一款智能门锁的硬件设计方案，NB-IOT和BLE双模！

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概述

市面上各种款式的智能门锁，在通信方式上，使用单一的蓝牙型产品居多，或者是2G+蓝牙的通信方式。

为了实现更低的功耗，更好的连接质量，本方案设计为NB-IOT+蓝牙BLE通信的方式。

（2G网络在物联网中稳定性不够高，高峰期地铁站摩拜单车难开锁，就是网络堵塞的原因）

整体设计思路：

当遇到家里老人，小孩忘记带钥匙，家里临时来比较重要的客人的时候。主人可以手机APP，远程控制门锁，通过NB-IOT的数据连接，服务器下发开门的指令，达到远程开锁的效果。

当主人正常回家时，也可以通过手机APP，蓝牙连接到门锁，实现开门的动作。

在NB-IOT或者蓝牙开锁的模式下，通过AES加密和特定的密码校验指令，实现远程连接的安全问题。

下面介绍一下整体方案的实现方法。（燚智能物联网解决方案）

硬件框图

整个系统由STM8L作为主MCU，外挂有NB-IoT模块和BLE芯片，系统框图如下图所示：

系统架构图

功能及选型

MCUSTM8L是ST专门为低功耗设计而推出的8位单片机，该型号配置如下图，满足于3个串口的需求，选用最小48引脚封装设计。功耗很低，价格也便宜。

STM8L的参数

NB-IoTNB-IoT(Narrow Band Internet of Things)基于蜂窝的窄带物联网，作为新一代的物联网通信方式， 其具有以下特点：

1.覆盖广且深，比GPRS覆盖增强20dB+（相当于距离增加4倍）

2.强连接，50k用户容量，比2G网络多几百倍。

3.功耗低，微安级的待机功耗，比2G小一个数量级。

4.成本低，运营商补贴后，和2G价格相当

在智能锁应用中，使用NB-IoT可以解决通信覆盖问题以及电量使用问题，可以几年不用更换电池，极大降低了维护成本。

本设计NB-IoT模块采用移远BC95模块，核心通信芯片是华为海思研发的首款 NB-IoT 物联网芯片，具有高集成度、低成本的特点，BC95 模组是贴片式模组，尺寸仅有 23.4mm x 19.6mm x 2.3mm。

（燚智能物联网解决方案）

蓝牙BLE蓝牙BLE用于实现与手机APP之间进行数据传输和ibeacon功能。本设备中采用BLE4.2，使用dialog芯片，该芯片在睡眠模式下功耗不到1uA。

该芯片数据传输及ibeacon功能都已经设计验证过，可稳定可靠使用。

门锁控制智能锁硬件结构直接使用的”P-Lock”，包括动作结构、电机、限位开关。经测试，电机可以在2.5V以上驱动，3.6V锂亚电池完全可正常使用。电机正常转动时，电流大约40mA，当电机堵转时，最大电流可达300mA。

电机驱动采用H桥电路，控制三极管的导通情况，从而控制电机的正反转。驱动原理如下图所示：

电池及功耗本设计采用一次性的锂亚电池供电，功耗非常重要。为了把功耗降到最低，仅在需要接收下发通知时，开启NB-IoT长连接。在不同条件下选择不同的工作方式。工作状态机如下:

锁状态

工作模块

工作电流

执行动作

关闭

NB-IoT连接状态

BLE广播

约0.52mA

监听服务器下发通知，开启BLE通信服务。

开启过程

NB-IoT进入睡眠

BLE停止广播

约40mA

电机正转

远程开启

NB-IoT连接状态

BLE广播

约0.52mA

监听服务器下发通知，开启BLE通信服务

关闭过程

NB-IoT进入睡眠

BLE停止广播

约40mA

电机反转

采用10000mAh的单节锂亚电池，预计能够使用2年。

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