基于单片机的智能门禁系统-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-120-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STM32单片机的智能门禁系统。该系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理，控制输出部分。输入部分包括RFID卡片检测模块、AS608指纹模块、44矩型键盘和供电电路。RFID卡片检测模块用于检测门禁卡的存在，AS608指纹模块用于指纹解锁，44矩型键盘用于密码输入与管理，供电电路为系统提供电源。输出部分包括OLED显示模块、步进电机和蜂鸣器。OLED显示模块用于显示相关信息，步进电机用于模拟门的开关动作，蜂鸣器用于报警。该系统通过各个模块的协作，实现了智能门禁的功能。
关键词：单片机；RFID自动识别模块；指纹模块；4x4矩型键盘；
字数：11000+
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内容预览：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 自动识别的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 RFID自动识别模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 添加或删除门禁卡
4.4 解锁流程
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 修改密码实物测试
5.3 添加授权卡实物测试
5.4消除门禁卡的权限实物测试
5.5 录入与删除指纹
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2按键密码开关检测测试
6.3修改密码检测测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
从古至今，人们习惯用普通的门锁来保护它的财产，以及防止非法人员进出房间等私密场所，这种简单的方法一直延续了很久。然而普通的门锁始终离不开药匙，而且每把门锁都需要一把与之相对应的钥匙，需要加锁的地方越来越多，导致需要随生携带很多把钥匙。钥匙多了就不方便携带，并且容易丢失和被盗，安全很差。在科技高速发展的现在，传统的门锁已经不满足人们对安防的需求，为了从根本上改变这种局面，产生了智能门禁系统，它是在电子、机械、光学、生物识别技术、计算机技术和通信技术等新技术的基础上开发出来的，是新时代的产物。
众所周知门禁系统，也被称为出入口控制系统。在科技发达的今天，门禁系统已经发展成为一套现代化，功能齐全的管理系统。它对出入口以及通道的管理已经不再是单纯的钥匙和锁的管理，它能够帮助内部有序化管理。它能够记录人员的出入时间、出入情况等，限制人员的出入范围，也可以很好的拒绝非法人物进入。同时，它可以有效的预防财产受到非法侵犯。门禁管理系统已经成为了安全防范系统中很重要的部分，它在当今社会发展的很迅速，已经广泛的应用在办公室、宾馆、智能小区的各种大门等。当今社会的房地产发展如火如荼，小区门禁系统成为小区住宅楼不可缺少的配套设施，它很好的保护住户的人身安全和财产安全。
基于此，本设计是基于单片机的智能门禁主要实现了通过三种方式于一体的解锁方式即“密码、IC卡、指纹”， 如此指纹锁保证唯一、安全，特殊情况指纹意外受损或忘记带卡，遇无人在家而客人突然拜访时还可以告知他们密码，方便快捷。同时我们利用矩阵键盘可以注销卡，授权卡，输入密码，同时包括确认键，取消键；采用继电器模拟门的开关，每次解锁成功蜂鸣器响一声；并利用oled显示模块，显示门的开关状态，IC卡授权与否，加密显示输入的密码；如果三次输错密码数字键盘会锁定同时蜂鸣器报警 验证指纹或者IC卡可以解除数字键盘锁定并解锁。该开门系统安全保障更高以及便捷化程度更好。因此，我们研究的基于单片机的智能门禁系统具有很大的现实意义。
1.2 国内外研究现状
目前，国内对门禁系统的研究已经从认知教育和试用进入到了研发阶段，但在门禁系统的设计与研发过程中还有一些不足之处，表现在对国外已有的系统进行仿造；采用国外现有的集成模块，如门禁控制器、读写器、天线模板等；产品形式缺乏多样化、投入资金消耗量大。
在技术方面，中国当前也有很多企业仿制国外的门禁系统，目前的做法有两种，一是采购国外商家的系统零部件，例如门控器、读写器等，在对这些芯片进行二次软硬件设计，此系列系统的性能较好，能够满足那些对安全有严格要求的场所，但是价格昂贵。二是，在购买芯片之外，对国外其他部件的优质产品进行研制。方法容易变通，可以随时满足客户对门禁系统的合理性要求，且价格比较便宜。从内部系统结构出发可以看出，国内的门禁系统多数以控制器为核心研制的，门控器部分由国外厂家开发。就是门禁控制器要接收读卡器的信号，再根据信号来决定是否开门。国内外在目前先进的智能系统的研发处于滞后状态，不过相信在未来我国一定能够研发出完全属于自己的智能系统。
随着科学技术的不断提高,人们的生活水平不断提升,智能建筑将会在未来的城市建设中发挥重要的作用.门禁系统是智能建筑领域非常重要的组成部分,不仅能够控制人员进出权限,还能够对这些人员的出入情况进行实时监控与记录,是智能建筑必不可少的安全防范设施.射频识别门禁系统存在认证介质容易丢失,损坏,指纹识别门禁系统容易受到环境的影响.该设计针对目前的门禁系统研究的现状和发展的状况做了简要分析,结合对RFID技术和指纹识别技术的研究,2019年杨晶晶提出了一种基于STM32的智能门禁系统设计方案,采用指纹识别技术和射频识别技术两种识别方式进行身份验证,完成门禁系统的多重验证方式.避免了单一门禁系统存在的安全隐患,提高了系统的稳定性和安全性.具体设计方案如下:硬件方面采用STM32作为控制器,结合电源,射频识别,指纹识别,继电器等模块构建门禁系统终端的总体硬件架构.软件方面结合硬件架构,采用模块化设计思路,设计开发主程序设计模块,指纹识别门禁模块,射频识别门禁模块.上位机采用C#语言进行设计开发,实现门禁管理系统的设计.在面对"互联网+",物联网,移动智能化的挑战之下,门禁技术不断的创新,门禁系统进入了前所未有的转型期.单一验证方式的门禁系统将被取代,智能门禁系统将成为门禁行业未来发展的趋势[1]。
2020年曹兰研究系统搭建了由STM32单片机控制的智能门禁系统,有指纹识别模块,矩阵键盘模块,供电电路模块,液晶显示等模块.可实现指纹识别和密码识别两种开锁方式.详细介绍了指纹识别模块AS608和液晶显示LCD12864在指纹锁系统中的应用研究.对整个系统进行了综合测试,结果表明:本智能指纹锁系统运行稳定,运行速度较快,适合家庭或小型办公场所使用[2]。
2020年伯内特，蒂莫西·威廉，卡萨特金，亚历山大·艾，宫田， 克里斯托弗·霍兹米提供一种合适的系统和方法，用于创建加密设备的指纹。在各个实施例中，系统包括可操作地连接到设备管理系统166的加密设备104.根据某些实施例设备1）从加密设备接收第一有效载荷;包含特定格式的数据接收第一有效载荷和2）加密设备104的指纹;包括特定格式的一个或多个单独部分的截面部分创建指纹3）将加密装置104的指纹和唯一标识符存储在至少一个数据库中，并且4）从加密装置104接收的每个后续有效载荷的格式;将设备指纹与它进行比较，确定设备是否已被访问[3] 。
随着最新技术的出现，个人的生活得到了极大的改善。另一方面，利用安全性的技术中存在漏洞和漏洞。由于，用户和密码为数据提供了保护，但物理和行为过程需要身份验证，As，密码和用户登录不能提供正确的身份验证过程。因此，生物识别过程提供了对物理和行为特征的身份验证。2020年 Razaque A ,Myrzabekovna K K ,Magbatkyzy S Y介绍了安全密码驱动的指纹生物识别身份验证（SPFBA）方法，用于保护存储在智能手机上的机密和私人信息，以防丢失和被盗。SPFBA是单一生物计量的，但利用这些功能并将指纹生物识别身份验证与密码驱动的方法集成在一起。此外，还确定了错误接受率准确性，错误拒绝率准确性和真实接受率准确性。确定拟议的SPFBA的有效性;Java平台和Android工作室用于实现。最后，从准确性的角度将SPFBA与其他已知的生物识别认证方法进行比较[4] 。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本设计是基于STM32单片机的智能门禁系统。系统由中控部分、输入部分和输出部分组成。
中控部分采用STM32单片机作为核心控制器，负责获取输入部分的数据，并进行内部处理，控制输出部分。输入部分包括RFID卡片检测模块、AS608指纹模块、44矩型键盘和供电电路。RFID卡片检测模块用于检测门禁卡的存在，AS608指纹模块用于指纹解锁，44矩型键盘用于密码输入与管理，供电电路为系统提供电源。输出部分包括OLED显示模块、步进电机和蜂鸣器。OLED显示模块用于显示相关信息，步进电机用于模拟门的开关动作，蜂鸣器用于报警。
