板具有两根跳线。利用板左上角的j1，用户可以断开电池与该参考设计其余部分的连接。利用j1，还可以通过6v电源轨对电流测量结果进行收集。j5位于板中心附近，将3v电源轨连接到led驱动器。当测试期间无需运行led时，j5的作用尤其突出。板的左下角包含电机连接终端块和测试点以及drv8833电机控制器。i2c测试点和led控制器中断测试点位于板的右下角，靠近jtag编程接头。
cc2640r2f和pcb天线位于板的下部中间位置。六个rgb led以环形排列在cc2640r2f的左侧，两个lp55231 led控制器位于led上方。该设计还包含一些按钮。三个用户按钮位于右上角，而复位按钮位于板的中心。
建议在拆下j1的情况下安装电池，然后再安装该跳线为电路供电。加电后，全部六个led立即呈粉色闪烁，以通知用户器件已正确加电。
粉色启动led
未使用蓝牙连接器件时，用户按钮（s2、s3和s4）可激活设计的不同功能。按下s2后，将开始一系列灯光变化，六个rgb led循环亮起多种不同的颜色。s3驱动电机前进。电机将在再次按下s3或10秒后停止。s4驱动电机后退。电机将在再次按下s4或10秒后停止。为了使用蓝牙进行通信，使用名为lightblue的ios应用进行测试。可以在各种平台上使用其他通用蓝牙应用。已测试了samsunggalaxys6上b-ble应用的功能。
6
pcb布局
下图为智能锁设计的pcb布局。为了确保高性能，本设计采用了4层pcb布局。第二层为固态接地层，第三层用于电源轨布线（无接地填充）。顶层和底层用于一般信号布线，未使用的区域还具有接地填充。我们将板载蓝牙天线放置在尽可能远离其他噪声源的位置，这些噪声源包括降压转换器或其他可充当天线的部件（例如测试点或大迹线）。
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1系统原理
该设计使用具有集成低功耗蓝牙(ble)无线电器件的cc2640r2f mcu来无线锁定和解锁门，同时还可通过监控电池电压指示寿命殆尽状态、限制流过电机的电流（有助于延长电机寿命）以及利用led照明和图形将相关事件传达给用户。该设计通过选择电源拓扑（在本例中为高效降压转换器tps62745）和延长低功耗蓝牙连接事件的占空比实现极长的电池寿命。
各种智能锁系统中通常包含四个主要器件：mcu、低功耗蓝牙无线电、电机驱动器和电源管理。计算出每个器件的平均功耗后，便可以计算出电池的寿命（以毫瓦时为单位）。要计算电池寿命，需要研究两种不同的电流方案：
① 蓝牙开启并且每500ms（或者用户选择的任何其他值）发送一次连接事件。
② 锁定或解锁事件向电机驱动器发送信号，指示驱动器通过直流电机提供大约1a的电流。
我们将忽略蓝牙配对的时间，因为这通常意味着有事件将要发生，并且通过电机提供的电流几乎比流入蓝牙器件的电流高两个数量级。本设计提及的事件是指锁定或解锁情形。例如，如果用户解锁门，然后再将其锁定，这被视为两个事件（一个是锁定事件，一个是解锁事件）。
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2系统框图
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核心器件
drv8833：具有电机电流控制功能和360mω低rdson的双h桥电机驱动器。
cc2640r2f：具有超低功耗无线mcu（32位armcortex-m3处理器）2.4ghz低耗蓝牙。
tps62745：具有16种可选输出电压（1.8v至3.3v）和90%效率（负载电流≥15μa时）的超低iq降压转换器。
lp55231：用于为移动设备制造灯光效果的九通道led驱动器。
csd25310q2：具有±8v栅极-源极电压和19mω低rdson的低成本功率pfet。
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下图为bom物料清单
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