基于STM32智能門禁控制設(shè)計(jì)

涂穎，李剛

（湖北文理學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院，湖北襄陽，441053）

0 引言

一方面在現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展下，各酒店、寫字樓、辦公大廈等地點(diǎn)，對門禁系統(tǒng)的需求一直在提高，其核心是對門鎖的開啟關(guān)閉以及監(jiān)控實(shí)現(xiàn)智能化管理，另一方面單片機(jī)已經(jīng)滲入到生活的各個領(lǐng)域，因此利用單片機(jī)的性能特點(diǎn)并聯(lián)系一些外圍芯片和模擬電路設(shè)計(jì)一款基于STM32的智能門禁系統(tǒng)很有現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)由STM32F103C8T6單片機(jī)核心電路+撥動開關(guān)選擇電路+按鍵電路+高亮LED燈電路+LCD1602液晶顯示電路+蜂鳴器報(bào)警電路+熱釋紅外感應(yīng)模塊電路+電源電路組成。熱釋放紅外感應(yīng)模塊可檢測是否有人靠近門，并驅(qū)動液晶屏顯示歡迎詞，同時若在夜間檢測到人體可驅(qū)動高亮LED燈進(jìn)行路燈照明。按鍵撥動開關(guān)電路可設(shè)置系統(tǒng)工作模式，屋內(nèi)有人或無人狀態(tài)。蜂鳴器部分不僅可以起到門鈴作用，還可以作為安防報(bào)警器。系統(tǒng)整體架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)框圖

2 硬件模塊設(shè)計(jì)

2.1 STM32單片機(jī)核心電路設(shè)計(jì)

微處理器是整個設(shè)計(jì)的核心，本文所選單片機(jī)控制芯片為STM32F103C8T6單片機(jī)。對于使用同一平臺進(jìn)行多個項(xiàng)目開發(fā)而言，STM32是最佳的平臺選項(xiàng)，它能從簡單而成本敏感的應(yīng)用到高端應(yīng)用，從少量的存儲空間和管腳應(yīng)用到可擴(kuò)展更多的存儲空間和管腳的應(yīng)用，同時外設(shè)和軟件的高度兼容充分體現(xiàn)了它的靈活性。

2.2 熱釋紅外感應(yīng)模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中使用熱釋紅外模塊作為人體感應(yīng)的器件，HC—SR505小型人體感應(yīng)模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制產(chǎn)品,在自動感應(yīng)類電器設(shè)備中應(yīng)用廣泛，工作電壓為4.5～20V,體積小巧、靈敏度高，可靠性強(qiáng)。該模塊可全自動感應(yīng)，感應(yīng)距離為3米以內(nèi)，進(jìn)入感應(yīng)區(qū)高電平有效，可重復(fù)觸發(fā)，模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個時間段，如果人體持續(xù)在感應(yīng)范圍內(nèi)活動，它將一直保持高電平有效輸出直到離開，延時時間的起點(diǎn)為最后一次在檢測范圍內(nèi)活動的時間。

本設(shè)計(jì)通過HC—SR505對門前人體進(jìn)行探測，當(dāng)系統(tǒng)探測到人體時，控制引腳給單片機(jī)發(fā)出高低平，使單片機(jī)做出相應(yīng)的指示，即屋中顯示屏顯示“ someone”提示屋主，并且當(dāng)探測到人體在門前徘徊長達(dá)設(shè)定的時間值時蜂鳴器報(bào)警實(shí)現(xiàn)安防功能，如果沒人或者當(dāng)人體離開門前時，輸出低電平讓系統(tǒng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

圖2電路中熱釋紅外模塊通過PNP三極管9012驅(qū)動，當(dāng)檢測到有人時，單片機(jī)控制引腳為高電平，否則為低電平。

2.3 按鍵電路設(shè)計(jì)

在屋內(nèi)有人的狀態(tài)時，按下就有門鈴響應(yīng)，按鍵作為系統(tǒng)的輸入，起到了人機(jī)交互的樞紐作用。默認(rèn)按鍵的控制應(yīng)交為高電平。電路原理圖如圖3，圖中電阻為上拉電阻，保證按鍵信號的穩(wěn)定輸出。

圖2 HC—SR505模塊電路設(shè)計(jì)

圖3 按鍵電路原理圖

2.4 光照檢測模塊電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)選擇光照傳感器模塊對光照進(jìn)行檢測，采用LM393芯片作為比較器使得系統(tǒng)智能區(qū)分白天和黑夜的不同工作狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)處于夜晚模式下，系統(tǒng)探測到人體時會打開門口的燈光，用四個高亮LED燈模擬路燈裝置。

2.5 液晶顯示部分設(shè)計(jì)

1602液晶又稱1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示符號、數(shù)字、字母的點(diǎn)陣型液晶模塊，每個點(diǎn)陣字符位都可以用來顯示一個字符，顯示容量為16×2個字符，操作步驟為：

（1）初始化；

（2）寫命令，即RS=L,設(shè)置顯示坐標(biāo)；

（3）寫數(shù)據(jù)，即RS=H。

圖4 液晶顯示模塊原理圖

LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳，它的第三腳通常接可調(diào)電阻，來進(jìn)行液晶顯示器對比度調(diào)節(jié)，使其顯示得更加清晰，第4腳是RS寄存器，高數(shù)據(jù)低指令，LCD1602的讀寫操作、屏幕和光標(biāo)的操作都是通過指令編程來實(shí)現(xiàn)的，其內(nèi)部控制器共有11條，具體操作可翻看數(shù)據(jù)手冊。圖4為模塊電路原理圖。

3 程序流程圖分析

系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖5所示。首先初始化系統(tǒng)時鐘、IO口以及定時器和外設(shè)串口，然后進(jìn)入按鍵撥動開關(guān)是否觸發(fā)的判斷，若是則進(jìn)行觸發(fā)處理，否則進(jìn)入紅外以及光感采集是否觸發(fā)的判斷，是則驅(qū)動LED路燈照亮，否則根據(jù)不同的工作狀態(tài)進(jìn)行安防或者門鈴設(shè)備的處理，最后驅(qū)動液晶顯示相應(yīng)的信息提示。實(shí)現(xiàn)的情景模式即：當(dāng)屋主撥動開關(guān)設(shè)置為室內(nèi)有人工作模式時，液晶顯示家里有人，蜂鳴器實(shí)現(xiàn)門鈴功能，若光照傳感器檢測到夜晚，則驅(qū)動LED亮起進(jìn)行路燈照亮；無人工作狀態(tài)時，液晶顯示“等您回家”，若紅外檢測到門前有人逗留時間超過設(shè)定值就會啟動安防報(bào)警模式。

圖5 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖

4 系統(tǒng)程序調(diào)試

程序編譯和調(diào)試：單擊編譯按鈕，系統(tǒng)會對文件進(jìn)行運(yùn)行，在輸出窗口中可看到提示信息，按提示找出錯誤并改正，直到提示沒有錯誤提示為止，程序編譯無錯誤后，進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)，可查看單片機(jī)資源狀態(tài)，進(jìn)行斷點(diǎn)等方式調(diào)試。

5 結(jié)束語

通過本項(xiàng)設(shè)計(jì)的研究，不僅對門禁系統(tǒng)相關(guān)知識的有更深入的了解，靈活運(yùn)用到了模擬電路的知識，還掌握了STM32系列單片機(jī)的性能特點(diǎn)及連接使用，編程方法，以及一些外圍芯片的使用。該項(xiàng)設(shè)計(jì)在安全防范領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了防盜報(bào)警功能的同時增加了更加豐富的可選工作狀態(tài)模式，以及友好的夜晚路燈照亮模式，有一定的研究價值和趣味性。