基于STM32 嵌入式的门禁安防系统的设计研究

第1 章绪论

近年以来，嵌入式技术的快速发展为门禁安全防护系统的智能化升级提供了所需的技术支撑。以 STM32 系列的高度集成的单片机为代表的 32位的微型控制器凭借其本身的高性能、低功耗和拥有十分丰富的外设接口和十分强大的实时快速处理能力，成为物联网和嵌入式系统设计无法忽视的存在。STM32 的硬件资源不仅能够支持多模态多方向的身份确认的认证技术，还可以支持环境感知以及无线通信模块的集成，从而实现了较高安全性、较高可靠性的门禁安全防护系统。在此之外还有其本身具备的低成本和高灵活性的特点也降低了对于智能安全防护系统的开发门槛。

第2 章系统总体方案设计

2.1 设计要求

(1)本设计要求对STM32 芯片的功能有较强的理解和原理精准的把握，并具备使用软硬件一体装置进行仪器调试的基础能力。

(2)熟练运用编程语言，按照设计需要实现对应的功能。

(3)了解以单片机 STM32 为核心的嵌入式全新的安全防护门锁系统的工作原理以及可行的实施方案。

(4)以STM32 单片机为核心，搭建可实现功能的系统，而且还需要自己完成相应的硬件电路的设计。

2.2 整体设计思路

以STM32 单片机做为本设计的主控制单元，键盘模块为主要的输入单元、指纹模块作为识别采集，结合单片机的继电器的控制装置、蜂鸣器报警器、rc522 射频卡识别技术和电子显示器完成整个系统设计。

系统的运行过程大致如下：

设门锁状态为落锁，此时通过提前录入系统的指纹来使用指纹识别模块进行指纹行识别身份信息是否正确，又或者通过 RC522 射频卡验证 ID是否正确，再者可以是通过物理按键输入密码进行验证身份等。如果是RFID Car 或者IC 卡注册后刷卡则可以直接开锁，如果是使用按键进行密码输入，系统会进入等待按键输入状态。每当用户按下一个物理按键，液晶显示屏相应的显示一个标志，当密码全部输入完成后还需要按下确认键，这时系统判断是否正确，正确就打开门锁，若想修改密码则需要输入原来的密码正确两次后进入修改密码模式后再输入所需的新密码，按下修改确认密码按键就可修改密码成功，在输入密码过程中，液晶显示为“ *” 。如果用户忘记密码也可以通过输入管理员密码 031407 强制将电子门锁初始化密码为 6 个 0，再修改为用户需要的密码。如果是使用提前录入好的指纹进行识别正确后也可以直接开锁。

第3 章硬件组装与调试

3.1 元件的焊接与组装

对于元件的焊接与组装，会造成硬件出现问题首当其冲的就是就是焊接的质量，也就是说焊接的好与坏会直接响产品的是否能正常运行起来。那么造成焊接质量不高的常见几个原因如下:

第一就是在进行焊接的时候如果焊锡用量过多,则焊点堆积过多焊锡就有可能导致电路短接然后短路，如果给的焊锡太少，焊点不饱和则有可能接触不良系统无法正常运行。第二点为在焊接的时候温度过低，无法满足焊接要求从而导致焊接失败，还有比如夹松香焊接、焊锡连桥、焊剂过量、焊点表面的焊锡形成尖锐的突尖等等原因都有可能导致焊接质量不高。

3.2 各项功能测试

在焊接完PCB 版后将各个原件按照设计进行组装并通电，测试得各项插件均正常，所以进行下一步测试，验证各项功能是否可正常使用。

开关锁功能：

根据在编辑系统录入的密码进行按键密码输入测试，密码输入正确开锁成功显示为“ open” ，若密码错误则会显示“ error” 。若进行密码输入错误三次后，系统将会进行报警并且会启动蜂鸣器提醒。

经过测试，不管是按键输入密码，刷 ID 卡，刷 IC 卡，指纹识别各项功能连续错误三次系统都会进行报警。若用户需要修改密码则可进入管理者模式。输入管理者密码“ 031407” 即可进入管理者模式进行修改录入的ID 卡，IC 卡和录入的指纹。

进入管理者模式后即可按下快捷键，修改用户所需修改的功能，如需要修改实体卡则按下录入实体卡快捷键。

进入系统后就可以把所需要录入的实体卡放在对应的模块进行识别录入，若想要删除一张卡实体卡则在管理者模式下按下删除实体卡快捷键后，将不需要的实体卡进行识别删除即可。

若用户需要录入指纹时，就可以在管理者模式下按下录入指纹快捷键即可。

若用户需要修改按键密码则按照系统设置连续输入两次正确的密码就会进入修改密码模式。

进入修改密码模式后用户就可以将新的密码输入然后点击确认键将密码进行修改。根据以上测试，本设计将所需的功能全部实现，并且可正常的使用。

第4 章 结论

本文基于 STM32 单片机为主控芯片，结合 RC522 射频卡识别模块，指纹识别模块，按键模块，蜂鸣器等模块设计的智能安全门锁实现了高安全性、灵活性和便捷性的门禁管理。基于STM32 的嵌入式门禁安防系统通过集成多模态身份验证技术实现高安全性控制。系统以STM32 系列单片机为核心控制器，支持物理按键密码输入、指纹识别、IC 卡和 RFID 卡四种解锁方式，满足不同场景需求。硬件设计上，采用矩阵键盘实现密码输入功能，搭配指纹模块完成生物特征采集与比对，同时通过 MFRC522 射频模块兼容 IC 卡与 RFID 卡的非接触式识别。主控芯片通过 UART、SPI 等接口与各模块通信，并驱动继电器控制电磁锁开关。软件层面采用分层架构，通过状态机管理用户交互流程，实现密码加密存储、指纹模板动态更新以及卡片 UID 校验等功能。系统集成蜂鸣器和 LCD 显示屏，实时反馈操作结果与告警信息。该设计通过多因素认证机制提升安全性，兼顾低功耗与扩展性，包括蓝牙连接控制开锁，线上app 控制开锁等均可迭代升级。可适配住宅、办公等场景的智能化管理需求。

参考文献

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[3]周宝玲,黄军豪,柳贵东.基于单片机的智能家居系统设计[J].信息与电脑(理论版),2021,33(14):145-147.