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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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