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(xiàn)代化經(jīng)濟建設的高速發(fā)展下，各酒店、寫字樓、辦公大廈等地點，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閉以及監(jiān)控實現(xiàn)智能化管理，另一方面單片機已經(jīng)滲入到生活的各個領域，因此利用單片機的性能特點并聯(lián)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(tǒng)很有現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)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(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燈進行路燈照明。按鍵撥動開關電路可設置系統(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，還可以作為安防報警器。系統(tǒng)整體架構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)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(fā)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(xiàn)了它的靈活性。

2.2 熱釋紅外感應模塊電路設計

本系統(tǒng)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(chǎn)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(nèi)，進入感應區(qū)高電平有效，可重復觸發(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，延時時間的起點為最后一次在檢測范圍內(nèi)活動的時間。

本設計通過HC—SR505對門前人體進行探測，當系統(tǒng)探測到人體時，控制引腳給單片機發(fā)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(xiàn)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(tǒng)恢復正常工作狀態(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(nèi)有人的狀態(tài)時，按下就有門鈴響應，按鍵作為系統(tǒng)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)智能區(qū)分白天和黑夜的不同工作狀態(tài)，當系統(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(shù)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(shù)據(jù)，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(diào)電阻，來進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、屏幕和光標的操作都是通過指令編程來實現(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串口，然后進入按鍵撥動開關是否觸發(fā)的判斷，若是則進行觸發(fā)處理，否則進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)進行安防或者門鈴設備的處理，最后驅(qū)動液晶顯示相應的信息提示。實現(xiàn)的情景模式即：當屋主撥動開關設置為室內(nèi)有人工作模式時，液晶顯示家里有人，蜂鳴器實現(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定值就會啟動安防報警模式。

圖5 系統(tǒng)運行流程圖

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(diào)試狀態(tài)，可查看單片機資源狀態(tài)，進行斷點等方式調(diào)試。

5 結束語

通過本項設計的研究，不僅對門禁系統(tǒng)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(nèi)實現(xiàn)了防盜報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。