基于STM32单片机多功能门锁设计【任务书+开题报告+程序+论文】.rar

绵阳城市学院毕业论文（设计）任务书题目基于 STM32 单片机多功能门锁设计姓名陈廷福专业电子信息工程班级电信 B2003学号2020590107题目来源教师科研 社会实践实验室建设 自拟 其它题目类型理论研究 应用研究设计开发 其它选题背景及目的在人们的日常生活中，锁被广泛使用，目的就是为了提高安全性。常见的锁有普通机械锁、机械密码锁等，而普通的机械锁极容易被强行破坏，安全系数不高；机械密码锁虽然安全系数高但造价相对较高，目前在保险柜上应用较多。使用传统的机械锁出门的时候容易忘记携带钥匙，从是否方便的角度看，电子密码锁省去了传统机械锁的钥匙，电磁卡锁的磁卡，使用者只要记得其密码，便可以开启，从而大大提高了其适用性。因此电子密码锁的具有较高的研究价值。工作任务及要求完成电子密码锁的硬件设计完成电子密码锁的软件的设计完成实物制作，密码输入包括：指纹解锁，IC 卡解锁及密码输入解锁并且要求能更改密码，密码正确解锁密码错误进行报警，有恢复设置等功能、基本条件，熟悉 32 单片机设计与实现，具有基本电路的设计，焊接调试的能力，查询资料等能力。设计要求：(1)收集相关资料。(2)完成设计方案。(3)完成软件程序的设计与调试。(4)完成硬件模块的设计。(5)完成实物的焊接组装和调试。(6)按照毕业设计论文的撰写规范要求，撰写毕业设计论文。(7)提交毕业设计纸质稿。(8)提交毕业设计电子稿。时间安排1.开题报告:年 月 日 至 年 月 日。2.完成初稿：年 月 日 至 年 月 日。3预计答辩：年 月 日 至 年 月 日。以上内容由指导教师填写指导教师签 字教师姓名：年 月 日学院审核审核意见：负责人签字：年 月 日学生接受任务签字接受任务时间：年 月 日 学生签名：绵阳城市学院毕业论文（设计）开题报告题目基于 STM32 单片机的多功能门锁设计题目类别毕业设计姓名陈廷福专业电子信息工程班级电信 B2003学号2020590107一、选题背景及依据（简述国内外研究状况和相关领域中已有的研究成果（文献综述），选题目的、意义，列出主要参考文献）1.选题背景1.选题背景进入 21 世纪后，随着生活水平的提高，人们对生活舒适度有了更高的追求。而门作为家庭与外界接触的第一道防护，人们对门锁的便利性和可靠性也提出了更高的要求。传统的机械门锁使用钥匙开锁，人们不仅需要防备钥匙可能被人复制，还常会出现忘带、丢失钥匙被锁家门外，房屋出租多人需另配钥匙等情况。而电子门锁不用金属钥匙，使用语音、面部识别、虹膜、活体指纹识别等多种 开锁方式，以其安全可靠，使用方便等特点，已经越来越多的为人们所接受。2.国内外研究现状2.国内外研究现状据 HNYResearch 发布的报告显示，2017 年全球智能锁市场规模为 12.4 亿美元，到 2023 年全球智能锁市场规模将达到 26.1 亿美元，年复合增长率为 13.26，而该报告中调研的主要智能锁品牌中并未包括中国的主要智能锁品牌。而国内的全国锁具行业信息中心数据显示，2016 年全国智能锁需求量为 300 万套，2017 年为 800 万套，到 2018 年需求量已达 1400 万套，产值已过百亿人民币规模；而 2019 年智能门锁依旧稳步增长，需求量达到 1500 万套。由此可见，电子门锁行业有望成为 21 世纪的下一个千亿级规模的新兴产业。现如今进本上所有的酒店以及公寓都安装的是智能门锁。因为一些隐私问题和方便，快捷入住，只需要用自己的指纹识别或者是一张专属的 IC 卡就可以打开房门，还能保证别人进不来，自身安全以及财产安全得到了很大的保证，为用户和住户提供了非常好的体验。基本上已经成为了每个酒店的标配，同时这也算是为智能门锁开辟了很大的一个市场，推动了智能门锁在社会中的普及。除了一些技术的发展会推动智能门锁的发展，建筑业和信息技术的发展也在一定程度上推动智能门锁的发展，产品的形状、样式、大小等越来越多样化，功能也越强大，例如，人脸识别、远程操控、语言控制、密码输入、IC 卡识别等。有些更高端的门锁甚至可以记录开锁时间，配备摄像头也可以记录开锁人是谁，这也很大程度的提高了门锁的安全性能，让使用者更加放心。现在智能门锁在中国市场上各个领域内逐渐渗透，慢慢的取代着传统门锁的位置 3.目的及意义3.目的及意义大多数家庭使用的传统机械锁，其钥匙不易存放，且容易遗失。当安装的门锁数量太多时，要找出匹配的钥匙相当不易。智能门锁由于相比传统的的机械门锁的安全性得到了保障、也更智能、更人性化、更环保而被广大消费群众认可，可以说是未来家庭中必不可少的一员。如今，人工智能越来越普遍的出现在基层老百姓的家中，而智能门锁作为家具中不可或缺的一部分，对于消费者来说是必不可少的选择。本文课题研究基于 STM32 的智能门锁系统，该系统在满足基本的解锁功能的同时，更智能安全、更便捷，对当今机械锁的不够智能、便捷的问题进行解决。4.参考文献4.参考文献1孙莉，李超人脸识别及其在高校信息化管理中的应用综述计算机科学，2019，46(10)：179-1822白雪,王兴,郭伟洁.电子门锁的国内外现状及发展趋势研究J.内蒙古科技与经济,2021(13):97-99 101.3江常永.物联网时代智能门锁的创新发展J.中国公共安全,2020(04):132-134.4 朱俊杰,韩雨辰,赵明英,郭雨佳.一种智能门锁系统的设计与实现J.电子世界,2021(10):119-121.DOI:10.19353/ki.dzsj.2021.10.053.5牟福生,胡丽莎,张莹莹,王家伟,李素文,韦民红.基于 STM32 和机智云智能门锁的设计与实现J.高师理科学刊,2019,39(07):48-52.6贾广政,魏东,王永顺.智能门锁身份识别系统设计与开发J.计算机工程与设计,2019,40(07):2094-2102.DOI:10.16208/j.issn1000-7024.2019.07.048.7焦利敏,胡亚欣,亓新,李红伟,魏明然,裴广福.智能门锁智能水平评价技术规范 标准解读J.中国标准化,2019(21):149-153.8杨文泽,刘玉振,王学军,乔鹏,袭沂东.基于智能门锁的报警设计J.汽车实用技术,2019(11):128-129.DOI:10.16638/ki.1671-7988.2019.11.041.9宋 春 凤,黄 诚 文,燕 佳 丰,吴 昊 东.智 能 电 子 锁 的 设 计 J.电 子 制作,2020(19):34-37.DOI:10.16589/11-3571/tn.2020.19.011.10Tiwari,Shraddha(Dept.of Computer Engineering,Vidyalankar Institute of Technology,Mumbai,India);Thakur,Salomi;Shetty,Drishti;Pandey,Abhishek Source:Proceedings of the International Conference on InventiveCommunication and Computational Technologies,ICICCT 2018,p 979-984,September 26,2018,Proceedings of theInternational Conference on Inventive Communication and Computational Technologies,ICICCT 201813Baikerikar,Janhavi(Don Bosco Institute of Technology,Department of Information Technology,Mumbai,India);Kavathekar,Vaishali;Ghavate,Nilesh;Sawant,Ronit;Madan,Kharanshu Source:2021 International Conference on Nascent Technologies in Engineering,ICNET 2021-Proceedings,January 15,2021,2021 International Conference on Nascent Technologies in Engineering,ICNET 2021-Proceedings二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程1.主要设计内容1.主要设计内容本课题的主要内容是设计一款基于单片机的智能门锁，针对研究目标本次设计需要完成一下内容：（1）调研智能门锁装置相关组成及发展，查询相关的资料文献，设计合理的多功能门锁系统方案（2）选择合适的主控芯片、指纹模块、矩阵键盘模块、IC 卡模块、开锁机构。（3）进行原理图设计，根据原理图进行 PCB 布线布局。（4）根据所选模块设计模块驱动程序和主程序。（5）PCB 焊接，模块装配及软硬件联合调试。（6）实现预期目标，通过指纹、密码、IC 卡任意一种方式解锁，可以通过键盘和指纹模块、IC 模块实现增删密码、指纹录入、添加 IC 卡数据，由屏幕显示系统运行和门锁状态，通过电磁锁达到开锁目的。2.研究思想及工作方法2.研究思想及工作方法：按照设计要求通过以 STM32 作为控制器，控制指纹识别模块，IC 卡模块，矩阵按键模块，储存模块，蜂鸣器，开锁结构等。以 STM32 作为控制系统有三种开锁方式，可通过按键、指纹模块、IC 卡模块，录入密码、添加指纹、和 IC 卡数据，由微控制器通过储存模块存储密码、指纹、IC 卡的数据。开锁时若有指纹放在指纹模块上的时候，与储存模块录入的的指纹进行对比，与存储模块里录入的指纹进行匹配，同时在显示屏上显示指纹配对是否配对成功的信息，当匹配成功时，由单片机控制门锁打开，当匹配失败时显示屏显示匹配失败，门锁不动作，多次匹配失败则由蜂鸣器发出警报。开锁时若有 IC 卡放置于 IC 卡模块，则该模块通过给检测到的 IC 卡进行匹配，然后在存储模块中查找是否有该 IC 卡的数据，同时在显示屏上显示是否匹配成功。在键盘上输入的数字密码进行识别，对存储模块中的密码进行匹配，通过显示屏显示密码是否正确，若匹配成功，则由单片机控制的门锁打开。系统整体结构图由图 1 所示。图 1.系统整体结构图3.工作流程：3.工作流程：（1）确定设计目标和功能要求，分析可行性，收集设计资料文献。（2）进行多功能门锁的硬件电路架构设计，包括硬件选型，基本电路仿真的设计。（3）绘制原理图及 PCB，采购元器件，PCB 焊接及调试。（4）根据设计要求实现控制程序开发。（5）根据 PCB 进行联合调试，测试软硬件缺点并改进。（6）按照规范要求，撰写毕业设计论文。（7）进行论文答辩。（8）完成论文归档工作。三、毕业论文（设计）工作进度安排（1）2023 年 9 月 15 日至 2023 年 9 月 30 日：完成选题，明确设计任务（2）2023 年 10 月 1 日至 2023 年 10 月 31 日：完成开题报告与任务书（3）2023 年 11 月 1 日至 2024 年 3 月 30 日：完成毕业设计论文初稿，做好中期检查（4）2024 年 4 月 1 日至 2024 年 4 月 10 日：修改论文，完成毕业设计论文终稿（5）2024 年 4 月 11 日至 2024 年 5 月 20 日：做好查重、指导教师评阅、交叉评阅（6）2024 年 5 月 21 日至 2024 年 6 月 6 日：毕业设计答辩（7）2024 年 6 月 7 日至 2024 年 6 月 15 日：毕业设计资料归档指 导教 师意 见指导教师签名：年 月 日学 院毕 业论 文工 作小 组审 核意 见 负责人签名：年 月 日备注：1、题目类别分为：毕业论文、毕业设计。 III基于 STM32 单片机多功能门锁设计摘 要多功能门锁具备通过密码输入、指纹识别或 IC 卡识别来实现门禁的开启和关闭功能。随着科学技术的不断发展，电子密码控制系统越来越符合人们的要求，本文介绍了基于 STM32 单芯片机的多功能门锁装置，并详细阐述了系统的硬件设计和软件实现。该系统使用 STM32 单一芯片微处理器，结合密码输入和无线频率卡识别技术，实现了密码控制和门禁刷卡功能。从经济和实用的角度来看，本文包括矩阵键盘输入、指纹收集、液晶显示器、rc522卡识别、stm32 系统与继电器控制等外设相结合。stm32 将用 c 制作主芯片的控制程序和 flash 读写程序相结合，设计了可以刷卡并多次更换密码的电子密码控制系统。实验证明，该系统的设计方法合理，简单，易于实施，成本低，安全可靠，符合家庭和办公室锁的要求，值得推广。关键词关键词：STM32F103C8T6 单片机;多功能密码锁;RFID 模块；LCD1602 液晶显示；指纹识别Commented pEG1:利用了什么，实现了什么，体现论文的技术特点，这段重新写 IIIABSTRACTThe multifunctional door lock has the function of opening and closing access control through password input,fingerprint recognition,or IC card recognition.With the continuous development of science and technology,electronic password control systems are increasingly meeting peoples requirements.This article introduces a multifunctional door lock device based on STM32 single-chip computer,and elaborates on the hardware design and software implementation of the system in detail.The system uses an STM32 single chip microprocessor,combined with password input and wireless frequency card recognition technology,to achieve password control and access control card swiping functions.From an economic and practical perspective,this article includes a combination of peripherals such as matrix keyboard input,fingerprint collection,LCD display,RC522 card recognition,STM32 system and relay control.STM32 combines the control program of the main chip made of C with the flash read-write program to design an electronic password control system that can swipe cards and change passwords multiple times.Experimental results have shown that the design method of this system is reasonable,simple,easy to implement,low in cost,safe and reliable,and meets the requirements of home and office locks.It is worth promoting.Keywords:STM32;Access control password lock;RC522;LCD1602 LCD display;fingerprint identification III目 录摘 要.1ABSTRACT.2第 1 章 绪 论.41.1 研究背景.41.2 国内外研究现状.41.3 研究内容.4第 2 章 方案选择与系统概述.22.1 设计目标.22.2 系统方案论证选择.22.2.1 主控制器模块.22.2.2 显示方案论证.22.2.3 电源电压选择.32.3 系统的总体思路设计.3第 3 章 硬件系统设计与实现.63.1 STM32 单片机最小系统.63.2 继电器电路.73.3 LCD1602 液晶介绍.83.4 键盘输入模块.83.5 蜂鸣器提示电路.93.6 电源供电电路.93.7 RC522 射频卡电路.103.8 指纹模块电路.11第 4 章 软件设计.124.1 系统程序设计流程图.124.2 LCD1602 显示流程图.134.3 密码设置流程图.134.4 指纹识别流程图.154.5 蜂鸣器报警流程图.16第 5 章 实物的制作与调试.185.1 功能模块的测试.185.2 电路板调试.19总结.20参考文献.21致谢.24 III第 1 章 绪 论1.1 研究背景随着人们生活水平的提高，住房和车间的安全防范变得更加重要，涉及文件文件、财务报告及个人资料等的安全保存问题。传统的机械锁结构简单，容易折断，而且往往需要携带多把钥匙，使用起来不方便，一旦丢失了钥匙，安全性就会大大降低。随着科学技术的不断发展，人们对日常生活中安全保障设备的需求不断提高。为了满足人们对锁的更高要求和提高安全性，密码锁应运而生，取代了传统的机械锁。密码锁具有安全性高、成本低、耗电量低、操作简单等优点，深受用户的喜爱。1.2 国内外研究现状据相关资料显示，多功能门锁的研究始于 20 世纪 30 年代，并应用于一些特殊场合。然而，大多数情况下，它与机械锁一起使用，具有体积大、成本高、可靠性低等缺点，难以推广。20 世纪 80 年代以后，随着信息技术，集成电路和半导体技术的发展，出入口警备密码锁的设计得到了迅速发展。目前，在西方发达国家，门禁密码锁技术相对先进，种类齐全，在安全场所广泛应用。但是，我国在这方面还有些落后。目前常见的密码锁设计方案主要有两种，一种是中型集成电路控制方案，另一种是单晶片控制方案。对于集成电路控制方案，编码的电子锁电路包括编码、控制、复位、解码、防盗警报、门锁等电路，电子锁主要由输入部件、电路(含电源)和锁体组成。该方案的物理实现结构比较复杂，重新设定和输入密码的工作也相对不方便。单曲控制器使用的方案是,单人控制器灵活的编程设计和有丰富的 IO 端口,所以基本的密码锁定功能,不仅可以实现,并且电储存,声与光表示,甚至可以添加到远程控制功能。但这一方案也有一定的局限性，主要体现在控制原理的复杂性以及对设计人员的较高的程序设计要求和繁琐的调试上。针对这两种方案的优缺点比较以及个人在单一芯片设计方面的基础，决定利用单一芯片设计多功能锁。目前大多家庭使用传统机械锁的钥匙都很难存放，而且很容易丢失。当安装的门锁太多时，很难找到匹配的钥匙。与传统机械门锁相比，智能门锁具有更高的安全性、智能性、人性化和，被消费者视为未来家庭的重要成员。因此，智能门锁作为家具不可或缺的一部分，是消费者必不可少的选择。本文主要研究基于 STM32 的智能门锁系统。该Commented pEG2:内容太少，需要可以定下来了 III系统不仅满足了基本的解锁功能，而且更加智能、安全、方便，更加解决了当今机械锁智能性和便利性不足的问题。1.3 研究内容该项目的主要任务是设计一个基于stm32 微控制器的多功能门锁。详细介绍了软硬件设计，包括微控制器核心芯片的选择，连接周边电路以及芯片之间的电路连接。在编程方法上，绘制各程序的流程图，编译能够实现系统所有功能的程序源代码。为满足市场需求而设计的多功能锁符合项目要求。具体章节是:绪论：介绍了课题的发展渊源，发展状况，并简略地介绍了本文的主要研究方向。系统总体设计：论述系统整体设计的思路。硬件设计：包括系统硬件设计过程和硬件系统的调试过程。软件设计：包括软件结构、程序设计和调试。硬件系统的调试：包括硬件和软件的调试工作。结论：对设计的主要设计过程和结果进行总结。2第 2 章 方案选择与系统概述2.1 设计目标通过单片机灵活的程序设计和丰富的 IO 端口及高精度的控制，用软件程序实现出入密码锁的基本功能。主要有以下功能:1.指纹识别。2.用键盘输入密码。密码正确的话就开锁。3.如果输入错误密码，蜂鸣器就会响起警报。4.用户可以自由设定密码。(5。rc522 无线频率卡识别，6。lcd1602液晶显示，7.)继电器控制电路。这些功能通过集成计算机的程序控制，使门禁密码锁装置更加智能和灵活，提供了多种安全性和便利性方式。2.2 系统方案论证选择2.2.1 主控制器模块方案一:控制器使用可编程逻辑元件CPLD。CPLD具有实现多种复杂逻辑功能的能力，具有大规模、密度高、体积小、稳定性高、IO资源丰富、易于扩展。通过并行输入输出方式提高系统处理速度，适合成为大规模控制系统的核心。但由于本系统不需要复杂的逻辑功能，对数据处理速度的要求也不太高，因此从使用角度和经济性角度放弃了该方案。方案二:以stm32 微处理器为整个系统核心，使用锁作为控制密码，实现系统设定的性能指标。经过充分分析，系统、密码锁装置的控制是关键，在这方面，单晶微机显示出了控制简单、方便、快速等特点。stm32 微控制器具有丰富的资源、强大的控制功能和非跟踪功能，价格也比较低廉。微控制器有强大的位操作指令，i/o端口可以找到每位的地址，具有充分的处理能力。考虑到使用方便，资源充足，经济可用性，选择了第二方案作为比较理想的方案。综合考虑实现的成本，性能指标，使用方便等因素，选择了第二种方案，采用STM32单片机进行控制，同时辅助于其他设备实现门锁智能化，与多功能化。2.2.2 显示方案论证综合考虑方案一和方案二的优缺点：Commented pEG3:本章有点乱3方案一：利用LCD1602 液晶显示屏进行数据显示。优点：控制简单，占用资源少，成本低，适合显示字符，使用方便可靠。缺点：显示模式局限，不能显示图形和曲线等。方案二：TFT液晶显示屏优点：节能，显示效果好，占用空间少，使用寿命长。缺点：价格较高，可视角度有限，黑色表现不佳。综合来看，方案一具有成本低、适合字符显示的优势，而方案二虽然在显示效果等方面有一些优势，但由于成本较高和黑色表现不佳等缺点，选择方案一更为合适。因此，决定采用LCD1602 液晶显示屏进行数据显示。这样的选择在保证基本显示需求的同时，更符合系统的经济性和功能需求。2.2.3 电源电压选择本次设计选择使用 5V直流电源供电，考虑到各个元件的工作电压都在 5V及以下。尽管一些常用的直流电压有 12V、24V和 36V，但由于它们过高且存在一定的安全隐患，因此不适合作为电源。具体选择的电源适配器为 5V，其输入电压为 220V，输出电压为 12V，输出电流为5A。该电源适配器通过 5.5*2.5mm或者 5.5*2.1mm的DC接头与电路连接。这样的设计能够满足电路的工作电压需求，同时提供足够的电流支持各个元件的正常运行。选择 5V直流电源的优势在于它更为安全，能够有效降低电路中元件的功耗和热量，同时符合各个元件的工作标准。这种电源设计能够有效保障整个系统的稳定性和可靠性。2.3 系统的总体思路设计该项目的主要任务是设计基于 STM32 单片机的多功能门锁，完成电子密码锁的硬件设计，实现多功能门锁的软件设计，并完成实物制作。密码输入方式包括指纹解锁、IC卡解锁以及密码输入解锁，同时要求能够更改密码。在密码正确解锁的情况下，系统应具备指纹解锁、IC 卡解锁及密码输入解锁的功能，同时能够进行密码更改。在密码错误的情况下，系统应触发报警，并提供恢复设置等功能。针对门锁设计，项目考虑了两种主要方案：方案一：采用数字电路控制。其原理方框图如图 2.1 所示。这种方案包括中规模集成电路控制，且各个模块采用数字电路搭建，器件太多，线路太过复杂。而且具体的设计原理图没办法从现有的信息中给出。数字电路控制方案涉及较为复杂的逻辑电路设计，4具体实现方法复杂，且需要详细的电路图和设计说明。各个模块采用模拟数字电路搭建，器件多，线路复杂，而且具体的设计原理图没办法从现有的信息中给出，无法对方案一进行具体评估与方案设计。在项目的后续设计中，需要充分考虑硬件设计、软件设计以及实际制作的细节，确保门锁系统的稳定性、安全性和可靠性。图 2.1 数字电路控制原理图显然，方案一的物理实现结构较为复杂，而重新设置密码、输入密码的操作过程也可能给用户带来一定的不方便。方案二采用以STM32F103C8T6 为核心的单片机控制方案。具体原理如图 2.2 所示。单片机控制方案相对于数字电路控制方案具有控制简单、方便、快捷等优点。从图 2.2可以发现，每个模块都可以清晰的了解与设计。其中电源电路给设备以及单片机供电，其中液晶电路，指纹识别电路，矩阵键盘，蜂鸣器电路，继电器控制电路等都具有模块化设计，方便，可靠，且电路简单。5图 2.2 单片机控制硬件框图我们之所以采用后一种方案，是因为与上述两种方案相比，STM32 单片机方案具有较大的活动空间。不仅可以实现想要的功能，还可以极大地扩展功能。升级系统也很容易。具体方案采用了以 stm32f103c8t6 为核心的单片机控制方案。充分利用微控制器的灵活编程设计和丰富的 i/o 端口及其控制的准确性，实现基本卡或密码接力的控制功能。在整个系统设计中，以 STM32 微芯片为主要控制单位，指纹用于识别收集，键盘为主要输入单位。结合继电器控制装置，警报器和 rc522 广播卡识别技术与显示器完成了系统设计。系统的运行过程大致如下:假设初始状态为封闭状态，可以通过指纹直接识别身份信息，刷卡或输入密码。ic 卡注册后刮一下，就会立即启动接力。如果输入密码，系统将进入等待输入密钥的状态。每按“日土耳其”(即每次输入密码)，液晶画面上就会出现一个相应的标志。输入完所有密码后，请按“#”确认。系统会判断密码是否正确，正确时打开继电器控制。如果您按了密码初始化按钮“*”，请先输入原来的密码，然后输入新的密码。在输入密码的过程中，液晶显示会像上面所说的*。如果忘记密码，还可以通过管理员密码强制初始化。蜂鸣器RC522 射频卡矩阵按键电源单片机数据处理液晶显示当前信息继电器控制指纹识别Commented pEG4:图不够规范 6第 3 章 硬件系统设计与实现3.1 STM32 单片机最小系统如图 3-1 所示，单片机的最小系统必须是集成在一个芯片上的完整的计算机系统，使单一芯片能够正常运行并正常发挥其功能。它是控制大脑的核心，就像小电脑机器一样。同时还有一些输出设备和定时器，可以将时间控制中心和通信接口都集中在一个小芯片上。其中 STM32 单片机需要晶振电路给其提供时钟信号，使其可以工作，其中晶振电路中晶振源为 8MHz，同时并联 2 个 20pf 的补偿电容。同时当系统出现死机或者其他故障时，此时系统可以通过复位电路进行重新复位。图 3-1 单片机最小系统STM32 实物图如图 3-2 所示：B121B132B143B154A85A96A107A118A129A1510B311B412B513B614B715B816B9175V18G193.320VB21C1322C1423C1524A025A530A126A227A328A429A631A732B033B134B1035B1136R373.338G39G40NRST41OSC_IN42VSC_OUT43B00T144VDD_345SWCLK46SWIO47VSS_348*程序下载口VCCGNDGNDNRSTkey1C15104复复位位电电路路3.3VR1310 KGNDOSC_INOSC_OUTX18MHzC120pFC720pF晶晶振振电电路路123456BOOT1Header 3X2R910KR1010KVCC_3.3VGNDBOOT0BOOT1启启动动方方式式为为boot 1 73-2 STM32F103C8T6 实物图1、如果电源指示灯 LED(PWR 通常为红色)亮起，说明单片机正常运行；而如果较暗或者闪烁，表示此单片机可能存在故障。2、用户 LED(PC13)的使用大大方便了我们进行一些比较简单的功能测试，例如单片机的运行状态等。这为初学者提供了更好的测试条件。3、单片机上采用了跳帽的方式，可以对 STM32 进行 3 种编程方式，包括用户的 SARM、闪存和系统的存储器。4、复位电路是为单片机提供的重要功能。5、8M 晶振的主要作用是设置单片机系统的频率为 72MHZ。6、32.768KHz 晶振可供内置 RTC 使用，避免了需要专门的时钟芯片进行定时器处理等。3.2 继电器电路继电器是一种电控元件，在控制系统(又称输入电路)和被控制系统(又称输出电路)之间有相互作用关系。它通常应用于自动化控制电路，实际上是一种“自动开关”，用小电流控制大电流的启动。在电路中，继电器起到自动调节，安全保护，转换电路等作用。由于继电器驱动电流较大，普通的单片机驱动电流有限，为此需要采用三极管进行放大电流，而后驱动，当 U10 被接通后，U11 被导通，而后接触的电子锁动作。8图3-3 继电器控制电路3.3 LCD1602 液晶介绍液晶显示器 lcd1602 的工作电压为 3.5v 至 5v。在内部设计复位电路，可以移动光标，整理画面等操作。通过外部连接的电位计可以调节亮度。另外，lcd1602 内部有存储器，可以储存数据。液晶显示电路如图。它可以直接与微处理器连接，通过程序控制液晶的显示。这种连接使 lcd1602 成为一个灵活且可控制的显示装置。可以发现LCD1602 的硬件连接图比较简单，而需要与单片机连接的线有 RS，RW，EN，同时 8 个数据传输端 D0-D7。图 3-4 液晶显示电路3.4 键盘输入模块该设计采用行列式键盘进行教育，通过键盘只使用 n 统计线和 m 统计线操作有 nm 键的键盘。键盘输入电路如下。通过逐行扫描或倒转线的方式，单片机可以准确判断键盘中哪个键被按下，实现键盘输入的功能。12345U10JDQ-512U11VCCD2IN4148LEDR101KVCCJDQQ4S8050 9图 3-5 按键输入电路采用 4X4 键盘输入，键盘对应名称如下：7 8 9 注册4 5 6 删除1 2 3 C*0 确认 修改密码其中，【09】为数字键，用于输入相应的密码，【*】号键为取消当前操作，【#】号键为确认，A 表示注册；B 表示删除；C 无定义；D 修改密码。3.5 蜂鸣器提示电路该设计使用了 stm32 微处理器，该微处理器在打开电源后，将用高级别汇编器捕捉标识报警电路采用蜂鸣器报警电路，家用电器上的蜂鸣器和喇叭用途相似。通常，工作电流相对较高，电路上的 TTL 审查无法驱动蜂鸣器。需要增加一个电流放大电路，因此，增加了晶体管以增加通过蜂鸣器的电流。因此 8550 三极管在低电平时通，8050 在高电平时通，所以不能使用。在需要用蜂鸣器报警的情况下，给三极管高电压可以实现蜂鸣器报警功能。这里三极管的作用是扩大电流，通常有一个放大倍数(如 200 倍)，1k的电阻是为了限制电流。这样设计，在压风机发出警报时，电流会增大，同时用 1k 电阻限制电流的大小，从而确保电路的稳定性和安全性。图 3-6 蜂鸣器电路3.6 电源供电电路在本设计中，single chip 的电源采用直流 5v 供电。电源模块有 3 针电源垫和 6 针U8BELLVCCGNDR41KAlarmQ2S8050蜂鸣器报警 10电源开关。整个电路设计如图 3.5 所示。图 3-7 电源开关电路3.7 RC522 射频卡电路非接触式 IC 卡，也称为射频卡，由 rc222 组成，rc522 主要使用 spi 通信，是一种高速串联通信协议，电路连接比较简单。SCK、MOSI、MISO、NSS 分别对应芯片的 D5、D6、D7、SDA 管脚。-SCK:用于同步数据传输的时钟信号的串联时钟线。-MOSI:从主设备输出，从设备输入，并从主设备传送数据到 slave in。-MISO:用于从主设备输入、从设备输出、从设备传送数据到主设备。-NSS:从设备中选择一条线，并选择要与主设备通信的缓冲器。这种 spi 通信方式使 rc522 和主设备之间的数据传输更加有效和简便。图 3-8 连接到带有 SPI 接口的微控制器图 3-9 显示了系统的硬件连接图，显示了 rc522 模块和微处理器之间的连接方式。这些硬件连接使微控制器能够有效地进行 rc522 和 spi 通信，从而实现数据的双向传输。112233445566U2SWITCH321U1POWVCC电源开关电源输入端 11图 3-9 RC522 射频卡连接电路3.8 指纹模块电路指纹连接电路与系统通过串口连接，具体的连接电路如下图所示。图 3-10 指纹连接电路 12第 4 章 软件设计4.1 系统程序设计流程图本文采用 Keil5 进行编程，编程语言采用 C 语言。在编程过程中通过模块化的设计功能来创建多个源文件和头文件，并将源文件添加到项目文件中。代码完成后，它将被连接和编译，并生成一个带有十六进制文件和后缀的可执行文件。主程序的流程图如图4-1 所示：其中包括 STM32 配置，LCD1602 配置，RC522 初始化等，而后进行刷卡，按键，指纹程序设计。图 4-1 流程图 134.2 LCD1602 显示流程图LCD1602 液晶显示器在电源打开后，首先进行初始化工作，重播画面并清空内部存储器。然后与微型计算机进行双向通信，控制屏幕的亮度和显示内容。操作记录别针，将记录显示内容的命令传送到 LCD1602。显示器执行这些命令，并在屏幕上显示相应的内容。LCD1602 的整个显示流程见图 4-2。该过程包括初始化、双向通信、控制显示内容、延迟和实时数据变换等阶段，并保证 LCD1602 和微控制器的连接正常，有效地完成显示工作。子程序入口LCD初始化单片机向LCD写命令单片机向LCD写数据显示数据LCD清屏返回YN图 4-2 LCD1602 初始化流程图4.3 密码设置流程图使用 4*4 矩阵按钮作为矩阵按钮，可以通过扫描行和列来确定我们正在按下哪个按钮。首先需要定义矩阵键，例如定义 0 1 2 3 4 5 6 按钮后，需要处理逻辑。如果我们按下输入密码按钮，微控制器将执行密码输入程序，然后确定密码输入是否正确。如果正常，我们会控制继电器打开车门，但密码不正确。设置密码流程图，如图 4-3 所示。按设定键输入旧密码。如果累计发生 3 次错误，就启动闹钟程序。如果输入的密码正确，可以变更密码，变更后确认后再输入密码。如果输入两次，就成功更改密码。14图 4-3 密码设置流程图开锁流程图，始时按钥匙按钮输入密码。如果输入正确，就会打开成功。如果输入错误累积三次，就会启动报警程序。按下设置键输旧密码所输入旧密码正确？输新密码确认程序设置成功输入次数加 1次数3?报警程序NYNY返回确认程序再次输新密码两次新密码输入相同？NY设置程序 15图 4-4 开锁流程图4.4 指纹识别流程图指纹识别过程的流程图如下所示：指纹识别过程与指纹输入过程的相似之处在于，它需要首先获得指纹图像，然后将获得的指纹图像生成为特征模板。在获得指纹特征模板后，指纹识别过程将其与指纹数据库中的模板进行比较。如果比较成功，则返回相应指纹模板的 ID；如果失败，则返回失败。指纹识别过程用于解锁考勤系统。当有