网络化门禁系统设计
摘 要本课题主要对一款通过STM32微处理器的智能门禁系统进行了研究和配置，通过对当前国际上市场上经常用到的智能门禁进行了广泛调查后，发现该系统成本较高，本论文认为能够通过STM32微处理器结合LCD1602液晶屏、有源蜂鸣器、WIFI无线网络模块和继电器等元器件完成一款综合都远高于相关产品的设计。在硬件上通过对单片机最小系统电路以及LCD1602液晶屏电路、报警电路、和等电路的配置，制作了一款智能门禁系统，并且还能够对通过ARM内核对液晶屏进行驱动实现遥控参数的显示，经过了丰富的优化设计并对各个目标进行反复测试之后，这款系统发挥出了特别高的平稳性和实用性，更关键的是这款系统工作效率方面特别高，符合低功耗特点，要是将它进行生产而且推向市场，可以对减少市场上相关产品的价格具有明显效果。
目录
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统的发展背景 1
（二） 智能门禁系统的发展现状 1
（三） 主要内容 2
二、 智能门禁系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 5
（一） 智能门禁系统的主控电路设计 5
1. STM32微处理器简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 网络遥控电路设计 7
（三） 门阀模拟控制电路设计 7
（四） 门禁的报警控制电路设计 8
（五） 智能门禁的液晶屏电路设计 9
（六） 智能门禁的按键控制设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能门禁系统的主程序流程设计 11
（二） WIFI无线网络模块流程设计 12
（三） 报警流程设计 13
（四） 锁阀控制流程设计 14
五、 实物调试 15
总结与展望 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序代码 24
引言
智能门禁系统的发展背景
以主控处理器作为主控核心的智能门禁系统里面将以ST *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
M32微处理器最小系统当作硬件系统中最为关键的一部分，在最小系统电路周围布置了各类传感模块、人机交互模块、液晶显示器和其它必要电路，通过C程序代码的构建，将以最高效的程序执行流程来对智能门禁控制系统的功能进行驱动。本课题把对智能门禁系统当作研究目标并且使用了STM32微处理器来当作该系统的主控核心部分，通过软硬件系统的构建实现了一款含有全部预期功能指标的电子系统，本课题构建的该款智能门禁控制系统是对现如今市面上现有产品成果的一次或多或少的提升，本次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对如今相关智能门禁控制系统研究现状的改进和提升。
图1 智能门禁
本论文通过这种型号的STM32微处理器来完成本论文将要配置的这种类型的智能门禁控制系统把以高效的软件执行流程来对数据进行运算，并以人机交互体验感较佳的界面来完成使用人员与系统之间的交流。
智能门禁系统的发展现状
如今国际上都在做的一件事是如何降低智能门禁系统的总体功耗，这包含对系统内部主控运行频率、传感器选型以及工作方式等核心部分的控制，对这些工作模块的功耗管理是目前国内外的研究中心，这是由于嵌入式智能门禁控制系统所要解决的关键问题即是如何实现最低的功率消耗。现如今国内外对智能门禁控制系统的设计虽然完成了较为大的收获，但在系统运行过程中所产生的参数精度上还不是特别高，要想实现高精度结果的输出，国内外相关研究小组还需要走很长一段路。国内外的许多相关企业和高校研究小组都正在投入丰富精力对智能门禁控制系统进行研发，通过他们的大力研究和对智能门禁系统的不断推广，目前高性价比的智能门禁系统已完成了普及而且成本完成了大幅度下降，当今几乎所有系统都在选用微处理器等微处理器芯片来作为主控核心。
主要内容
本课题主要设计了一款基于WIFI功能进行手机遥控的网络门禁系统，采用了意法半导体公司推出的STM32微处理器作为主控核心，实现了一款可以实现通过手机WIFI的APP软件对门禁进行无线网络遥控方式的开启和关闭的系统，并且还能够对通过ARM内核对液晶屏进行驱动实现遥控参数的显示。
智能门禁系统的方案设计
基于网络化系统实现的门禁控制器的核心功能是其WIFI无线网络功能，在实现该功能的方案方面本课题决定采用集成式的网络化WIFI模块，由于本课题采用的这款ESP8266型WIFI模块对外引出了双线式UART接口，因此它能够与STM32微处理器的UART1接口进行直接连接，在工作时ESP8266模块能够自动完成对目标地址网络的通信数据进行收发，将接受到的数据通过其TXD管脚送入STM32微处理器，而系统需要发射的数据则通过STM32微处理器的TXD管脚送入ESP8266的RXD管脚即可，这也就是本网络化门禁的关键功能之一，由于采用了UART接口与STM32微处理器之间进行接口相连，而UART接口的通信速率受其最大波特率的限制，因此通过测试这种接口只能将WIFI的通信速率限制在50kb每秒以内，而本课题只需要实现门禁的小规模数据的通信，这个指标应用于本系统内已经足够了。
考虑到目前市面上大多数高性能的智能门禁都具有液晶显示效果，而在STM32这种ARM内核处理器芯片系统中实现高清晰度的液晶显示效果并不是一件难事，因此本课题将为这款网络化门禁配置一款能够对门禁的工作状态进行显示的小型液晶屏模块，STM32微处理器将通过其特殊并行接口对液晶屏进行驱动和显示数据的刷新，来完成较高的人机效果。
门禁系统的另一个关键模块为锁阀控制部分，现在大多数智能门禁系统已经采用了电子式的锁阀，这种锁阀的典型特点是在传统锁阀的基础上增加了电子可控的特点，控制器能够通过输出一定规则的信号来自动完成对锁阀的开启和关闭，本课题考虑到能够更加清晰的展示WIFI网络对门禁的控制过程，不使用结构负责的电子式锁阀来实现门的开启和关闭，取而代之的是使用一个小型继电器模块来模拟锁阀的功能，由于机械继电器内部的线圈在上电和不上电两种状态下能够分别表现出闭合和断开的动作，类似于锁阀的工作过程，它的控制过程更为简单，因此本课题将采用一款小型机械继电器来作为网络化门禁的锁阀部分，通过STM32微处理器的普通GPIO管脚来完成对锁阀的开启和关闭。
图2 智能门禁硬件框图
系统硬件设计
智能门禁系统的主控电路设计
STM32微处理器简介
这个智能门禁系统的控制核心部分是由STM32微处理器来担任的，它结合了时钟电路和复位电路两个子电路组成了STM32微处理器最小系统电路，通过控制芯片的不同GPIO管脚完成了对每个电路和传感器件的控制。此智能门禁系统的高效运行离不开高性能运算核心芯片的嵌入，对大多数智能系统来说，内部核心处理器的品质高低是决定它的产品成败的首要。STM32微处理器采用DC5V电压进行供电，此电源供电特性可以与绝大多数传感器件或者芯片模块实现兼容。在代码程序的存储方面，STM32微处理器向用户开放了一块4k字节大小的可编程空间，变量存储区大小为256字节，这两者的结合决定了STM32微处理器在中小型电子系统的地位，以它低廉的价格和高性能的运算效果可以打败多数竞争者。
目录
一、 引言 1
（一） 智能门禁系统的发展背景 1
（二） 智能门禁系统的发展现状 1
（三） 主要内容 2
二、 智能门禁系统的方案设计 3
三、 系统硬件设计 5
（一） 智能门禁系统的主控电路设计 5
1. STM32微处理器简介 5
2. 最小系统电路设计 5
（二） 网络遥控电路设计 7
（三） 门阀模拟控制电路设计 7
（四） 门禁的报警控制电路设计 8
（五） 智能门禁的液晶屏电路设计 9
（六） 智能门禁的按键控制设计 10
四、 系统软件设计 11
（一） 智能门禁系统的主程序流程设计 11
（二） WIFI无线网络模块流程设计 12
（三） 报警流程设计 13
（四） 锁阀控制流程设计 14
五、 实物调试 15
总结与展望 18
参考文献 19
致 谢 20
附录一 原理图 21
附录二 PCB图 22
附录三 元件列表 23
附录四 程序代码 24
引言
智能门禁系统的发展背景
以主控处理器作为主控核心的智能门禁系统里面将以ST *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
M32微处理器最小系统当作硬件系统中最为关键的一部分，在最小系统电路周围布置了各类传感模块、人机交互模块、液晶显示器和其它必要电路，通过C程序代码的构建，将以最高效的程序执行流程来对智能门禁控制系统的功能进行驱动。本课题把对智能门禁系统当作研究目标并且使用了STM32微处理器来当作该系统的主控核心部分，通过软硬件系统的构建实现了一款含有全部预期功能指标的电子系统，本课题构建的该款智能门禁控制系统是对现如今市面上现有产品成果的一次或多或少的提升，本次论文从课题确立到器材选取、从硬件设计再到软件设计，处处体现出了对如今相关智能门禁控制系统研究现状的改进和提升。
图1 智能门禁
本论文通过这种型号的STM32微处理器来完成本论文将要配置的这种类型的智能门禁控制系统把以高效的软件执行流程来对数据进行运算，并以人机交互体验感较佳的界面来完成使用人员与系统之间的交流。
智能门禁系统的发展现状
如今国际上都在做的一件事是如何降低智能门禁系统的总体功耗，这包含对系统内部主控运行频率、传感器选型以及工作方式等核心部分的控制，对这些工作模块的功耗管理是目前国内外的研究中心，这是由于嵌入式智能门禁控制系统所要解决的关键问题即是如何实现最低的功率消耗。现如今国内外对智能门禁控制系统的设计虽然完成了较为大的收获，但在系统运行过程中所产生的参数精度上还不是特别高，要想实现高精度结果的输出，国内外相关研究小组还需要走很长一段路。国内外的许多相关企业和高校研究小组都正在投入丰富精力对智能门禁控制系统进行研发，通过他们的大力研究和对智能门禁系统的不断推广，目前高性价比的智能门禁系统已完成了普及而且成本完成了大幅度下降，当今几乎所有系统都在选用微处理器等微处理器芯片来作为主控核心。
主要内容
本课题主要设计了一款基于WIFI功能进行手机遥控的网络门禁系统，采用了意法半导体公司推出的STM32微处理器作为主控核心，实现了一款可以实现通过手机WIFI的APP软件对门禁进行无线网络遥控方式的开启和关闭的系统，并且还能够对通过ARM内核对液晶屏进行驱动实现遥控参数的显示。
智能门禁系统的方案设计
基于网络化系统实现的门禁控制器的核心功能是其WIFI无线网络功能，在实现该功能的方案方面本课题决定采用集成式的网络化WIFI模块，由于本课题采用的这款ESP8266型WIFI模块对外引出了双线式UART接口，因此它能够与STM32微处理器的UART1接口进行直接连接，在工作时ESP8266模块能够自动完成对目标地址网络的通信数据进行收发，将接受到的数据通过其TXD管脚送入STM32微处理器，而系统需要发射的数据则通过STM32微处理器的TXD管脚送入ESP8266的RXD管脚即可，这也就是本网络化门禁的关键功能之一，由于采用了UART接口与STM32微处理器之间进行接口相连，而UART接口的通信速率受其最大波特率的限制，因此通过测试这种接口只能将WIFI的通信速率限制在50kb每秒以内，而本课题只需要实现门禁的小规模数据的通信，这个指标应用于本系统内已经足够了。
考虑到目前市面上大多数高性能的智能门禁都具有液晶显示效果，而在STM32这种ARM内核处理器芯片系统中实现高清晰度的液晶显示效果并不是一件难事，因此本课题将为这款网络化门禁配置一款能够对门禁的工作状态进行显示的小型液晶屏模块，STM32微处理器将通过其特殊并行接口对液晶屏进行驱动和显示数据的刷新，来完成较高的人机效果。
门禁系统的另一个关键模块为锁阀控制部分，现在大多数智能门禁系统已经采用了电子式的锁阀，这种锁阀的典型特点是在传统锁阀的基础上增加了电子可控的特点，控制器能够通过输出一定规则的信号来自动完成对锁阀的开启和关闭，本课题考虑到能够更加清晰的展示WIFI网络对门禁的控制过程，不使用结构负责的电子式锁阀来实现门的开启和关闭，取而代之的是使用一个小型继电器模块来模拟锁阀的功能，由于机械继电器内部的线圈在上电和不上电两种状态下能够分别表现出闭合和断开的动作，类似于锁阀的工作过程，它的控制过程更为简单，因此本课题将采用一款小型机械继电器来作为网络化门禁的锁阀部分，通过STM32微处理器的普通GPIO管脚来完成对锁阀的开启和关闭。
图2 智能门禁硬件框图
系统硬件设计
智能门禁系统的主控电路设计
STM32微处理器简介
这个智能门禁系统的控制核心部分是由STM32微处理器来担任的，它结合了时钟电路和复位电路两个子电路组成了STM32微处理器最小系统电路，通过控制芯片的不同GPIO管脚完成了对每个电路和传感器件的控制。此智能门禁系统的高效运行离不开高性能运算核心芯片的嵌入，对大多数智能系统来说，内部核心处理器的品质高低是决定它的产品成败的首要。STM32微处理器采用DC5V电压进行供电，此电源供电特性可以与绝大多数传感器件或者芯片模块实现兼容。在代码程序的存储方面，STM32微处理器向用户开放了一块4k字节大小的可编程空间，变量存储区大小为256字节，这两者的结合决定了STM32微处理器在中小型电子系统的地位，以它低廉的价格和高性能的运算效果可以打败多数竞争者。
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