基于STM32智能門禁控制設計

涂穎，李剛

（湖北文理學院 物理與電子工程學院，湖北襄陽，441053）

0 引言

一方面在現代化經濟建設的高速發展下，各酒店、寫字樓、辦公大廈等地點，對門禁系統的需求一直在提高，其核心是對門鎖的開啟關閉以及監控實現智能化管理，另一方面單片機已經滲入到生活的各個領域，因此利用單片機的性能特點并聯系一些外圍芯片和模擬電路設計一款基于STM32的智能門禁系統很有現實意義。

1 系統總體設計

本設計由STM32F103C8T6單片機核心電路+撥動開關選擇電路+按鍵電路+高亮LED燈電路+LCD1602液晶顯示電路+蜂鳴器報警電路+熱釋紅外感應模塊電路+電源電路組成。熱釋放紅外感應模塊可檢測是否有人靠近門，并驅動液晶屏顯示歡迎詞，同時若在夜間檢測到人體可驅動高亮LED燈進行路燈照明。按鍵撥動開關電路可設置系統工作模式，屋內有人或無人狀態。蜂鳴器部分不僅可以起到門鈴作用，還可以作為安防報警器。系統整體架構圖如圖1所示。

圖1 系統整體架構框圖

2 硬件模塊設計

2.1 STM32單片機核心電路設計

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

2.2 熱釋紅外感應模塊電路設計

本系統中使用熱釋紅外模塊作為人體感應的器件，HC—SR505小型人體感應模塊是基于紅外線技術的自動控制產品,在自動感應類電器設備中應用廣泛，工作電壓為4.5～20V,體積小巧、靈敏度高，可靠性強。該模塊可全自動感應，感應距離為3米以內，進入感應區高電平有效，可重復觸發，模塊檢測到人體的每一次活動后會自動順延一個時間段，如果人體持續在感應范圍內活動，它將一直保持高電平有效輸出直到離開，延時時間的起點為最后一次在檢測范圍內活動的時間。

本設計通過HC—SR505對門前人體進行探測，當系統探測到人體時，控制引腳給單片機發出高低平，使單片機做出相應的指示，即屋中顯示屏顯示“ someone”提示屋主，并且當探測到人體在門前徘徊長達設定的時間值時蜂鳴器報警實現安防功能，如果沒人或者當人體離開門前時，輸出低電平讓系統恢復正常工作狀態。

圖2電路中熱釋紅外模塊通過PNP三極管9012驅動，當檢測到有人時，單片機控制引腳為高電平，否則為低電平。

2.3 按鍵電路設計

在屋內有人的狀態時，按下就有門鈴響應，按鍵作為系統的輸入，起到了人機交互的樞紐作用。默認按鍵的控制應交為高電平。電路原理圖如圖3，圖中電阻為上拉電阻，保證按鍵信號的穩定輸出。

圖2 HC—SR505模塊電路設計

圖3 按鍵電路原理圖

2.4 光照檢測模塊電路設計

本系統選擇光照傳感器模塊對光照進行檢測，采用LM393芯片作為比較器使得系統智能區分白天和黑夜的不同工作狀態，當系統處于夜晚模式下，系統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 液晶顯示部分設計

1602液晶又稱1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示符號、數字、字母的點陣型液晶模塊，每個點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,設置顯示坐標；

（3）寫數據，即RS=H。

圖4 液晶顯示模塊原理圖

LCD1602采用標準的14腳，它的第三腳通常接可調電阻，來進行液晶顯示器對比度調節，使其顯示得更加清晰，第4腳是RS寄存器，高數據低指令，LCD1602的讀寫操作、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現的，其內部控制器共有11條，具體操作可翻看數據手冊。圖4為模塊電路原理圖。

3 程序流程圖分析

系統運行流程圖如圖5所示。首先初始化系統時鐘、IO口以及定時器和外設串口，然后進入按鍵撥動開關是否觸發的判斷，若是則進行觸發處理，否則進入紅外以及光感采集是否觸發的判斷，是則驅動LED路燈照亮，否則根據不同的工作狀態進行安防或者門鈴設備的處理，最后驅動液晶顯示相應的信息提示。實現的情景模式即：當屋主撥動開關設置為室內有人工作模式時，液晶顯示家里有人，蜂鳴器實現門鈴功能，若光照傳感器檢測到夜晚，則驅動LED亮起進行路燈照亮；無人工作狀態時，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定值就會啟動安防報警模式。

圖5 系統運行流程圖

4 系統程序調試

程序編譯和調試：單擊編譯按鈕，系統會對文件進行運行，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，進入程序調試狀態，可查看單片機資源狀態，進行斷點等方式調試。

5 結束語

通過本項設計的研究，不僅對門禁系統相關知識的有更深入的了解，靈活運用到了模擬電路的知識，還掌握了STM32系列單片機的性能特點及連接使用，編程方法，以及一些外圍芯片的使用。該項設計在安全防范領域內實現了防盜報警功能的同時增加了更加豐富的可選工作狀態模式，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。