CN112509200A

CN112509200A - 一种基于stm32的智能门禁系统

Info

Publication number: CN112509200A
Application number: CN202011392617.4A
Authority: CN
Inventors: 柳梦瑶; 于天河
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-03-16

Abstract

本发明是一种基于STM32的智能门禁系统，属于计算机技术领域。本次发明设计的目的就是弥补现有门禁系统的不足，放弃传统单一验证方式，使用了指纹识别和射频识别技术两种方式进行身份验证，即实现了门禁系统的多重验证方式。设计实现分为软件以及硬件两大部分。其中硬件部分采用STM32为控制器，结合了电源模块、射频识别模块、指纹识别模块、继电器模块等构建门禁系统终端的总体硬件架构。而软件部分需要结合上述的硬件架构，运用模块化设计思路，设计开发主程序设计模块，指纹识别门禁模块以及射频识别门禁模块。上位机使用了C语言进行设计开发，进而实现了门禁管理系统的设计。本发明主要应用于公共建筑的智能安全防范设施。

Description

一种基于STM32的智能门禁系统

技术领域

本发明具体涉及一种基于STM32的支持多种验证方式的、可应用于公共建筑的智能门禁系统，属于计算机技术领域。

背景技术

针对于公共建筑所设计的门禁系统是为了可以保证在相对公开场所(例如办公室、酒店)中人们的人身以及财产安全。指纹识别属于生物识别技术中应用较为广泛的一种，生物识别技术由于它安全、便捷等优点在近些年来得到高度关注。所以，依靠生物识别技术所设计的门禁系统比起其他方式验证的系统更加安全可靠。而指纹识别技术既实用也不会对人体产生任何的负面影响，是目前发展的较为成熟的一种生物识别技术。而射频识别技术则完美的代替了传统的钥匙，解决了钥匙不方便携带和开门过程繁琐等问题。

目前应用的很多门禁系统还存在着很大的缺陷和不足。单一认证的门禁系统安全性远远不够，不能满足使用者多元化的要求，也同样不适用于对安全性要求较高的公共建筑。传统的门禁系统不仅在安全性上具有缺陷，便捷性也很低，使用户进出门的效率降低，不具有实用性。从另外的角度分析，进出门的人员及其信息也并没有记录，这就导致无法对经常出入的使用者信息进行管理，一旦出现安全问题这一缺陷就会暴露。

发明内容

为了克服上述传统门禁系统的各种不足之处，本发明提出了一种安全性更高、便捷性更强的智能门禁控制和安防系统，与现有传统门禁系统相比，该系统有效解决了一下几个关键问题：一方面有效解决、传统门禁系统验证方式单一的问题，基于STM32的智能门禁系统，采用了指纹识别和RFID射频识别这两种方式组成门禁系统，这样就可以使进出方式更加多元化，更大程度上满足使用者的需求。另一方面从硬件设计以及软件设计两个不同的角度出发对系统进行分析以及实现，使得智能门禁系统的安全性以及实用性大大提高。比起传统的门禁系统也更加的智能，可以通过软件部分的设计来实现有限管理门的开关，同时还可以保留进出人员的信息，做到进出人员均有记录。

本发明所涉及的一种基于STM32的智能门禁系统的技术方案具体如下：

该系统的设计主要包含以下几个方面：STM32主控模块、射频识别模块、指纹识别模块、继电器模块、LCD显示模块、蜂鸣器模块、门禁系统管理模块；考虑到使用方便性和能耗问题设计了电源模块，设备将由+5V直流电源供电，通过正向低压降稳压器AMS1117-3.3输出电压为3.3V的稳定的直流电压，为该系统提供电源电压。

所述的射频识别模块利用阅读器及其天线发送特定频率的射频信号，在无源标签进入阅读器天线工作区域是，标签天线产生工作电流，使得标签取得能量然后被激活，这样标签就会通过天线发送存储的信息，随即有源标签就会发送某一特定频率得信号。在阅读器接收到来自标签的信息后阅读器就会对信号进行调制和解调，处理后将信息发送给后台的应用系统。最后后台的应用系统就会对信息进行逻辑运算，完成操作。

所述的指纹识别模块是通过比较指纹的细节特征来鉴别指纹是否为同一手指。指纹识别过程要先注册后识别，进行预操作；随后对所提取出的指纹进行特征提取，提取出的特征值作为模板保存到数据库中，至此完成注册过程；注册后进行识别，识别也要先进行预处理及特征提取，将后者提取出的结果与注册时保存的模板相对比，从完成指纹的验证。

所述的STM32主控模块采用ARM Contex-M3内核得32位微处理器STM32F-103ZET6作为主控制器，该芯片采用32位的RISC内核。为了方便后期的维护，要采用电阻来隔离MCU部分和外部的电源；为了确保后备区域供电脚VBAT不断电，采用CR1220纽扣电池和外部电源(VCC3.3)混合供电方式，即外部电源供电时，CR1220纽扣电池不供电，CR1220给BVAT供电时，VCC3.3断开。

所述的继电器模块可以对被控制的电路实现通断的控制，即用小电流去控制大电流从而实现电路的通断，能对电路起到自动调节、安全保护等作用。继电器模块是通过主控模块的IO楼与三极管链接来驱动的，就可以控制门的开关，其中三极管就可被视为控制开关。

本发明的有益效果为：

一种基于STM32的智能门禁系统，本发明提出了一种功能齐全的可快速实现智能化的门禁系统。该系统解决了当前智能门禁系统比较功能单一的问题，完成了多种验证方式的系统，方便用户使用多渠道打开门禁，也可通过计算机软件控制门禁开关、记录出入门禁用户记录等关键需求，提高门禁系统的智能化，帮助管理者对公共场所更好的掌控。通过STM32主控所有功能模块，使其达到安装时对方便性的要求，减少了安装过程中人力或资源上的浪费，而且针对后期设备进行升级的问题，可以不需要拆卸设备就可以系统设备进行升级改造。该系统嵌入LCD显示界面实现只需电脑即可对智能门禁系统的控制与记录。

附图说明

图1为本发明的整体结构框图；

图2为本发明的阅读器电路的组成框图；

图3为本发明的应答器内部结构图；

图4为本发明的反向散射耦合电路结构图；

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

一种基于STM32的智能门禁系统，主要特征在于图1的结构框图，它主要包括一个STM32单片机主控模块(1-1)、上位机模块(1-2)、继电器模块(1-4)、蜂鸣器模块(1-5)、MFRC522模块(1-6)、LCD液晶显示模块(1-7)、AS608指纹识别模块(1-8)，它们搭载电源模块(1-3)实现将+5V直流电源接入设备从而稳定运行；所述的STM32主控模块(1-1)采用4条通信线与外部器件相连接；以MISO和MOSI为主/从设备输入/输出信号线，以SCLK为时钟信号线，把系统产生的输出作为从设备的输入；NSS的作用为多个从设备与MCU相连时，由主机控制设备从设备的NSS信号线为低电平，选中该从设备，避免了SPI总线上的冲突；所述的继电器模块(1-4)是由STM32主控芯片(1-1)的I/O口与三极管相连来驱动的，进而实现门的开关。三极管即为控制开关，当基极被输入高电平时，三极管饱和导通，开关闭合；当基极被输入低电平时，三极管截止，开关断开；所述的蜂鸣器模块(1-5)不是由STM32主控模块(1-1)的I-O口直接驱动的，而是与三极管S8050相连，扩流后再驱动蜂鸣器；所述的LCD液晶显示模块(1-7)选用了TFT-LCD模块，模块的RST信号线不由软件控制，直接连接STM32主控芯片(1-1)的复位引脚。

实施例2

一种基于STM32的智能门禁系统的阅读器组成框图如图2所示，包括读写器天线(2-1)、发射机(2-2)、接收机(2-4)、编码器(2-3)、译码器(2-5)、逻辑单元(2-6)、通信接口(2-8)、电源(1-3)、I/O接口(2-9)、存储器(2-7)，系统通过发射机(2-2)发射信号，由接收(2-4)负责接收传送回的信号，发射机(2-2)和接收机(2-4)共同构成收发机，负责与读写器天线进行信息交互；由发射机(2-2)和接收机(2-4)经过信息传输后得到的数据紧接着就要被传送到微处理器中，微处理器是由编码器(2-3)、逻辑单元(2-6)、译码器(2-5)组成，微处理器负责了把传入的数据进行加工处理，再将数据处理的结果存入存储器(2-7)，而后传入STM32主控模块(1-1)的I/O接口中；通信接口(2-8)与网络通信接口连接。

所述的译码器(2-5)的内部结构如图3所示，其主要方法在于：内置的天线用于与阅读器进行通信，是于阅读器连接的关键部分；ERPROM(3-5)和ROM(3-6)可以存储标签内信息，调制器(3-1)与解调器(3-2)分别负责对天线收到的信号进行解调和解码等操作，并对标签需要发送的信号进行编码、解调等操作。

实施例3

一种基于STM32的智能门禁系统的反向散射耦合模块(1-6)如图4所示，根据标签内能量被激活的特性，其中射频识别模块(1-6)中的阅读器(4-1)以及天线始终持续发送特定频率的信号，射频卡接收到阅读器(4-1)的返回信息时，未被调制的载波能量就被转化为电压，给标签提供能量；另一部分的载波能量备用老向阅读器(4-1)传送薪资，阅读器(4-1)、天线和由电源电路(1-3)、存储和控制电路(4-4)、负载调制(4-2)共同构成了一个收发系统，在这个收发系统中的电源电路(4-2)负责为应答器(4-3)提供稳定电源支持，负载调制(4-2)负责为传入射频识别模块(1-6)的信号进行调制，此时阅读器(4-1)接收到信息后，就会将发送进来的信息进行解调以及解码，发送到后台应用系统，进而实现验证身份的目的；RFID的频率使用的是ISM频段，本发明使用的是MF RC522集成射频读写芯片；该发明中的STM32通过图4中的SPI总线方式与MF RC533连接，最高传输速率为10Mbps。

Claims

1.一种基于STM32的智能门禁系统，其特征是：主要包括一个STM32单片机主控模块、上位机模块、继电器模块、蜂鸣器模块、MF RC522模块、LCD液晶显示模块、AS608指纹识别模块，它们之间通过各种协议与外部传感器进行通信，并搭载电源模块实现将+5V直流电源接入设备从而稳定运行；所述的STM32主控模块中的SPI以主/从方式工作，采用4条通信线与外部器件相连接；以MISO和MOSI为主/从设备输入/输出信号线，以SCLK为时钟信号线，把系统产生的输出作为从设备的输入；NSS的作用为多个从设备与MCU相连时，由主机控制设备从设备的NSS信号线为低电平；所述的继电器模块是由STM32主控芯片的I/O口与三极管相连来驱动的，进而实现门的开关，三极管即为控制开关，当基极被输入高电平时，三极管饱和导通，开关闭合；当基极被输入低电平时，三极管截止，开关断开；所述的蜂鸣器模块不是由STM32主控模块的I-O口直接驱动的，而是与三极管S8050相连，扩流后再驱动蜂鸣器；所述的LCD液晶显示模块选用了TFT-LCD模块，模块的RST信号线不由软件控制，直接连接STM32主控芯片的复位引脚。

2.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能门禁系统，其特征在于：包括读写器天线、发射机、接收机、编码器、译码器、逻辑单元、通信接口、电源、I/O接口、存储器，系统通过发射机发射信号，由接收负责接收传送回的信号，发射机和接收机共同构成收发机，负责与读写器天线进行信息交互；由发射机和接收机经过信息传输后得到的数据紧接着就要被传送到微处理器中，微处理器是由编码器、逻辑单元、译码器组成，微处理器负责了把传入的数据进行加工处理，再将数据处理的结果存入存储器，而后传入STM32主控模块的I/O接口中；通信接口与网络通信接口连接以保证数据在系统间的流动性，与射频模块紧密相连的应答器的内部结构如图3所示，其主要方法在于：内置的天线用于与阅读器进行通信，是于阅读器连接的关键部分；ERPROM和ROM可以存储标签内信息，调制器与解调器分别负责对天线收到的信号进行解调和解码等操作，并对标签需要发送的信号进行编码、解调等操作。

3.根据权利要求1所述的一种基于STM32的智能门禁系统，其特征在于：根据标签内能量被激活的特性，其中射频识别模块中的阅读器以及天线始终持续发送特定频率的信号，射频卡接收到阅读器的返回信息时，未被调制的载波能量就被转化为电压，给标签提供能量；另一部分的载波能量备用老向阅读器传送薪资，阅读器、天线和由电源电路、存储和控制电路、负载调制所组成的应答器共同构成了一个收发系统，在这个收发系统中的电源电路负责为应答器提供稳定电源支持，负载调制负责为传入射频识别模块的信号进行调制，此时阅读器接收到信息后，就会将发送进来的信息进行解调以及解码，发送到后台应用系统，进而实现验证身份的目的；RFID的频率使用的是ISM频段，本发明使用的是MF RC522集成射频读写芯片；该发明中的STM32通过图4中的SPI总线方式与MF RC533连接，最高传输速率为10Mbps。