原標題：基于STM32的智能門禁系統（源碼+演示+實物圖）

基于STM32的智能門禁系統設計與實現

引言

隨著智能家居技術的快速發展，智能門禁系統已成為家庭、辦公場所及公共區域安全管理的核心組件。傳統機械門鎖存在鑰匙易丟失、安全性低等問題，而基于STM32的智能門禁系統通過集成指紋識別、RFID刷卡、密碼輸入及藍牙APP遠程控制等功能，顯著提升了安全性和便捷性。本文將詳細闡述系統設計原理、元器件選型、硬件連接、軟件實現及實物演示，為開發者提供完整的技術參考。

元器件選型與功能分析

1. 主控芯片：STM32F103C8T6

選型理由：STM32F103C8T6是意法半導體推出的基于ARM Cortex-M3內核的32位微控制器，主頻高達72MHz，具備豐富的外設接口（如UART、SPI、I2C等）和低功耗特性。其512KB Flash和64KB RAM可滿足多任務處理需求，且價格親民（約10元人民幣），是智能門禁系統的理想選擇。
功能：作為核心控制單元，STM32負責接收指紋傳感器、RFID讀卡器、矩陣鍵盤等模塊的數據，執行邏輯判斷并控制步進電機模擬門鎖開關。

2. 指紋識別模塊：AS608

選型理由：AS608是一款高性能光學指紋傳感器，支持1:N指紋比對（最多存儲1000枚指紋），識別速度快（<1秒），且具備抗靜電干擾能力。其UART通信接口與STM32無縫對接，簡化開發流程。
功能：通過采集用戶指紋圖像并提取特征點，與預先存儲的指紋模板進行比對，實現指紋開鎖。

3. RFID讀卡器：MFRC522

選型理由：MFRC522支持ISO14443A標準的非接觸式IC卡（如Mifare S50），工作頻率13.56MHz，通信距離可達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，與系統內授權卡號列表比對，驗證通過后觸發開鎖。

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，系統驗證密碼正確性后開鎖。

5. 藍牙模塊：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）和穩定通信性能（10米有效距離）適合遠程控制場景。
功能：通過手機APP發送開鎖指令或密碼，藍牙模塊接收后轉發至STM32處理。

6. 步進電機：28BYJ-48

選型理由：28BYJ-48為5線4相步進電機，工作電壓5V，驅動電流小（約50mA），通過ULN2003驅動芯片可實現精準角度控制。其成本低（約3元人民幣），適合模擬門鎖開關。
功能：接收STM32的脈沖信號，驅動門鎖執行機構完成開鎖/關鎖動作。

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），適合顯示系統狀態、時間及操作提示。
功能：實時顯示門禁狀態（如“已鎖定”“指紋驗證中”）、時間及用戶操作界面。

8. 蜂鳴器：有源/無源

選型理由：有源蜂鳴器內置振蕩電路，僅需提供直流電壓即可發聲；無源蜂鳴器需外部驅動信號。本系統選用有源蜂鳴器（約1元人民幣），簡化電路設計。
功能：密碼錯誤或非法操作時發出警報音。

9. 電源管理模塊

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

硬件電路設計

1. 主控電路

STM32F103C8T6最小系統包括復位電路、晶振電路及SWD調試接口。晶振選用8MHz無源晶振，電容匹配為22pF；復位電路采用10kΩ電阻和0.1μF電容。

2. 指紋識別模塊連接

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換芯片與5V系統兼容。

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。為增強信號穩定性，需在MISO線上串聯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10ms）。

5. 藍牙模塊連接

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

6. 步進電機驅動電路

28BYJ-48通過ULN2003驅動芯片連接，ULN2003的輸入端接PB8~PB11，輸出端接電機四相。需在電機兩端并聯續流二極管（1N4007），防止反向電動勢損壞電路。

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，負極接地。通過STM32的GPIO輸出高低電平控制蜂鳴器發聲。

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3.3V電源總線。需在輸入端并聯10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容濾波。

軟件設計與實現

1. 系統初始化

void System_Init(void) {
// 初始化時鐘、GPIO、UART、SPI、I2C等外設
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
USART1_Init(9600); // 藍牙模塊
USART2_Init(9600); // 指紋模塊
SPI1_Init();       // RFID讀卡器
SPI2_Init();       // OLED顯示屏
Motor_Init();      // 步進電機
BEEP_Init();       // 蜂鳴器
OLED_Init();       // OLED顯示屏
RTC_Init();        // 實時時鐘
}

2. 指紋識別功能

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

// 讀取預設密碼（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*
}
}

// 驗證密碼
if (memcmp(password, input_password, 4) == 0) {
return 1; // 密碼正確
} else {
BEEP_Alarm(); // 蜂鳴器報警
return 0; // 密碼錯誤
}
}

5. 藍牙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(); // 關門
}
}
}

6. 主循環邏輯

int main(void) {
System_Init(); // 系統初始化
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)) { // 驗證卡號
Motor_OpenDoor(); // 開門
}
}

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

// 檢測藍牙指令
Bluetooth_Process();

// 顯示時間
Display_Time();
}
}

實物演示與測試

1. 實物連接圖

• 主控板：STM32F103C8T6最小系統板

• 外設模塊：AS608指紋模塊、MFRC522 RFID讀卡器、4×4矩陣鍵盤、HC-05藍牙模塊、28BYJ-48步進電機、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“指紋驗證中”，驗證通過后步進電機模擬開鎖，蜂鳴器短響一聲。

2. RFID刷卡開鎖：用戶刷授權卡，OLED顯示“刷卡成功”，步進電機模擬開鎖。

3. 密碼開鎖：用戶輸入4位密碼，驗證通過后步進電機模擬開鎖。

4. 藍牙APP開鎖：手機APP發送“OPEN”指令，步進電機模擬開鎖。

5. 非法操作報警：密碼錯誤或刷未授權卡時，蜂鳴器持續報警。

3. 穩定性測試

• 連續工作測試：系統連續運行72小時，無死機或復位現象。

• 功耗測試：待機功耗約0.5W，開鎖瞬間功耗約2W。

• 抗干擾測試：在強電磁場環境下，系統仍能穩定工作。

總結與展望

本文詳細闡述了基于STM32的智能門禁系統設計，從元器件選型、硬件電路設計到軟件實現，均提供了完整的技術方案。系統通過集成指紋識別、RFID刷卡、密碼輸入及藍牙APP控制等功能，顯著提升了安全性和便捷性。未來可進一步優化系統，例如：

1. 增加人臉識別功能：采用OV7670攝像頭模塊，實現人臉開鎖。

2. 接入云平臺：通過ESP8266 Wi-Fi模塊將門禁數據上傳至云端，實現遠程監控與管理。

3. 優化電源管理：采用鋰電池供電，增加太陽能充電功能，提升系統續航能力。

智能門禁系統作為智能家居的重要組成部分，將在未來家庭、辦公場所及公共區域安全管理中發揮更大作用。開發者可根據實際需求，靈活調整系統功能，打造更加安全、便捷的智能門禁解決方案。