由于越來越多的樓宇和住宅業主希望改造他們的樓宇住宅的智能鎖或電子鎖，這使得由電池供電的無線智能鎖在當今市場中越來越受歡迎。

在智能鎖應用中，高電流電機和無線電通常耗電較快，因此會影響電池壽命。更換多節電池可能十分費時且成本高昂，因此降低平均電流消耗通常是一項關鍵的設計注意事項。

本設計由TI的輕負載高效直流/直流轉換器、SimpleLink?超低功耗無線MCU平臺、集成電機驅動器和RGB LED驅動器提供支持，本設計涵蓋甚廣，有助于系統設計人員在電子鎖、門禁鍵盤和讀取器、無線自動百葉窗以及HVAC風門和執行器的低功耗門鎖設計中占得先機。

1.系統原理

該設計使用具有集成低功耗藍牙(BLE)無線電器件的CC2640R2F MCU來無線鎖定和解鎖門，同時還可通過監控電池電壓指示壽命殆盡狀態、限制流過電機的電流（有助于延長電機壽命）以及利用LED照明和圖形將相關事件傳達給用戶。

該設計通過選擇電源拓撲（在本例中為高效降壓轉換器TPS62745）和延長低功耗藍牙連接事件的占空比實現了極長的電池壽命。

各種智能鎖系統中通常包含四個主要器件：MCU、低功耗藍牙無線電、電機驅動器和電源管理。

計算出每個器件的平均功耗后，便可以計算出電池的壽命（以毫瓦時為單位）。要計算電池壽命，需要研究兩種不同的電流方案：

①藍牙開啟并且每500ms（或者用戶選擇的任何其他值）發送一次連接事件。

②鎖定或解鎖事件向電機驅動器發送信號，指示驅動器通過直流電機提供大約1A的電流。

我們將忽略藍牙配對的時間，因為這通常意味著有事件將要發生，并且通過電機提供的電流幾乎比流入藍牙器件的電流高兩個數量級。

本設計提及的事件是指鎖定或解鎖情形。例如，如果用戶解鎖門，然后再將其鎖定，這被視為兩個事件（一個是鎖定事件，一個是解鎖事件）。

本設計在選擇電池時考慮了兩個主要因素：容量和電池平臺的普及度。AA電池的容量大于AAA電池。

此外，當今市場上更多類似于智能風門的應用都選擇使用AA電池。

2.系統框圖

3.核心器件

DRV8833：具有電機電流控制功能和360mΩ低RDSon的雙H橋電機驅動器。

CC2640R2F：具有超低功耗無線MCU（32位Arm Cortex-M3處理器）的2.4GHz低功耗藍牙。

TPS62745：具有16種可選輸出電壓（1.8V至3.3V）和90%效率（負載電流≥15μA時）的超低IQ降壓轉換器。

LP55231：用于為移動設備制造燈光效果的九通道LED驅動器。

CSD25310Q2：具有±8V柵極-源極電壓和19mΩ低RDSon的低成本功率PFET。

TPD1E10B06：采用0402封裝且具有10pF電容和6V擊穿電壓的單通道ESD。

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下圖為BOM物料清單。

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4.系統電路圖

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5.硬件概述

下圖為本設計的硬件。PCB為3.5英寸×4.0英寸的矩形。不過，在開發過程中未采取任何措施來縮小其外形尺寸。PCB位于1英寸尼龍支柱上，可以在執行實驗室測量時輕松使用。

該板具有兩根跳線。利用板左上角的J1，用戶可以斷開電池與該參考設計其余部分的連接。

利用J1，還可以通過6V電源軌對電流測量結果進行收集。J5位于板中心附近，將3V電源軌連接到LED驅動器。當測試期間無需運行LED時，J5的作用尤其突出。

板的左下角包含電機連接終端塊和測試點以及DRV8833電機控制器。I2C測試點和LED控制器中斷測試點位于板的右下角，靠近JTAG編程接頭。

CC2640R2F和PCB天線位于板的下部中間位置。六個RGB LED以環形排列在CC2640R2F的左側，兩個LP55231 LED控制器位于LED上方。

該設計還包含一些按鈕。三個用戶按鈕位于右上角，而復位按鈕位于板的中心。

建議在拆下J1的情況下安裝電池，然后再安裝該跳線為電路供電。加電后，全部六個LED立即呈粉色閃爍，以通知用戶器件已正確加電。

粉色啟動LED

未使用藍牙連接器件時，用戶按鈕（S2、S3和S4）可激活設計的不同功能。按下S2后，將開始一系列燈光變化，六個RGB LED循環亮起多種不同的顏色。S3驅動電機前進。電機將在再次按下S3或10秒后停止。S4驅動電機后退。電機將在再次按下S4或10秒后停止。

為了使用藍牙進行通信，使用名為LightBlue?的iOS應用進行測試?？梢栽诟鞣N平臺上使用其他通用藍牙應用。已測試了Samsung?GalaxyS?6上B-BLE應用的功能。

6. PCB布局

下圖為智能鎖設計的PCB布局。為了確保高性能，本設計采用了4層PCB布局。第二層為固態接地層，第三層用于電源軌布線（無接地填充）。

頂層和底層用于一般信號布線，未使用的區域還具有接地填充。我們將板載藍牙天線放置在盡可能遠離其他噪聲源的位置，這些噪聲源包括降壓轉換器或其他可充當天線的部件（例如測試點或大跡線）。