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基于STM32的智能门禁系统设计

article 2024/11/14 0:53:59

引言

本项目基于STM32微控制器设计了一个智能门禁系统，通过集成多个传感器模块和控制设备，实现对门禁系统的自动化管理与控制。该系统能够通过RFID卡、密码输入、以及指纹传感器等多种方式对进出人员进行验证，并结合LCD显示屏提供实时信息反馈。项目涉及硬件设计、数据处理和多重身份验证的实现，适用于办公室、小区等需要门禁管理的场景。本文将详细介绍系统的设计思路和具体实现步骤。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6开发板：作为智能门禁系统的控制核心。
RFID模块：用于识别和记录进出人员的身份。
数字键盘模块：用于输入密码验证。
指纹传感器模块：用于指纹验证，提供更高的安全性。
蜂鸣器模块：用于警报提示。
LCD显示屏：用于显示验证结果和系统状态。
电源模块：为STM32和其他外设供电。
继电器模块：用于控制门锁的开启与关闭。

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于配置STM32的外设并生成代码框架。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。
ST-Link驱动程序：用于将程序下载到STM32开发板。
串口调试工具：用于调试数据和控制逻辑。

项目实现

1. 硬件连接

RFID模块：通过USART接口连接至STM32（如USART1），用于读取人员身份信息。
数字键盘模块：通过GPIO引脚（如PA0-PA3）连接至STM32，用于输入密码。
指纹传感器模块：通过USART接口连接至STM32（如USART2），用于指纹扫描和比对。
蜂鸣器模块：连接至STM32的GPIO引脚（如PB0），用于提示验证结果。
LCD显示屏：通过I2C接口连接至STM32（如PB6和PB7），用于显示验证信息。
继电器模块：连接至STM32的GPIO引脚（如PB1），用于控制门锁的开关。
电源模块：为系统提供稳定的电源。

2. STM32CubeMX 配置

选择开发板型号：在STM32CubeMX中选择STM32F103C8T6。
配置系统时钟：设置系统时钟为HSE，确保系统稳定运行。
配置GPIO：用于与数字键盘、蜂鸣器、继电器模块进行通信，实现数据采集与控制。
配置USART：用于与RFID模块和指纹传感器通信，实现身份验证。
配置I2C：用于与LCD显示屏通信，实时显示验证状态。
生成代码：选择Keil或STM32CubeIDE作为工具链，生成代码框架。

3. 编写主程序

基于生成的代码框架，编写身份验证、门锁控制和报警控制的逻辑代码，以下为智能门禁系统的核心代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lcd.h"
#include "rfid.h"
#include "fingerprint.h"
#include "keypad.h"

// 定义引脚
#define BUZZER_PIN GPIO_PIN_0
#define BUZZER_PORT GPIOB
#define RELAY_PIN GPIO_PIN_1
#define RELAY_PORT GPIOB

// 变量声明
uint8_t rfid_status;
uint8_t fingerprint_status;
char keypad_input[4];

// 函数声明
void Buzzer_Control(uint8_t state);
void Relay_Control(uint8_t state);
void Display_Status(char* message);

// 蜂鸣器控制函数
void Buzzer_Control(uint8_t state) {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_PORT, BUZZER_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

// 继电器控制函数
void Relay_Control(uint8_t state) {
    HAL_GPIO_WritePin(RELAY_PORT, RELAY_PIN, state ? GPIO_PIN_SET : GPIO_PIN_RESET);
}

// 显示状态信息
void Display_Status(char* message) {
    LCD_Print(message);
}

4. 智能控制逻辑

多重身份验证：
- 系统通过RFID卡、密码输入、以及指纹传感器的多重方式进行身份验证，确保安全性。验证通过后控制继电器打开门锁。
警报功能：
- 当输入错误的身份信息超过设定次数时，系统通过蜂鸣器发出警报，提醒管理人员注意异常。
实时信息显示：
- 系统通过LCD显示屏实时显示验证状态，例如“请刷卡”、“验证成功”等信息，方便用户操作。

5. 主程序实现

以下为主循环程序的实现，通过结合RFID模块、指纹传感器和数字键盘的数据，控制门锁的开启与关闭，并根据验证结果控制蜂鸣器和显示屏。

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_USART2_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();

    LCD_Init();  // 初始化LCD
    RFID_Init();  // 初始化RFID模块
    Fingerprint_Init();  // 初始化指纹模块
    Keypad_Init();  // 初始化数字键盘

    while (1) {
        rfid_status = RFID_Check_Access();  // RFID验证
        fingerprint_status = Fingerprint_Scan();  // 指纹验证
        Keypad_Read(keypad_input);  // 读取密码输入

        // 身份验证逻辑
        if (rfid_status == 1 || fingerprint_status == 1 || strcmp(keypad_input, "1234") == 0) {
            Relay_Control(1);  // 打开门锁
            Display_Status("Access Granted");
            HAL_Delay(5000);  // 延时5秒
            Relay_Control(0);  // 关闭门锁
        } else {
            Display_Status("Access Denied");
            Buzzer_Control(1);  // 发出警报
            HAL_Delay(2000);  // 延时2秒
            Buzzer_Control(0);  // 关闭警报
        }

        HAL_Delay(1000);  // 每秒更新一次
    }
}