本發(fā)明涉及智能鎖領(lǐng)域，具體涉及一種主從模塊化的智能鎖控制系統(tǒng)及其低功耗優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、智能鎖產(chǎn)業(yè)是由歐美國家發(fā)起，日韓普及，發(fā)展歷史比中國早了近二十年左右，雖然中國的智能鎖發(fā)展時間較短，發(fā)展速度卻是全球最快。隨著生物識別技術(shù)的快速發(fā)展、國內(nèi)智能鎖的快速推廣普及、市場逐漸行成規(guī)范化標(biāo)準(zhǔn)、國家出口政策支持以及隨著全球化發(fā)展形成海外購物平臺，中國智能鎖技術(shù)已經(jīng)開始輸出，在歐美市場上中國智能鎖產(chǎn)品已經(jīng)居于市場的前列。

2、目前市場上的智能鎖都是體積大，集成度高，功能繁雜。開鎖方式多樣化，但其實(shí)用性不高。一般用戶經(jīng)常使用的只是其中一兩種功能，同時這樣的設(shè)計(jì)也帶來了功耗增大，需要更大的供電電源，導(dǎo)致整個鎖體需要更大的體積，其他用處不大的電子功能以及更大的鎖體體積也導(dǎo)致制造成本增加。

3、因?yàn)橹悄苕i的供電方式都是干電池或鋰電池，在功耗的要求上比較苛刻，在實(shí)現(xiàn)超低功耗的同時保證其高效穩(wěn)定運(yùn)行。市場上急需實(shí)用性和性價比高的智能鎖，應(yīng)該設(shè)計(jì)纖薄、尺寸小巧，功能上可根據(jù)需求和習(xí)慣進(jìn)行自由分立、組合，智能鎖控制系統(tǒng)上采用全新的功能分離式設(shè)計(jì)，提升性價比，降低功耗，操作更為簡易，以保證用戶的使用體驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種主從模塊化的智能鎖控制系統(tǒng)及其低功耗優(yōu)化方法，該智能鎖控制系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，可靈活進(jìn)行功能組合，在保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的同時降低系統(tǒng)功耗。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種主從模塊化的智能鎖控制系統(tǒng)，包括一個主控制模塊和多個從功能模塊，所述主控制模塊包括低功耗主控mcu、電源管理電路、電量檢測電路、模塊檢測與電源控制電路、聲光提示電路、電機(jī)驅(qū)動電路、下載調(diào)試接口、控制按鍵電路以及flash存儲模塊，所述從功能模塊包括矩陣鍵盤模塊、rfid模塊、觸摸鍵盤模塊、顯示模塊、無線通信模塊、語音模塊、人臉識別模塊、指紋識別模塊和人體運(yùn)動檢測模塊，所述從功能模塊可自由選擇組合并與主控制模塊連接，形成不同組合形式的一主多從模塊化系統(tǒng)。

3、進(jìn)一步地，所述主控制模塊通過包括i/o接口、iic總線、spi總線、uart總線、dac接口的多種連接方式與各個從功能模塊對接。

4、進(jìn)一步地，所述主控制模塊通過模塊檢測與電源控制電路對選擇接入的從功能模塊進(jìn)行自動識別，并通過mosfet晶體管構(gòu)成的開關(guān)電路對各個從功能模塊的供電進(jìn)行控制。

5、進(jìn)一步地，所述智能鎖控制系統(tǒng)的軟件程序由三個層次構(gòu)成，包括hal庫、驅(qū)動層和應(yīng)用層；其中，hal庫封裝主控mcu的底層代碼，簡化開發(fā)流程；驅(qū)動層將硬件相關(guān)功能進(jìn)行封裝，提供相關(guān)api接口供應(yīng)用層使用；應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)智能鎖的相關(guān)邏輯。

6、進(jìn)一步地，所述驅(qū)動層包含基于i2c通信的觸控面板驅(qū)動，聲光提示電路驅(qū)動，基于uart通信的指紋識別模塊驅(qū)動，電機(jī)開關(guān)鎖驅(qū)動，基于uart通信的pc交互驅(qū)動，主控mcu運(yùn)行模式轉(zhuǎn)換驅(qū)動，以及數(shù)據(jù)存儲驅(qū)動；所述驅(qū)動層封裝硬件模塊功能，使用中斷控制與dma控制的驅(qū)動程序，以盡可能的減少cpu的占用；所述驅(qū)動層提供api函數(shù)接口以及api函數(shù)說明，所述應(yīng)用層可完全忽略硬件層而只關(guān)注api函數(shù)功能、輸出參數(shù)、輸出參數(shù)。

7、進(jìn)一步地，所述應(yīng)用層由三個部分構(gòu)成，包括storage中的數(shù)據(jù)存儲與讀取，以及mach中的兩個狀態(tài)機(jī)，包括主狀態(tài)機(jī)和指紋模塊驅(qū)動狀態(tài)機(jī)；

8、所述storage實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲，包括出廠化設(shè)置的相關(guān)參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)、管理員與用戶的密碼；與用戶進(jìn)行交互時，對參數(shù)進(jìn)行判決；記錄與處理數(shù)據(jù)間的相對關(guān)系；

9、所述mach的主狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)智能鎖與用戶交互部分的所有功能；實(shí)現(xiàn)智能鎖的生成測試的相關(guān)流程；以及通過串口與pc端的交互；

10、所述mach的指紋模塊驅(qū)動狀態(tài)機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)智能鎖與用戶間通過指紋進(jìn)行交互的相關(guān)功能。

11、進(jìn)一步地，所述主狀態(tài)機(jī)的實(shí)現(xiàn)方法為：

12、通過兩個參數(shù)來定義狀態(tài)機(jī)的當(dāng)前狀態(tài)，其中__curr_func用來代表當(dāng)前狀態(tài)的響應(yīng)處理函數(shù)，而__curr_param用來代表額外參數(shù)，通過頻繁調(diào)用__curr_func來運(yùn)行狀態(tài)機(jī)，所有的響應(yīng)處理函數(shù)統(tǒng)一有三個參數(shù)：

13、1)work_time，代表該狀態(tài)持續(xù)的時間，用以同步各個狀態(tài)下的動作，每當(dāng)狀態(tài)切換時清零；

14、2)key，當(dāng)前的按鍵狀態(tài)，包括無按鍵按下，0～9，emtek鍵與多按鍵狀態(tài)；

15、3)param，額外參數(shù)，直接將__curr_param傳入，保證兼容性設(shè)計(jì)的參數(shù)；

16、每個狀態(tài)機(jī)響應(yīng)的流程中，包含以下邏輯與動作：

17、a)對可能的串口數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；

18、b)對按鍵進(jìn)行去抖等操作；

19、c)執(zhí)行指紋狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，指紋狀態(tài)機(jī)與主狀態(tài)機(jī)的相關(guān)參數(shù)直接綁定，即每一個主狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)固定響應(yīng)同一個指紋狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，并共享主要的狀態(tài)機(jī)參數(shù)，在過程中，主要包括：①處理指紋識別模塊發(fā)送過來的事件，并作出對應(yīng)的響應(yīng)；②對指紋進(jìn)行操作，并根據(jù)指紋識別模塊的事件進(jìn)行交互；

20、d)執(zhí)行主狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，狀態(tài)機(jī)響應(yīng)程序?qū)τ布僮鞯腶pi與驅(qū)動層的api進(jìn)行一次隔離，在結(jié)束狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)函數(shù)之后再根據(jù)狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)結(jié)果調(diào)用驅(qū)動層的api；

21、e)執(zhí)行副狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)函數(shù)，該項(xiàng)視正式編程時確定是否使用，副狀態(tài)機(jī)的作用是為狀態(tài)機(jī)提供一定的輔助；

22、f)聲光提示的響應(yīng)，在這里調(diào)用驅(qū)動層api，并將狀態(tài)機(jī)的響應(yīng)動作在若干毫秒內(nèi)保持；

23、每個狀態(tài)機(jī)響應(yīng)函數(shù)處理以下邏輯：

24、a)進(jìn)入該狀態(tài)若干時間內(nèi)具有的聲光提示；

25、b)在該狀態(tài)下默認(rèn)的聲光提示；

26、c)實(shí)現(xiàn)與用戶的交互，包含響應(yīng)用戶按鍵，更新聲光提示狀態(tài)，通過驅(qū)動層api控制系統(tǒng)其他硬件；

27、d)進(jìn)行可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換，進(jìn)入下一個狀態(tài)。

28、本發(fā)明還提供了上述主從模塊化的智能鎖控制系統(tǒng)的低功耗優(yōu)化方法，包括動態(tài)功耗優(yōu)化和靜態(tài)功耗優(yōu)化；所述動態(tài)功耗優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法為：

29、(1)在主控制模塊電路中增加mos管開關(guān)電路，通過主控mcu控制將部分電路沒有功能需求時及時關(guān)斷；

30、(2)在驅(qū)動層程序設(shè)計(jì)主控mcu片內(nèi)外設(shè)開關(guān)程序以及從功能模塊的片內(nèi)外設(shè)開關(guān)程序，當(dāng)主控mcu片內(nèi)外設(shè)沒有功能需求時及時關(guān)斷；當(dāng)再次需要片內(nèi)外設(shè)功能時通過外部中斷或者信號源檢測手段通知驅(qū)動層程序再次開啟；

31、(3)在驅(qū)動層程序設(shè)計(jì)主控mcu的時鐘管理程序；在有大量運(yùn)算業(yè)務(wù)需求或者頻率較高的信號源檢測時及時提高時鐘頻率；在系統(tǒng)空閑時選擇2mhz的運(yùn)行模式；

32、(4)系統(tǒng)電路中的上拉下拉電阻使用主控mcu中的gpio上下拉電阻，以控制降低功耗；

33、(5)通過調(diào)節(jié)觸摸鍵盤模塊中內(nèi)部偏置調(diào)整電路中連接在rbias的rb以及內(nèi)部i2c時鐘調(diào)整電路的rib來降低觸摸鍵盤模塊的動態(tài)功耗；

34、(6)聲光提示電路采用白光led為按鍵背光光源，采用白色pcb板材以及凸透鏡聚光原理，在保證亮度的情況下降低限流電阻，降低功耗；

35、所述靜態(tài)功耗優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方法為：

36、系統(tǒng)電路全部采用mos管開關(guān)電路作為模塊的電源控制，在休眠時的靜態(tài)電流isleep由n個mos管在關(guān)斷狀態(tài)下漏極與源極之間漏電流n×idds、觸控鍵盤模塊ic待機(jī)電流itks、指紋識別模組待機(jī)電流ifps、電機(jī)驅(qū)動芯片靜態(tài)電流imotors、電源轉(zhuǎn)換芯片靜態(tài)電流ildos、主控mcu低功耗模式的消耗電流imcusleep這6個部分組成，由以下公式表示：

37、isleep＝n×idds+itks+ifps+imotors+ildos+imcusleep

38、(1)對于idds，imotors，ildos的優(yōu)化：在硬件選型時，在滿足系統(tǒng)電氣參數(shù)的前提下選擇超低功耗元件；

39、(2)對于itks的優(yōu)化：通過調(diào)節(jié)觸摸鍵盤模塊中內(nèi)部偏置調(diào)整電路中連接在srbias的rsb電阻值來調(diào)節(jié)在idle模式下的電流消耗；

40、(3)對于imcusleep的優(yōu)化：根據(jù)系統(tǒng)要求選擇合適的休眠模式組合，選擇帶rtc的停止模式(stopo模式)；

41、(4)對于ifps的優(yōu)化：利用分時檢測+mos開關(guān)電路降低觸摸喚醒模塊的工作時長，降低功耗；與觸摸鍵盤模塊聯(lián)動，拋棄指紋識別模塊的觸摸喚醒模塊。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明提供了一種主從模塊化的智能鎖控制系統(tǒng)及其低功耗優(yōu)化方法，采用一主多從模塊化的功能分離式方式構(gòu)建智能鎖控制系統(tǒng)，系統(tǒng)由一個主控制模塊和多個可自由組合的從功能模塊組成，主控制模塊以低功耗處理器為核心，帶有電量檢測和電源控制電路，主控制模塊能自動識別從功能模塊并進(jìn)行相應(yīng)供電控制，以滿足功能自由裁剪的不同智能鎖產(chǎn)品需求；控制系統(tǒng)采用基于mach主狀態(tài)機(jī)管理和協(xié)調(diào)各功能模塊工作，通過降低工作頻率以及從模塊電源門控降低系統(tǒng)的動態(tài)功耗，通過降低電路漏電流優(yōu)化系統(tǒng)靜態(tài)功耗。本發(fā)明的智能鎖控制系統(tǒng)采用功能分離式設(shè)計(jì)，可根據(jù)功能需求進(jìn)行分立和組合自由，滿足功能自由裁剪的不同智能鎖產(chǎn)品需求，經(jīng)過靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗優(yōu)化處理后，系統(tǒng)功耗大大降低，可大力延長電池使用壽命，在保證系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的同時更具超低功耗。