种基STM32智门锁系统设计
Design of an intelligent door lock system based on STM32
毕业设计（文）原创性声明
郑重声明：呈交毕业设计（文）指导老师指导独立进行设计（研究）工作取成果文中引文献数图件资料均已明确标注出文中结结果独立完成包含已发表撰写作品成果文研究做出贡献集体均已文中作明确说明完全意识声明法律结果承担
毕业文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日
摘
着安全意识断提高安全技术发展传统机械锁智门锁逐渐取代指纹密码方式换钥匙户需担心出门时忘记带钥匙者意外丢失钥匙站门外者逛街回家带袋子时站门外翻包找钥匙等情况日常生活提供便利
设计STM32F103C8T6单片机核心电路板生物指纹识电路薄膜矩阵键盘电路RFIDRC522射频感应电路LCD12864液晶显示电路蜂鸣器模块电路组成支持指纹NFC密码感应卡四种方式进行开锁通LCD12864液晶显示屏显示系统操作界面分运行界面密码理界面指纹理界面IC卡理界面系统具分级理权限理员进行增删信息修改密码添加者删指纹信息IC卡信息等支持虚位密码正确密码前意输入数字保护真实密码次密码指纹开锁失败劫持开锁理员密码开锁恢复正常
关键词：智门锁STM32指纹识射频识模块虚位开锁密码
Abstract
With the continuous improvement of people＇s safety awareness and the development of safety technology traditional mechanical locks will be gradually replaced by intelligent door locks Use fingerprints passwords or other ways to replace the key users no longer need to worry about forgetting to bring the key when they go out or accidentally losing the key and standing outside the door or standing outside the door when they go home shopping with a big bag for example finding a key this provides a lot of convenience for daily life
This design is composed of the core circuit board of STM32F103C8T6 single chip microcomputer biological fingerprint identification circuit film matrix keyboard circuit RFIDRC522 radio frequency induction circuit LCD12864 liquid crystal display circuit and buzzer module circuit Support fingerprint NFC password and proximity card to unlock The system operation interface is displayed through the LCD12864 liquid crystal display which respectively has a running interface a password management interface a fingerprint management interface and an IC card management interface This system has hierarchical management authority and administrators can add or delete information such as changing passwords adding or deleting fingerprint information and IC card information etc It supports virtual passwords you can enter numbers before and after the correct password to protect the real password multiple passwords or if the fingerprint unlocking fails the unlocking is hijacked and the administrator password can be used to unlock and return to normal
Keywords smart door lock STM32 single chip microcomputer fingerprint identification radio frequency identification module virtual password
目 录
第章 绪 1
11 课题背景意义 1
12 国研究状况 1
13 文结构安排 2
第二章 整体方案设计 3
21 需求分析 3
22 系统整体方案 3
23 系统整体框架图 4
第三章 硬件电路设计 5
31 硬件电路总体设计 5
32 传感器模块电路设计 5
321 STM32单片机核心电路设计 5
322 ATKAS608生物指纹识模块 7
323 RFIDRC522读卡模块 9
324 LCD12864液晶显示模块 12
325 薄膜矩阵键盘模块 15
326 AMS111733v电源模块 16
327 源蜂鸣器模块 17
第四章 系统软件设计分析 18
41 单片机程序开发环境 18
42 ARM软件库开发流程 18
43 系统软件流程图 19
第五章 系统焊接调试 21
51 电路焊接 21
52 系统调试 21
521 系统程序调试 22
522 系统硬件调试 22
53 实物测试 22
参考文献 24
致谢 25
附录 26
第章 绪
11 课题背景意义
传统锁具直钥匙进行开锁常会遇钥匙丢失者忘记钥匙放里找等种问题果指纹密码方式代钥匙户需担心外出时忘记携带钥匙心丢失钥匙重新配钥匙丢失钥匙更换门锁者出购物背着包回家时站门外翻包找钥匙等情况日常生活提供诸便利
锁具发展历程类文明度相漫长岁月出现种样高端锁类锁具发展历史持续久现锁具重发展变化智锁互联网技术智识技术起出现新代产品智门锁传统锁类重特性具更智户识安全性理性简单方便构建更加统智生态网络智门锁进入物联网范畴确保高安全性时灵敏检测性化功成现代智门锁努力方
12 国研究状况
智化生活逐渐普智家居概念越越流行智门锁市场逐渐流行起形成新出路许种智家庭终端钥匙时代逐步仅促进智门锁行业快速发展推动智门锁行业着工智兴起爆发
许酒店公寓基会配置智门锁住户完全需钥匙必担心钥匙丢失问题需进行指纹识IC卡者密码等开门提供非常体验基成高档酒店标准配置智门锁发展提供巨市场智门锁行业趁机快速发展着智时代逐步便捷生活方式越越赖切掌握状态着智门锁行业断发展完善产品越越样化功断增加脸识语言控制密码输入IC卡识等等记录开门情况报信息户提高安全性智门锁样式千姿百态巧美观满足许户性求智门锁中国市场渗透正加深
根消费者购买智门锁考虑素调查结果868消费者重视智门锁安全性消费者说第重考虑实性方便性第二质量根消费者考虑智门锁行业发展趋势安全性便利性适性成产品流然消费者关心安全问题进步加强智门锁作真正意义隐私保护者作逐渐显现出
13 文结构安排
第章：介绍设计课题背景意义国研究状况
第二章：系统需求分析介绍系统整体方案设计
第三章：介绍系统整体硬件电路设计传感器模块电路设计
第四章：介绍系统软件设计开发环境开发流程系统整体软件设计流程
第五章：介绍系统整体电路焊接硬件调试终整体系统软硬件联调
第二章 整体方案设计
21 需求分析
搭建简单智门锁系统作品需相应硬件软件结合设计基STM32智门锁系统实现功求：
(1) 显示屏显示操作界面
(2) 者通设置键进入理界面修改密码理指纹库IC卡信息理
(3) 密码断电会丢失具断电存储功
(4) 支持虚伪密码正确密码前意输入数字保护真实密码
(5) 录入正确指纹手指放指纹识模块面检测指纹正确便会开门锁
(6) 添加IC卡信息IC卡放读卡模块进行读取识检测IC卡信息正确开门锁
(7) 通键输入开锁密码密码匹配正确开锁
(8) 果指纹IC卡密码等信息识匹配错误五次识错误系统便会锁死
(9) 系统具备理员密码忘记密码理员密码开电磁锁
功需传感器模块实现输入密码需矩阵键模块指纹识需生物指纹识模块IC卡识需射频读取模块信息显示需LCD显示屏等通STM32芯片连接种传感器进行数处理实现述项功
22 系统整体方案
硬件系统设计软件系统设计组合构成基STM32智门锁系统设计硬件系统设计STM32F103C8T6单片机核心板电路AS608生物指纹识电路RC522读卡模块识电路薄膜矩阵键盘电路LCD12864液晶显示电路蜂鸣器电路组成软件系统设计中指纹识模块采集指纹数图化图二值化细化重滤波等方式进行处理存储指纹进行识匹配时LCD12864液晶显示屏显示处理程信息通RFIDRC522射频模块检测IC卡进行匹配查找存中否存该卡信息LCD12864液晶显示屏显示相关信息通矩阵键盘输入密码进行遍历匹配查找输入密码信息中否存正确密码通LCD液晶显示屏实时显示相关操作信息
23 系统整体框架图
实现述需求需传感器电路进行设计搭建系统整体框架图21示
STM32F103C8T6
指纹识电路
矩阵键盘电路
射频模块电路
LCD12864显示电路
蜂鸣器电路
图21 系统整体框图
第三章 硬件电路设计
31 硬件电路总体设计
种基STM32智门锁系统整体构成硬件AS608生物指纹识模块RC522读卡模块薄膜矩阵键盘模块LCD12864液晶显示屏模块源蜂鸣器模块STM32F103低功耗系列单片机电路组成电路电源部分分提供合适电压电源STM32单片机硬件功框图31示
图31 硬件电路功框图
32 传感器模块电路设计
321 STM32单片机核心电路设计
设计采STM32F103控芯片ARM32位CortexM3高性CPU核心工作频率72 MHz该芯片具三种低功耗模式包括睡眠模式外围设备仅CPU停止发生中断事件时连续运行停止模式功耗保持寄存器SRAM容[1]时STM32f103进入停止机状态时相关时钟会停止电池电压仅实时时钟RTC备份寄存器供电程度提高效功耗完成务该芯片具高集成度置复位电路带唤醒功低电压检测功稳压器兼容5V输入输出引脚精确部RC振荡器等开发员带灵活性突出简单结构制造工艺相关节特性外STM32f103系列提供额外功开发员够提高应程序设计效率行性STM32f103设置两种调试模式包括串行调试SWD接口通STLinkJLink进行调试达112快速I O端口轻松实现数字模拟I O单片机核心板电路图图32示
图32 STM32单片机核心板接口原理图
实物图图33示
图33 STM32单片机核心板实物图
322 ATKAS608生物指纹识模块
ATKAS608生物指纹识模块ALIENTEK公司推出种高性光学指纹识模块[2]AS608指纹识模块采中国著名指纹识芯片公司杭州晟元芯片技术限公司AS608指纹识芯片[2]该芯片具高效率获取图进行数特征提取处理该模块串行通信端口USB通信接口户该模块需理会部繁杂操作图处理指纹识算法需通串口发送指令进行控制该模块应场景许种例指纹锁保险箱指纹门禁系统考勤机等
3221 ATKAS608指纹识模块技术参数
（1）工作电压(V) ：30~36V典型值：33V
（2）工作电流(mA) ：典值：40mA范围：31~60mA
（3）USART 通讯：波特率(9600×N)N1~12默认 N6bps 57600
（4）USB 通讯：20FS (20 全速)
（5）传感器图(pixel) ：256*288pixel
（6）指纹存容量：300 枚(ID0~299)
（7）工作环境：温度(℃)20~60湿度<90（凝露）
3222 ATKAS608接口引脚说明
ATKAS608 指纹识模块采8芯125 mm间距单排插座接口引脚说明：
（1）第1引脚（Vi）：模块电源正输入端
（2）第2引脚（Tx）：串口数发送
（3）第3引脚（Rx）：串口数接收
（4）第4引脚（GND）：信号
（5）第5引脚（WAK）：感应信号输出端默认高电效
（6）第6引脚（Vt）：触摸感应电源输入端33v 供电
（7）第7引脚（U+）：USB D+
（8）第8引脚（U）：USB D
3223 模块指令格式
模块通串口外部控制器进行通讯模块进行通讯需正确命令包格式根传感器模块命令包格式该模块具命令包格式数包格式结束包格式三种指令格式指令包数格式图34示
图34 AS608模块指令格式
发送模块接收模块数包格式相
l 数包收命令包结束包发送
l 数包长度包长度校验总字节数
l 校验包标识符+校验字节
l 生成模块址前默认0xFFFFFF机命令生成模块址定生成址发送接收数包否模块拒绝接收发送数包
3224 ATKAS608模块应答格式
响应指相关命令执行状态执行结果发送机响应包含续软件包遵循参数机接收模块响应包确认包接收模块指令执行模块响应包包含参数：确认代码确认码表示指令已完成模块响应格式图35示
图35 AS608模块应答格式
3225 模块电路外观
AS608模块部PCB图36示
图36 AS608模块PCB电路
实物图图37示
图37 AS608模块实物图
323 RFIDRC522读卡模块
RFIDRC522读卡模块集成MFRC522芯片电路具低电压低成体积非接触式读取特点该模块方便成低廉采33v电压供电SPI接口进行通信机间通信采SPI模式利减少连线缩PCB板体积降低成保证模块稳定工作读卡距离远该模块功框图图38示
图38 RFIDRC522功框图
3231 RFIDRC522射频模块技术参数
（1）工作电流：13—26mA（DC）
（2）工作电压(V) ：2533 V电源
（3）工作频率：1356MHz
（4）工作温度：21—80℃
（5）放置温度：40—84℃
（6）相湿度：5—96
（7）部振荡器连接2712 MHz石英晶振编程定时器部检
3232 RFIDRC522接口引脚说明
RFIDRC522模块采7芯125 mm间距单排插座接口引脚说明：
（1）第1引脚（SDA）：数接口
（2）第2引脚（SCK）：时钟接口
（3）第3引脚（MOSI）：SPI接口发收
（4）第4引脚（MISO）：SPI接口收发
（5）第5引脚（NC）：悬空
（6）第6引脚（RST）：复位信号
（7）第7引脚（33V）：电源输入
3233 RFIDRC522通讯格式
RC522微控制器间通SPI接口进行高速串行通信SPI通信中RFIDRC522模块属模块时钟信号SCK机产生设备通MOSI引脚发送数设备模块通MISO引脚设备进行数交互
图39 连接带SPI接口微控器
读数
通SPI接口模块读取数通信格式图310示
图310 读数时MOSIMISO字节序
二写数
通SPI接口模块写入数通信格式图311示
图311 写数时MOSIMISO字节序
三模块址字节
模块应模块址需选某模块时需通SPI发送该模块址模块址字节格式图312示
图312 模块址字节格式
3224 模块封装外观
RFIDRC522模块采飞利浦制造商C522原装芯片设计读卡器电路方便成低芯片封装图313示
图313 RC522芯片封装
实物图图314示
图314 RFIDRC522模块实物图
324 LCD12864液晶显示模块
液晶作种显示装置广泛应仪器仪表电子设备等低功耗产品数字电路中数01保存通LCD控制器进行数操作结果[5]常汉字6000种ASCII表中128值收集两汉字汉字部代码剩余128位保留英文字符带字体带字体两种类型第种没字体LCD需户提供字体库设置种字体显示样式设计更加灵活第二章带字体LCD显示GB2312类型优点缺点根应场景灵活选择LCD12864液晶显示模块原理图图315示
图315 LCD12864液晶显示模块原理框图
3241 LCD12864液晶显示模块基参数
（1）工作电压：+30+55V直流
（2）分辨率：128×64 点
（3）模块置中文字库提供819216×16点阵汉字[6]
（5）通讯方式：串行口选
（6）显示颜色：蓝屏
（7）工作温度：0℃ ~ 54℃
（8）放置温度：21℃~ 63℃
3242 模块引脚说明
LCD12864液晶显示模块采20芯125 mm间距单排插座接口引脚说明图316示
图316 LCD12864引脚说明
3243 LCD12864液晶显示模块接口时序
1行通讯方式时序图：
图317 MPU写数模块时序图
图318 MPU模块读数时序图
2串行通讯方式时序图：
图319 串行连接时序图
3244 模块户指令集
次模块进行操作需确认模块忙说读取BF标志时BF必须0
图320 户指令集
3245 LCD12864模块外观
外观尺寸：93×70×125mm视域尺寸：73×39mm
图321 模块外观尺寸
LCD12864液晶显示模块实物图图322示
图322 LCD12864模块实物图
325 薄膜矩阵键盘模块
键盘矩阵结构单键直接连接引脚方法复杂相应读取识更复杂设计选薄膜矩阵键盘引脚采标准7芯杜邦头间距0254cm直接插排针连接电路键盘背面白色贴纸揭牢固粘贴物体表面方便放置电路原理图图323示
图323 LCD12864模块实物图
326 AMS111733v电源模块
该AMS1117系列电压调节器调种固定电压版里采AMS1117模块固定输出版固定输出33v电压STM32单片机提供工作电源模块电路原理图图324示
图324 AMS111733v模块原理图
3261 AMS11733v模块基参数
（1）正常工作输入电压：44V7V（DC）
（2）正常工作输出：33V8005mA
（3）12V电压差：输入输出高12V正常工作
（4）带电源指示灯
3262 AMS11733v模块外观
模块尺寸：86mm ´ 1233mm（指尖般）实物图图325示
图325 AMS111733v模块实物图
327 源蜂鸣器模块
源蜂鸣器采晶片集成电路（SOT塑封装）集成电路采金丝球焊接生产工艺复杂寿命长性稳定产品合格率高源蜂鸣器部带震荡源通电会发出声响
3271 基参数
（1）电压：3V直流电压
（2）电流：30MA
（3）声压：86db10cm
（4）谐振频率：2503kHZ
（5）工作温度：2070度
（6）重量：2g
3272 源蜂鸣器模块外观
源蜂鸣器模块高度09cm半径055cm电路板黑胶封闭具两引脚长引脚+’短引脚’
图326 源蜂鸣器模块外观示意图
实物图图327示
图327 源蜂鸣器模块实物图
第四章 系统软件设计分析
41 单片机程序开发环境
项目设计开发环境Keil uvisin5前较流行种嵌入式开发环境Keil uVision 5提供完整Windows开发环境界面支持CC++语言开发具高C语言编辑效率开发者非常方便C语言进行研发[7]Keil uvisin5开发界面图41示
图41 Keil uVision5软件开发界面图
中Keil具特点：
Keil支持Windows操作系统提供丰富开发库强开发调试工具
Keil完成完整软件开发工作编辑编译链接调试终仿真程
Keil uvisin5Keil uvisin4ide添加许新功例Keil uvisin5增强CortexM核心微控制器开发支持改进Keil uvisin4开发形式接口
42 ARM软件库开发流程
（1）首先建立Project工程先新建文件夹保存工程固件库文件
（2）工程文件里分添加STARUPCMSISSTM32F4xx_StdPeriph_DriverUserDoc组目录
（3）工具链中CC++选项卡里面指定头文件目录
（4）工具链中CC++选项卡里面添加两宏：
USE_STDPERIPH_DRIVERSTM32F429_439xx
（5）屏蔽掉需文件：
stm32f4xx_ceccstm32f4xx_dsicstm32f4xx_flash_ramfurccstm32f4xx_fsmccstm32f4xx_qspic
（6）删stm32f4xx_itc文件里面代码语句：
#include mainh TimingDelay_Decrement()
（7）配置仿真器完成工程建立具体工程开发图42示
图42 Keil uVision5软件开发流程图
43 系统软件流程图
该系统keil uVision 5软件设计程序语言采C语言编写具良读性移植性系统流程图图43示
图43 系统运行流程图
第五章 系统焊接调试
51 电路焊接
手工焊接种常见原始焊接方法目前然许工厂焊接生产基该方法进行系统测试会常手工焊接[8]重果焊接程中出现问题整控制系统会受影响说焊接会控制系统手工焊接四步组成：
第步开始焊接焊接方清理干净油渍灰尘然焊接部分定方两角度折叠心交叉零件腿会影响焊接接焊接头接触焊接部件底部放电线应该注意焊头接触零件脚否两零件焊接起
第二步热焊接第步步加热焊锡丝热烙铁放设备引脚旁边慢慢熔化焊丝必须注意电烙铁温度加热时间果时间太长焊接面包板衬垫通常建议电烙铁温度调节约400度加热约2秒钟例外基设备类具体差异焊接程中需移焊接部分时需加热焊接部分操作焊接处修补焊丝焊点变圆然通电火花加工加热焊接处加热程中直接移部件时必须采取注意时间否垫损坏
第三部分焊接表面清洁第二步完成时会发现焊接完美害怕焊接错误需焊接进行添加修改会出现两种情况种焊锡足焊点圆时必修理焊点时应注意增加焊料数量否时间段容易连接引脚第二点焊料时您烙铁回滑动焊料带走余焊料果吸锡器
第四部分焊点检查完成前面三步骤需系统电路进行整体观察查焊接点否完整光亮牢固否引脚连接否漏焊
52 系统调试
记住必须认真观察焊接系统否存问题例正极负极反连接者连接明显断裂虚焊问题等然万表检查否存严重电源问题例正极负极间短路确保系统焊接没问题
配置完成调试台需调试软件程序果程序调试没问题请开始验证系统功否符合求果功没满足设计求者存问题继续重复进行调试程序直满足功求止
521 系统程序调试
前面新建工程里面完成整体代码编写然单击keil uvisin5软件左角编译钮系统工程代码文件进行编译keil uvisin5软件面Build Output窗口中相应提示信息果错误消息必须提示查找纠正错误直没错误实物功满足求止（果般警告忽略）
图51 程序编译误提示界面
522 系统硬件调试
软件调试完成接整硬件进行测试种调试设备焊接板进行整体调试例：万表直流电源示波器等检查设备否够工作进行正常
（1）肉眼进行观察仔细观察焊接点否虚焊现象器件间否存短接现象导致系统短路
（2）万表进行调试首先检查电源否短路然测量引脚连接否正确否存接线错误
（3）电检查完成第步第二步接开电源系统进行通电电观察模块否工作正常然逐测试功
53 实物测试
整系统进行软件硬件联调达项目设计求支持指纹NFC密码感应卡四种方式进行开锁通LCD12864液晶显示屏显示系统操作界面分运行界面密码理界面指纹理界面IC卡理界面具分级理权限理员权限进行增删信息修改密码添加者删指纹信息IC卡信息等支持虚伪密码正确密码前意输入数字保护真实密码次密码指纹开锁失败劫持开锁理员密码开锁恢复正常
测试系统项功测试正常符合设计求图52示
图52 实物运行测试图
参考文献
[1] 罗洋坤基STM32车联网网络电路搭建分析[J]机电工程技术201847(04)9798+115
[2] 符怡铭袁亮肖祥彬刘董效杰徐建基STM32指纹门禁系统设计[J]科技广场2017(03)179181
[3] 孙骏荣苏海永Arduino全面造物联网[M] 北京：清华学出版社201612
[4] 李兰兰基CC2530智门禁教学演示系统设计[J]玉溪师范学院学报201834(04)4347
[5] 胡云冰聂振华单片机应教程[M] 北京：中国水利水电出版社201406
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[8] 徐涢基魏全盛 单片机项目实训[M] 北京希电子出版社201902
[9] 孙邦彦刘冬冬陈柱江张婷基RFID电子标签智书包设计[J]科技视界2017(05)176177
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[11] 刘火良杨森 STM32库开发实战指南基STM32F4 [M] 北京：机械工业出版社201702
[12] 基物联网智门锁系统设计开发[J] 陈殊数字技术应2018(01)
致谢
想离开校园心中舍回顾整学四年学生涯心中越发感慨文完成际谨指导老师致衷心感谢感谢路走陪伴身边伙伴老师予诸帮助建议够健康生长利完成学业
首先幸运学年级遇导师——艾广燚老师开始带领样刚踏进学雏进行种竞赛培训参加种赛提供学建议老师间师友起吃宵夜谈生仅学业予帮助日常生活诸关指明迷惑鞭策努力学生活学期间放虚度学四年光阴次毕业项目设计毕业文撰写程中老师煞费苦心尤年新冠疫情原够利完成毕业设计文老师全职奶爸带七娃娃啥问题老师会第时间解答甚半夜两三点发信息老师基时回复群孩子太累衷感谢老师辛苦付出
次感谢陪伴学四年四处征战队伍——咸鱼队然队伍咸鱼队点咸鱼够参加竞赛会努力参加赛程中甚熬夜通宵家常便饭够收获许宝贵验进入社会奠定定基础正谓逗生活欢乐间时时会互相调侃方隐藏民间段子手言合飙车枯燥紧张竞赛生活添加许乐趣时非常想念时种生活啊
外审阅文教授老师致深切敬意感谢毕业设计文提出宝贵意见指导
感谢母校母校提供优良学氛围条件提供竞赛实验室图书资料种竞赛资格等四年学生活受益匪浅衷心祝愿母校明天更加美
附录
附件1 STM32F103C8T6核心板原理图PCB图
附件2 系统整体硬件图实物运行示意图
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Design of an intelligent door lock system based on STM32
毕业设计（文）原创性声明
郑重声明：呈交毕业设计（文）指导老师指导独立进行设计（研究）工作取成果文中引文献数图件资料均已明确标注出文中结结果独立完成包含已发表撰写作品成果文研究做出贡献集体均已文中作明确说明完全意识声明法律结果承担
毕业文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日
摘
着安全意识断提高安全技术发展传统机械锁智门锁逐渐取代指纹密码方式换钥匙户需担心出门时忘记带钥匙者意外丢失钥匙站门外者逛街回家带袋子时站门外翻包找钥匙等情况日常生活提供便利
设计STM32F103C8T6单片机核心电路板生物指纹识电路薄膜矩阵键盘电路RFIDRC522射频感应电路LCD12864液晶显示电路蜂鸣器模块电路组成支持指纹NFC密码感应卡四种方式进行开锁通LCD12864液晶显示屏显示系统操作界面分运行界面密码理界面指纹理界面IC卡理界面系统具分级理权限理员进行增删信息修改密码添加者删指纹信息IC卡信息等支持虚位密码正确密码前意输入数字保护真实密码次密码指纹开锁失败劫持开锁理员密码开锁恢复正常
关键词：智门锁STM32指纹识射频识模块虚位开锁密码
Abstract
With the continuous improvement of people＇s safety awareness and the development of safety technology traditional mechanical locks will be gradually replaced by intelligent door locks Use fingerprints passwords or other ways to replace the key users no longer need to worry about forgetting to bring the key when they go out or accidentally losing the key and standing outside the door or standing outside the door when they go home shopping with a big bag for example finding a key this provides a lot of convenience for daily life
This design is composed of the core circuit board of STM32F103C8T6 single chip microcomputer biological fingerprint identification circuit film matrix keyboard circuit RFIDRC522 radio frequency induction circuit LCD12864 liquid crystal display circuit and buzzer module circuit Support fingerprint NFC password and proximity card to unlock The system operation interface is displayed through the LCD12864 liquid crystal display which respectively has a running interface a password management interface a fingerprint management interface and an IC card management interface This system has hierarchical management authority and administrators can add or delete information such as changing passwords adding or deleting fingerprint information and IC card information etc It supports virtual passwords you can enter numbers before and after the correct password to protect the real password multiple passwords or if the fingerprint unlocking fails the unlocking is hijacked and the administrator password can be used to unlock and return to normal
Keywords smart door lock STM32 single chip microcomputer fingerprint identification radio frequency identification module virtual password
目 录
第章 绪 1
11 课题背景意义 1
12 国研究状况 1
13 文结构安排 2
第二章 整体方案设计 3
21 需求分析 3
22 系统整体方案 3
23 系统整体框架图 4
第三章 硬件电路设计 5
31 硬件电路总体设计 5
32 传感器模块电路设计 5
321 STM32单片机核心电路设计 5
322 ATKAS608生物指纹识模块 7
323 RFIDRC522读卡模块 9
324 LCD12864液晶显示模块 12
325 薄膜矩阵键盘模块 15
326 AMS111733v电源模块 16
327 源蜂鸣器模块 17
第四章 系统软件设计分析 18
41 单片机程序开发环境 18
42 ARM软件库开发流程 18
43 系统软件流程图 19
第五章 系统焊接调试 21
51 电路焊接 21
52 系统调试 21
521 系统程序调试 22
522 系统硬件调试 22
53 实物测试 22
参考文献 24
致谢 25
附录 26
第章 绪
11 课题背景意义
传统锁具直钥匙进行开锁常会遇钥匙丢失者忘记钥匙放里找等种问题果指纹密码方式代钥匙户需担心外出时忘记携带钥匙心丢失钥匙重新配钥匙丢失钥匙更换门锁者出购物背着包回家时站门外翻包找钥匙等情况日常生活提供诸便利
锁具发展历程类文明度相漫长岁月出现种样高端锁类锁具发展历史持续久现锁具重发展变化智锁互联网技术智识技术起出现新代产品智门锁传统锁类重特性具更智户识安全性理性简单方便构建更加统智生态网络智门锁进入物联网范畴确保高安全性时灵敏检测性化功成现代智门锁努力方
12 国研究状况
智化生活逐渐普智家居概念越越流行智门锁市场逐渐流行起形成新出路许种智家庭终端钥匙时代逐步仅促进智门锁行业快速发展推动智门锁行业着工智兴起爆发
许酒店公寓基会配置智门锁住户完全需钥匙必担心钥匙丢失问题需进行指纹识IC卡者密码等开门提供非常体验基成高档酒店标准配置智门锁发展提供巨市场智门锁行业趁机快速发展着智时代逐步便捷生活方式越越赖切掌握状态着智门锁行业断发展完善产品越越样化功断增加脸识语言控制密码输入IC卡识等等记录开门情况报信息户提高安全性智门锁样式千姿百态巧美观满足许户性求智门锁中国市场渗透正加深
根消费者购买智门锁考虑素调查结果868消费者重视智门锁安全性消费者说第重考虑实性方便性第二质量根消费者考虑智门锁行业发展趋势安全性便利性适性成产品流然消费者关心安全问题进步加强智门锁作真正意义隐私保护者作逐渐显现出
13 文结构安排
第章：介绍设计课题背景意义国研究状况
第二章：系统需求分析介绍系统整体方案设计
第三章：介绍系统整体硬件电路设计传感器模块电路设计
第四章：介绍系统软件设计开发环境开发流程系统整体软件设计流程
第五章：介绍系统整体电路焊接硬件调试终整体系统软硬件联调
第二章 整体方案设计
21 需求分析
搭建简单智门锁系统作品需相应硬件软件结合设计基STM32智门锁系统实现功求：
(1) 显示屏显示操作界面
(2) 者通设置键进入理界面修改密码理指纹库IC卡信息理
(3) 密码断电会丢失具断电存储功
(4) 支持虚伪密码正确密码前意输入数字保护真实密码
(5) 录入正确指纹手指放指纹识模块面检测指纹正确便会开门锁
(6) 添加IC卡信息IC卡放读卡模块进行读取识检测IC卡信息正确开门锁
(7) 通键输入开锁密码密码匹配正确开锁
(8) 果指纹IC卡密码等信息识匹配错误五次识错误系统便会锁死
(9) 系统具备理员密码忘记密码理员密码开电磁锁
功需传感器模块实现输入密码需矩阵键模块指纹识需生物指纹识模块IC卡识需射频读取模块信息显示需LCD显示屏等通STM32芯片连接种传感器进行数处理实现述项功
22 系统整体方案
硬件系统设计软件系统设计组合构成基STM32智门锁系统设计硬件系统设计STM32F103C8T6单片机核心板电路AS608生物指纹识电路RC522读卡模块识电路薄膜矩阵键盘电路LCD12864液晶显示电路蜂鸣器电路组成软件系统设计中指纹识模块采集指纹数图化图二值化细化重滤波等方式进行处理存储指纹进行识匹配时LCD12864液晶显示屏显示处理程信息通RFIDRC522射频模块检测IC卡进行匹配查找存中否存该卡信息LCD12864液晶显示屏显示相关信息通矩阵键盘输入密码进行遍历匹配查找输入密码信息中否存正确密码通LCD液晶显示屏实时显示相关操作信息
23 系统整体框架图
实现述需求需传感器电路进行设计搭建系统整体框架图21示
STM32F103C8T6
指纹识电路
矩阵键盘电路
射频模块电路
LCD12864显示电路
蜂鸣器电路
图21 系统整体框图
第三章 硬件电路设计
31 硬件电路总体设计
种基STM32智门锁系统整体构成硬件AS608生物指纹识模块RC522读卡模块薄膜矩阵键盘模块LCD12864液晶显示屏模块源蜂鸣器模块STM32F103低功耗系列单片机电路组成电路电源部分分提供合适电压电源STM32单片机硬件功框图31示
图31 硬件电路功框图
32 传感器模块电路设计
321 STM32单片机核心电路设计
设计采STM32F103控芯片ARM32位CortexM3高性CPU核心工作频率72 MHz该芯片具三种低功耗模式包括睡眠模式外围设备仅CPU停止发生中断事件时连续运行停止模式功耗保持寄存器SRAM容[1]时STM32f103进入停止机状态时相关时钟会停止电池电压仅实时时钟RTC备份寄存器供电程度提高效功耗完成务该芯片具高集成度置复位电路带唤醒功低电压检测功稳压器兼容5V输入输出引脚精确部RC振荡器等开发员带灵活性突出简单结构制造工艺相关节特性外STM32f103系列提供额外功开发员够提高应程序设计效率行性STM32f103设置两种调试模式包括串行调试SWD接口通STLinkJLink进行调试达112快速I O端口轻松实现数字模拟I O单片机核心板电路图图32示
图32 STM32单片机核心板接口原理图
实物图图33示
图33 STM32单片机核心板实物图
322 ATKAS608生物指纹识模块
ATKAS608生物指纹识模块ALIENTEK公司推出种高性光学指纹识模块[2]AS608指纹识模块采中国著名指纹识芯片公司杭州晟元芯片技术限公司AS608指纹识芯片[2]该芯片具高效率获取图进行数特征提取处理该模块串行通信端口USB通信接口户该模块需理会部繁杂操作图处理指纹识算法需通串口发送指令进行控制该模块应场景许种例指纹锁保险箱指纹门禁系统考勤机等
3221 ATKAS608指纹识模块技术参数
（1）工作电压(V) ：30~36V典型值：33V
（2）工作电流(mA) ：典值：40mA范围：31~60mA
（3）USART 通讯：波特率(9600×N)N1~12默认 N6bps 57600
（4）USB 通讯：20FS (20 全速)
（5）传感器图(pixel) ：256*288pixel
（6）指纹存容量：300 枚(ID0~299)
（7）工作环境：温度(℃)20~60湿度<90（凝露）
3222 ATKAS608接口引脚说明
ATKAS608 指纹识模块采8芯125 mm间距单排插座接口引脚说明：
（1）第1引脚（Vi）：模块电源正输入端
（2）第2引脚（Tx）：串口数发送
（3）第3引脚（Rx）：串口数接收
（4）第4引脚（GND）：信号
（5）第5引脚（WAK）：感应信号输出端默认高电效
（6）第6引脚（Vt）：触摸感应电源输入端33v 供电
（7）第7引脚（U+）：USB D+
（8）第8引脚（U）：USB D
3223 模块指令格式
模块通串口外部控制器进行通讯模块进行通讯需正确命令包格式根传感器模块命令包格式该模块具命令包格式数包格式结束包格式三种指令格式指令包数格式图34示
图34 AS608模块指令格式
发送模块接收模块数包格式相
l 数包收命令包结束包发送
l 数包长度包长度校验总字节数
l 校验包标识符+校验字节
l 生成模块址前默认0xFFFFFF机命令生成模块址定生成址发送接收数包否模块拒绝接收发送数包
3224 ATKAS608模块应答格式
响应指相关命令执行状态执行结果发送机响应包含续软件包遵循参数机接收模块响应包确认包接收模块指令执行模块响应包包含参数：确认代码确认码表示指令已完成模块响应格式图35示
图35 AS608模块应答格式
3225 模块电路外观
AS608模块部PCB图36示
图36 AS608模块PCB电路
实物图图37示
图37 AS608模块实物图
323 RFIDRC522读卡模块
RFIDRC522读卡模块集成MFRC522芯片电路具低电压低成体积非接触式读取特点该模块方便成低廉采33v电压供电SPI接口进行通信机间通信采SPI模式利减少连线缩PCB板体积降低成保证模块稳定工作读卡距离远该模块功框图图38示
图38 RFIDRC522功框图
3231 RFIDRC522射频模块技术参数
（1）工作电流：13—26mA（DC）
（2）工作电压(V) ：2533 V电源
（3）工作频率：1356MHz
（4）工作温度：21—80℃
（5）放置温度：40—84℃
（6）相湿度：5—96
（7）部振荡器连接2712 MHz石英晶振编程定时器部检
3232 RFIDRC522接口引脚说明
RFIDRC522模块采7芯125 mm间距单排插座接口引脚说明：
（1）第1引脚（SDA）：数接口
（2）第2引脚（SCK）：时钟接口
（3）第3引脚（MOSI）：SPI接口发收
（4）第4引脚（MISO）：SPI接口收发
（5）第5引脚（NC）：悬空
（6）第6引脚（RST）：复位信号
（7）第7引脚（33V）：电源输入
3233 RFIDRC522通讯格式
RC522微控制器间通SPI接口进行高速串行通信SPI通信中RFIDRC522模块属模块时钟信号SCK机产生设备通MOSI引脚发送数设备模块通MISO引脚设备进行数交互
图39 连接带SPI接口微控器
读数
通SPI接口模块读取数通信格式图310示
图310 读数时MOSIMISO字节序
二写数
通SPI接口模块写入数通信格式图311示
图311 写数时MOSIMISO字节序
三模块址字节
模块应模块址需选某模块时需通SPI发送该模块址模块址字节格式图312示
图312 模块址字节格式
3224 模块封装外观
RFIDRC522模块采飞利浦制造商C522原装芯片设计读卡器电路方便成低芯片封装图313示
图313 RC522芯片封装
实物图图314示
图314 RFIDRC522模块实物图
324 LCD12864液晶显示模块
液晶作种显示装置广泛应仪器仪表电子设备等低功耗产品数字电路中数01保存通LCD控制器进行数操作结果[5]常汉字6000种ASCII表中128值收集两汉字汉字部代码剩余128位保留英文字符带字体带字体两种类型第种没字体LCD需户提供字体库设置种字体显示样式设计更加灵活第二章带字体LCD显示GB2312类型优点缺点根应场景灵活选择LCD12864液晶显示模块原理图图315示
图315 LCD12864液晶显示模块原理框图
3241 LCD12864液晶显示模块基参数
（1）工作电压：+30+55V直流
（2）分辨率：128×64 点
（3）模块置中文字库提供819216×16点阵汉字[6]
（5）通讯方式：串行口选
（6）显示颜色：蓝屏
（7）工作温度：0℃ ~ 54℃
（8）放置温度：21℃~ 63℃
3242 模块引脚说明
LCD12864液晶显示模块采20芯125 mm间距单排插座接口引脚说明图316示
图316 LCD12864引脚说明
3243 LCD12864液晶显示模块接口时序
1行通讯方式时序图：
图317 MPU写数模块时序图
图318 MPU模块读数时序图
2串行通讯方式时序图：
图319 串行连接时序图
3244 模块户指令集
次模块进行操作需确认模块忙说读取BF标志时BF必须0
图320 户指令集
3245 LCD12864模块外观
外观尺寸：93×70×125mm视域尺寸：73×39mm
图321 模块外观尺寸
LCD12864液晶显示模块实物图图322示
图322 LCD12864模块实物图
325 薄膜矩阵键盘模块
键盘矩阵结构单键直接连接引脚方法复杂相应读取识更复杂设计选薄膜矩阵键盘引脚采标准7芯杜邦头间距0254cm直接插排针连接电路键盘背面白色贴纸揭牢固粘贴物体表面方便放置电路原理图图323示
图323 LCD12864模块实物图
326 AMS111733v电源模块
该AMS1117系列电压调节器调种固定电压版里采AMS1117模块固定输出版固定输出33v电压STM32单片机提供工作电源模块电路原理图图324示
图324 AMS111733v模块原理图
3261 AMS11733v模块基参数
（1）正常工作输入电压：44V7V（DC）
（2）正常工作输出：33V8005mA
（3）12V电压差：输入输出高12V正常工作
（4）带电源指示灯
3262 AMS11733v模块外观
模块尺寸：86mm ´ 1233mm（指尖般）实物图图325示
图325 AMS111733v模块实物图
327 源蜂鸣器模块
源蜂鸣器采晶片集成电路（SOT塑封装）集成电路采金丝球焊接生产工艺复杂寿命长性稳定产品合格率高源蜂鸣器部带震荡源通电会发出声响
3271 基参数
（1）电压：3V直流电压
（2）电流：30MA
（3）声压：86db10cm
（4）谐振频率：2503kHZ
（5）工作温度：2070度
（6）重量：2g
3272 源蜂鸣器模块外观
源蜂鸣器模块高度09cm半径055cm电路板黑胶封闭具两引脚长引脚+’短引脚’
图326 源蜂鸣器模块外观示意图
实物图图327示
图327 源蜂鸣器模块实物图
第四章 系统软件设计分析
41 单片机程序开发环境
项目设计开发环境Keil uvisin5前较流行种嵌入式开发环境Keil uVision 5提供完整Windows开发环境界面支持CC++语言开发具高C语言编辑效率开发者非常方便C语言进行研发[7]Keil uvisin5开发界面图41示
图41 Keil uVision5软件开发界面图
中Keil具特点：
Keil支持Windows操作系统提供丰富开发库强开发调试工具
Keil完成完整软件开发工作编辑编译链接调试终仿真程
Keil uvisin5Keil uvisin4ide添加许新功例Keil uvisin5增强CortexM核心微控制器开发支持改进Keil uvisin4开发形式接口
42 ARM软件库开发流程
（1）首先建立Project工程先新建文件夹保存工程固件库文件
（2）工程文件里分添加STARUPCMSISSTM32F4xx_StdPeriph_DriverUserDoc组目录
（3）工具链中CC++选项卡里面指定头文件目录
（4）工具链中CC++选项卡里面添加两宏：
USE_STDPERIPH_DRIVERSTM32F429_439xx
（5）屏蔽掉需文件：
stm32f4xx_ceccstm32f4xx_dsicstm32f4xx_flash_ramfurccstm32f4xx_fsmccstm32f4xx_qspic
（6）删stm32f4xx_itc文件里面代码语句：
#include mainh TimingDelay_Decrement()
（7）配置仿真器完成工程建立具体工程开发图42示
图42 Keil uVision5软件开发流程图
43 系统软件流程图
该系统keil uVision 5软件设计程序语言采C语言编写具良读性移植性系统流程图图43示
图43 系统运行流程图
第五章 系统焊接调试
51 电路焊接
手工焊接种常见原始焊接方法目前然许工厂焊接生产基该方法进行系统测试会常手工焊接[8]重果焊接程中出现问题整控制系统会受影响说焊接会控制系统手工焊接四步组成：
第步开始焊接焊接方清理干净油渍灰尘然焊接部分定方两角度折叠心交叉零件腿会影响焊接接焊接头接触焊接部件底部放电线应该注意焊头接触零件脚否两零件焊接起
第二步热焊接第步步加热焊锡丝热烙铁放设备引脚旁边慢慢熔化焊丝必须注意电烙铁温度加热时间果时间太长焊接面包板衬垫通常建议电烙铁温度调节约400度加热约2秒钟例外基设备类具体差异焊接程中需移焊接部分时需加热焊接部分操作焊接处修补焊丝焊点变圆然通电火花加工加热焊接处加热程中直接移部件时必须采取注意时间否垫损坏
第三部分焊接表面清洁第二步完成时会发现焊接完美害怕焊接错误需焊接进行添加修改会出现两种情况种焊锡足焊点圆时必修理焊点时应注意增加焊料数量否时间段容易连接引脚第二点焊料时您烙铁回滑动焊料带走余焊料果吸锡器
第四部分焊点检查完成前面三步骤需系统电路进行整体观察查焊接点否完整光亮牢固否引脚连接否漏焊
52 系统调试
记住必须认真观察焊接系统否存问题例正极负极反连接者连接明显断裂虚焊问题等然万表检查否存严重电源问题例正极负极间短路确保系统焊接没问题
配置完成调试台需调试软件程序果程序调试没问题请开始验证系统功否符合求果功没满足设计求者存问题继续重复进行调试程序直满足功求止
521 系统程序调试
前面新建工程里面完成整体代码编写然单击keil uvisin5软件左角编译钮系统工程代码文件进行编译keil uvisin5软件面Build Output窗口中相应提示信息果错误消息必须提示查找纠正错误直没错误实物功满足求止（果般警告忽略）
图51 程序编译误提示界面
522 系统硬件调试
软件调试完成接整硬件进行测试种调试设备焊接板进行整体调试例：万表直流电源示波器等检查设备否够工作进行正常
（1）肉眼进行观察仔细观察焊接点否虚焊现象器件间否存短接现象导致系统短路
（2）万表进行调试首先检查电源否短路然测量引脚连接否正确否存接线错误
（3）电检查完成第步第二步接开电源系统进行通电电观察模块否工作正常然逐测试功
53 实物测试
整系统进行软件硬件联调达项目设计求支持指纹NFC密码感应卡四种方式进行开锁通LCD12864液晶显示屏显示系统操作界面分运行界面密码理界面指纹理界面IC卡理界面具分级理权限理员权限进行增删信息修改密码添加者删指纹信息IC卡信息等支持虚伪密码正确密码前意输入数字保护真实密码次密码指纹开锁失败劫持开锁理员密码开锁恢复正常
测试系统项功测试正常符合设计求图52示
图52 实物运行测试图
参考文献
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[12] 基物联网智门锁系统设计开发[J] 陈殊数字技术应2018(01)
致谢
想离开校园心中舍回顾整学四年学生涯心中越发感慨文完成际谨指导老师致衷心感谢感谢路走陪伴身边伙伴老师予诸帮助建议够健康生长利完成学业
首先幸运学年级遇导师——艾广燚老师开始带领样刚踏进学雏进行种竞赛培训参加种赛提供学建议老师间师友起吃宵夜谈生仅学业予帮助日常生活诸关指明迷惑鞭策努力学生活学期间放虚度学四年光阴次毕业项目设计毕业文撰写程中老师煞费苦心尤年新冠疫情原够利完成毕业设计文老师全职奶爸带七娃娃啥问题老师会第时间解答甚半夜两三点发信息老师基时回复群孩子太累衷感谢老师辛苦付出
次感谢陪伴学四年四处征战队伍——咸鱼队然队伍咸鱼队点咸鱼够参加竞赛会努力参加赛程中甚熬夜通宵家常便饭够收获许宝贵验进入社会奠定定基础正谓逗生活欢乐间时时会互相调侃方隐藏民间段子手言合飙车枯燥紧张竞赛生活添加许乐趣时非常想念时种生活啊
外审阅文教授老师致深切敬意感谢毕业设计文提出宝贵意见指导
感谢母校母校提供优良学氛围条件提供竞赛实验室图书资料种竞赛资格等四年学生活受益匪浅衷心祝愿母校明天更加美
附录
附件1 STM32F103C8T6核心板原理图PCB图
附件2 系统整体硬件图实物运行示意图
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