原標(biāo)題：基于STM32的智能門禁系統(tǒng)（源碼+演示+實(shí)物圖）

基于STM32的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

引言

隨著智能家居技術(shù)的快速發(fā)展，智能門禁系統(tǒng)已成為家庭、辦公場所及公共區(qū)域安全管理的核心組件。傳統(tǒng)機(jī)械門鎖存在鑰匙易丟失、安全性低等問題，而基于STM32的智能門禁系統(tǒng)通過集成指紋識(shí)別、RFID刷卡、密碼輸入及藍(lán)牙APP遠(yuǎn)程控制等功能，顯著提升了安全性和便捷性。本文將詳細(xì)闡述系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理、元器件選型、硬件連接、軟件實(shí)現(xiàn)及實(shí)物演示，為開發(fā)者提供完整的技術(shù)參考。

元器件選型與功能分析

1. 主控芯片：STM32F103C8T6

選型理由：STM32F103C8T6是意法半導(dǎo)體推出的基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，主頻高達(dá)72MHz，具備豐富的外設(shè)接口（如UART、SPI、I2C等）和低功耗特性。其512KB Flash和64KB RAM可滿足多任務(wù)處理需求，且價(jià)格親民（約10元人民幣），是智能門禁系統(tǒng)的理想選擇。
功能：作為核心控制單元，STM32負(fù)責(zé)接收指紋傳感器、RFID讀卡器、矩陣鍵盤等模塊的數(shù)據(jù)，執(zhí)行邏輯判斷并控制步進(jìn)電機(jī)模擬門鎖開關(guān)。

2. 指紋識(shí)別模塊：AS608

選型理由：AS608是一款高性能光學(xué)指紋傳感器，支持1:N指紋比對(duì)（最多存儲(chǔ)1000枚指紋），識(shí)別速度快（<1秒），且具備抗靜電干擾能力。其UART通信接口與STM32無縫對(duì)接，簡化開發(fā)流程。
功能：通過采集用戶指紋圖像并提取特征點(diǎn)，與預(yù)先存儲(chǔ)的指紋模板進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)指紋開鎖。

3. RFID讀卡器：MFRC522

選型理由：MFRC522支持ISO14443A標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式IC卡（如Mifare S50），工作頻率13.56MHz，通信距離可達(dá)10cm。其SPI接口與STM32通信，成本低（約5元人民幣），適用于門禁刷卡場景。
功能：讀取用戶RFID卡UID，與系統(tǒng)內(nèi)授權(quán)卡號(hào)列表比對(duì)，驗(yàn)證通過后觸發(fā)開鎖。

4. 矩陣鍵盤：4×4

選型理由：4×4矩陣鍵盤采用行列掃描方式，減少GPIO占用（僅需8引腳），可輸入16位密碼或功能指令。其機(jī)械按鍵壽命長（約10萬次），成本低（約2元人民幣）。
功能：用戶通過鍵盤輸入密碼，系統(tǒng)驗(yàn)證密碼正確性后開鎖。

5. 藍(lán)牙模塊：HC-05/HC-06

選型理由：HC-05/HC-06支持AT指令配置，工作電壓3.3V~5V，與STM32的UART接口兼容。其低成本（約15元人民幣）和穩(wěn)定通信性能（10米有效距離）適合遠(yuǎn)程控制場景。
功能：通過手機(jī)APP發(fā)送開鎖指令或密碼，藍(lán)牙模塊接收后轉(zhuǎn)發(fā)至STM32處理。

6. 步進(jìn)電機(jī)：28BYJ-48

選型理由：28BYJ-48為5線4相步進(jìn)電機(jī)，工作電壓5V，驅(qū)動(dòng)電流小（約50mA），通過ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)角度控制。其成本低（約3元人民幣），適合模擬門鎖開關(guān)。
功能：接收STM32的脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成開鎖/關(guān)鎖動(dòng)作。

7. OLED顯示屏：0.96寸SPI接口

選型理由：0.96寸OLED屏分辨率128×64，采用SPI接口通信，顯示清晰且功耗低（約0.1W）。其成本低（約8元人民幣），適合顯示系統(tǒng)狀態(tài)、時(shí)間及操作提示。
功能：實(shí)時(shí)顯示門禁狀態(tài)（如“已鎖定”“指紋驗(yàn)證中”）、時(shí)間及用戶操作界面。

8. 蜂鳴器：有源/無源

選型理由：有源蜂鳴器內(nèi)置振蕩電路，僅需提供直流電壓即可發(fā)聲；無源蜂鳴器需外部驅(qū)動(dòng)信號(hào)。本系統(tǒng)選用有源蜂鳴器（約1元人民幣），簡化電路設(shè)計(jì)。
功能：密碼錯(cuò)誤或非法操作時(shí)發(fā)出警報(bào)音。

9. 電源管理模塊

選型理由：采用AMS1117-3.3V穩(wěn)壓芯片，輸入電壓范圍4.75V~12V，輸出穩(wěn)定3.3V電流（最大1A），滿足STM32及外設(shè)供電需求。其成本低（約0.5元人民幣），且具備過流保護(hù)功能。
功能：將DC12V或Type-C輸入電壓轉(zhuǎn)換為3.3V，為系統(tǒng)供電。

硬件電路設(shè)計(jì)

1. 主控電路

STM32F103C8T6最小系統(tǒng)包括復(fù)位電路、晶振電路及SWD調(diào)試接口。晶振選用8MHz無源晶振，電容匹配為22pF；復(fù)位電路采用10kΩ電阻和0.1μF電容。

2. 指紋識(shí)別模塊連接

AS608的UART接口與STM32的USART2連接，TXD接PA3，RXD接PA2。需注意AS608工作電壓為3.3V，需通過分壓電阻或電平轉(zhuǎn)換芯片與5V系統(tǒng)兼容。

3. RFID讀卡器連接

MFRC522的SPI接口與STM32的SPI1連接，SCK接PA5，MISO接PA6，MOSI接PA7，CS接PB0。為增強(qiáng)信號(hào)穩(wěn)定性，需在MISO線上串聯(lián)10kΩ上拉電阻。

4. 矩陣鍵盤連接

4×4矩陣鍵盤的行線接PA0~PA3，列線接PB4~PB7。通過輪詢掃描方式檢測按鍵輸入，需注意消抖處理（延時(shí)10ms）。

5. 藍(lán)牙模塊連接

HC-05的UART接口與STM32的USART1連接，TXD接PA9，RXD接PA10。藍(lán)牙模塊需配置為從機(jī)模式，波特率9600。

6. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

28BYJ-48通過ULN2003驅(qū)動(dòng)芯片連接，ULN2003的輸入端接PB8~PB11，輸出端接電機(jī)四相。需在電機(jī)兩端并聯(lián)續(xù)流二極管（1N4007），防止反向電動(dòng)勢(shì)損壞電路。

7. OLED顯示屏連接

0.96寸OLED屏的SPI接口與STM32的SPI2連接，CS接PB12，DC接PB13，RES接PB14，CLK接PB15，DIN接PB10。需注意OLED屏的供電電壓為3.3V。

8. 蜂鳴器連接

有源蜂鳴器正極接PB5，負(fù)極接地。通過STM32的GPIO輸出高低電平控制蜂鳴器發(fā)聲。

9. 電源管理電路

AMS1117-3.3V的輸入端接DC12V或Type-C接口，輸出端接系統(tǒng)3.3V電源總線。需在輸入端并聯(lián)10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容濾波。

軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1. 系統(tǒng)初始化

void System_Init(void) {
// 初始化時(shí)鐘、GPIO、UART、SPI、I2C等外設(shè)
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
USART1_Init(9600); // 藍(lán)牙模塊
USART2_Init(9600); // 指紋模塊
SPI1_Init();       // RFID讀卡器
SPI2_Init();       // OLED顯示屏
Motor_Init();      // 步進(jìn)電機(jī)
BEEP_Init();       // 蜂鳴器
OLED_Init();       // OLED顯示屏
RTC_Init();        // 實(shí)時(shí)時(shí)鐘
}

2. 指紋識(shí)別功能

uint8_t AS608_MatchFinger(void) {
uint8_t status;
status = AS608_SearchFinger(); // 搜索指紋
if (status == 0) {
OLED_ShowString(56, 48, "指紋驗(yàn)證成功", 12, 0);
return 1; // 指紋匹配成功
} else {
OLED_ShowString(56, 48, "指紋驗(yàn)證失敗", 12, 0);
BEEP_Alarm(); // 蜂鳴器報(bào)警
return 0; // 指紋匹配失敗
}
}

3. RFID刷卡功能

uint8_t MFRC522_ReadCard(uint8_t *card_id) {
uint8_t status;
status = MFRC522_Request(PICC_REQIDL, card_id); // 尋卡
if (status == MI_OK) {
status = MFRC522_Anticoll(card_id); // 防沖突
if (status == MI_OK) {
return 1; // 刷卡成功
}
}
return 0; // 刷卡失敗
}

4. 密碼輸入功能

uint8_t Password_Verify(void) {
uint8_t password[4] = {0};
uint8_t input_password[4] = {0};
uint8_t i, key;

// 讀取預(yù)設(shè)密碼（從EEPROM或Flash）
EEPROM_Read(0x0000, password, 4);

// 輸入密碼
for (i = 0; i < 4; i++) {
key = Keypad_Scan(); // 掃描鍵盤
if (key != 0xFF) {
input_password[i] = key;
OLED_ShowChar(56 + i * 16, 48, '*', 12, 0); // 顯示*
}
}

// 驗(yàn)證密碼
if (memcmp(password, input_password, 4) == 0) {
return 1; // 密碼正確
} else {
BEEP_Alarm(); // 蜂鳴器報(bào)警
return 0; // 密碼錯(cuò)誤
}
}

5. 藍(lán)牙APP控制功能

void Bluetooth_Process(void) {
uint8_t rx_data[20] = {0};
if (USART1_Receive(rx_data, 20) > 0) {
if (strcmp((char *)rx_data, "OPEN") == 0) {
Motor_OpenDoor(); // 開門
} else if (strcmp((char *)rx_data, "CLOSE") == 0) {
Motor_CloseDoor(); // 關(guān)門
}
}
}

6. 主循環(huán)邏輯

int main(void) {
System_Init(); // 系統(tǒng)初始化
while (1) {
// 檢測指紋
if (AS608_MatchFinger()) {
Motor_OpenDoor(); // 開門
}

// 檢測RFID卡
uint8_t card_id[4] = {0};
if (MFRC522_ReadCard(card_id)) {
if (IsValidCardID(card_id)) { // 驗(yàn)證卡號(hào)
Motor_OpenDoor(); // 開門
}
}

// 檢測密碼
if (Password_Verify()) {
Motor_OpenDoor(); // 開門
}

// 檢測藍(lán)牙指令
Bluetooth_Process();

// 顯示時(shí)間
Display_Time();
}
}

實(shí)物演示與測試

1. 實(shí)物連接圖

• 主控板：STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板

• 外設(shè)模塊：AS608指紋模塊、MFRC522 RFID讀卡器、4×4矩陣鍵盤、HC-05藍(lán)牙模塊、28BYJ-48步進(jìn)電機(jī)、0.96寸OLED屏、有源蜂鳴器

• 電源：DC12V適配器或Type-C接口

2. 功能測試

1. 指紋開鎖：用戶按下手指，OLED顯示“指紋驗(yàn)證中”，驗(yàn)證通過后步進(jìn)電機(jī)模擬開鎖，蜂鳴器短響一聲。

2. RFID刷卡開鎖：用戶刷授權(quán)卡，OLED顯示“刷卡成功”，步進(jìn)電機(jī)模擬開鎖。

3. 密碼開鎖：用戶輸入4位密碼，驗(yàn)證通過后步進(jìn)電機(jī)模擬開鎖。

4. 藍(lán)牙APP開鎖：手機(jī)APP發(fā)送“OPEN”指令，步進(jìn)電機(jī)模擬開鎖。

5. 非法操作報(bào)警：密碼錯(cuò)誤或刷未授權(quán)卡時(shí)，蜂鳴器持續(xù)報(bào)警。

3. 穩(wěn)定性測試

• 連續(xù)工作測試：系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行72小時(shí)，無死機(jī)或復(fù)位現(xiàn)象。

• 功耗測試：待機(jī)功耗約0.5W，開鎖瞬間功耗約2W。

• 抗干擾測試：在強(qiáng)電磁場環(huán)境下，系統(tǒng)仍能穩(wěn)定工作。

總結(jié)與展望

本文詳細(xì)闡述了基于STM32的智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從元器件選型、硬件電路設(shè)計(jì)到軟件實(shí)現(xiàn)，均提供了完整的技術(shù)方案。系統(tǒng)通過集成指紋識(shí)別、RFID刷卡、密碼輸入及藍(lán)牙APP控制等功能，顯著提升了安全性和便捷性。未來可進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)，例如：

1. 增加人臉識(shí)別功能：采用OV7670攝像頭模塊，實(shí)現(xiàn)人臉開鎖。

2. 接入云平臺(tái)：通過ESP8266 Wi-Fi模塊將門禁數(shù)據(jù)上傳至云端，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。

3. 優(yōu)化電源管理：采用鋰電池供電，增加太陽能充電功能，提升系統(tǒng)續(xù)航能力。

智能門禁系統(tǒng)作為智能家居的重要組成部分，將在未來家庭、辦公場所及公共區(qū)域安全管理中發(fā)揮更大作用。開發(fā)者可根據(jù)實(shí)際需求，靈活調(diào)整系統(tǒng)功能，打造更加安全、便捷的智能門禁解決方案。