• 【毕业设计】基于单片机的门禁系统 - 嵌入式 物联网

    文章目录

    1 简介

    Hi，大家好，这里是丹成学长，今天向大家介绍一个学长做的单片机项目

    基于单片机的门禁系统

    大家可用于 课程设计 或 毕业设计


    单片机-嵌入式毕设选题大全及项目分享:

    https://blog.csdn.net/m0_71572576/article/details/125409052


    2 课题背景

    门禁系统的基本组成主要包括身份识别、传感与报警、处理与控制、电锁与执行、管理与设置。

    本系统从应用角度出发，针对家庭或小型办公场所的使用需求，主要从两个方面着手优化设计:一是硬件搭建上坚持低功耗设计，加入电源管理模块供电；二是在软件实现上，尝试多种策略来提高系统的响应速度，并考虑多种情况下的报警处理，提高系统的安全性。

    3 详细设计

    3.1 整体设计方案

    学长设计的禁系统主控制芯片采用 STM32 单片机 STM32F103， 指纹识别模块采用 ATK-AS608 模块， 并用 LCD12864 显示处理的结果信息。 尝试多种策略来提高系统识别和响应速度。

    3.2 功能模块

    实现的主要功能有：

    通过usb转串口，进行指纹的录入。

    通过编程软件keil4将程序烧录到主控板STM32F103，LCD12864液晶屏幕显示“请输入您的指纹”，若指纹模块初始化失败，则显示“录入指纹失败”。用录入指纹开锁，若指纹识别成功，电磁锁开锁；

    若指纹识别不成功，则语音提示“叮铃叮铃”，液晶显示“识别指纹失败”，在这种情况下，还剩两次录入机会，若三次指纹识别均失败，则系统会报警。

    通过密码也可以开锁，同样有三次机会。预先用矩阵键盘登记保存密码，登记密码时，需要6-13位字符，按“#”号键结束。

    听到“请再输入同一密码”，再次在按键板上输入同一密码；听到“密码登记成功”，液晶屏上会显示添加成功。

    用密码开锁时，若三次匹配失败，则系统会报警，液晶屏会显示“开门失败”。

    该系统的结构主要包括6个模块：

    • 门锁控制模块
    • 主控制芯片
    • 矩阵键盘模块
    • 指纹识别模块
    • 液晶显示
    • 电源管理模块.

    在这里插入图片描述

    3.3 软件设计

    设计一个童锁功能，软件实现流程如下：
    在这里插入图片描述

    主程序流程:

    在这里插入图片描述
    主程序主要包括上电初始化、指纹设置、密码设置、指纹识别模块、继电器驱动模块、密码处理模块、语音报警模块等子程序构成.

    4 实现效果

    在这里插入图片描述

    5 部分实现代码

    指纹模块代码：

    #ifndef __TFS_M64_H
#define __TFS_M64_H
 
#include "stm32f10x.h"
 
#define TRUE  1
#define FALSE 0
 
//基本应答信息定义
#define ACK_SUCCESS    0x00 //操作成功
#define ACK_FAIL       0x01 //操作失败
#define ACK_FULL       0x04 //指纹数据库已满
#define ACK_NOUSER     0x05 //无此用户
#define ACK_USER_EXIST 0x07 //用户已存在
#define ACK_TIMEOUT    0x08 //采集超时
 
#define ACK_GO_OUT		    0x0F
//用户信息定义
#define ACK_ALL_USER      0x00
#define ACK_GUEST_USER 	  0x01
#define ACK_NORMAL_USER 	0x02
#define ACK_MASTER_USER   0x03
 
#define USER_MAX_CNT	   50
 
//位置定义
#define HEAD 0
#define CMD  1
#define CHK  6
#define TAIL 7
 
#define P1   2
#define P2   3
#define P3   4
#define Q1   2
#define Q2   3
#define Q3   4
 
//命令定义
#define CMD_HEAD		  0xF5
#define CMD_TAIL		  0xF5
#define CMD_ADD_1  		0x01
#define CMD_ADD_2 		0x02
#define CMD_ADD_3	  	0x03
#define CMD_MATCH		  0x0C
#define CMD_DEL			  0x04
#define CMD_DEL_ALL		0x05
#define CMD_USER_CNT  0x09
#define CMD_SLEEP_MODE		0x2C
#define CMD_ADD_MODE  0x2D
 
#define CMD_FINGER_DETECTED 0x14
 
extern uint8_t gFpmTxBuf[9];
extern uint8_t gFpmRxBuf[9];
extern uint8_t gFpmRxCnt;
 
 
uint8_t fpm_sendAndReceive(uint16_t delayMs);
uint8_t fpm_sleep(void);
uint8_t fpm_setAddMode(uint8_t mode);
uint8_t fpm_readAddMode(void);
uint16_t fpm_getUserNum(void);
uint8_t fpm_deleteAllUser(void);
uint8_t fpm_deleteUser(uint8_t userNum);
uint8_t fpm_addUser(uint8_t userNum, uint8_t userPermission);
uint8_t fpm_compareFinger(void);
 
 

#include "tfs-m64.h"
#include "usart2.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
///指纹模块 ：Fingerprint module
 
uint8_t gFpmTxBuf[9];
uint8_t gFpmRxBuf[9];
uint8_t gFpmRxCnt;
 
 
/**
  * @brief  通过串口向指纹模块发送命令并接收响应指令
  * @param  timeOut：超时时间（单位：ms），在此时间内如果仍未接收到响应指令按超时处理
  * @retval 应答信息
  */
uint8_t fpm_sendAndReceive(uint16_t timeout)
{
  uint8_t  i, j;
  uint8_t checkSum = 0;  //校验码
	 
  gFpmRxCnt = 0; //接收计数清零，相当于清空缓冲区
	gFpmTxBuf[5] = 0; //命令数据的第六位始终为零
  
  /*发送8位数据包*/
  usart2_sendByte(CMD_HEAD);		//数据头
  for (i = 1; i < 6; i++)       //中间数据段
  {
    usart2_sendByte(gFpmTxBuf[i]);		 
    checkSum ^= gFpmTxBuf[i];
  }
  usart2_sendByte(checkSum);    //校验码
  usart2_sendByte(CMD_TAIL);    //数据尾
 
  while (gFpmRxCnt < 8 && timeout > 0)
  {
    delay_ms(1);
    timeout--;		   
  }
  
  if (gFpmRxCnt != 8) return ACK_TIMEOUT;
  if (gFpmRxBuf[HEAD] != CMD_HEAD) return ACK_FAIL;
  if (gFpmRxBuf[TAIL] != CMD_TAIL) return ACK_FAIL;
  if (gFpmRxBuf[CMD] != (gFpmTxBuf[CMD])) return ACK_FAIL;
 
  checkSum = 0;
  for (j = 1; j < CHK; j++) {   
    checkSum ^= gFpmRxBuf[j];
  }
	if (checkSum != gFpmRxBuf[CHK]) {
    return ACK_FAIL;
  }
	 return ACK_SUCCESS;
}	 
 
/**
  * @brief  使指纹模块进入休眠模式
  * @param  none
  * @retval 应答信息（ACK_SUCCESS  ACK_FAIL）
  */
uint8_t fpm_sleep(void)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_SLEEP_MODE;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = 0;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(500);
  
  if(res == ACK_SUCCESS) {
    return ACK_SUCCESS;
  }
  else {
    return ACK_FAIL;
  }
  
}
 
/**
  * @brief  设置指纹的添加模式
  * @param  mode：指纹的添加模式（0：允许重复 1：禁止重复）
  * @retval 应答信息（ACK_SUCCESS  ACK_FAIL）
  */
uint8_t fpm_setAddMode(uint8_t mode)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_ADD_MODE;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = mode;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(200);
  
  if(res == ACK_SUCCESS && gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
    return ACK_SUCCESS;
  }
  else {
    return ACK_FAIL;
  }
}
 
/**
  * @brief  读取指纹的添加模式
  * @param  none
  * @retval 应答信息（0：允许重复 1：禁止重复）
  */
uint8_t fpm_readAddMode(void)
{ 
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_ADD_MODE;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = 0;
  gFpmTxBuf[P3] = 0X01;
  
  fpm_sendAndReceive(200);
  
  return gFpmRxBuf[Q2];
}
 
/**
  * @brief  获取用户数（实际上应该是指纹数，这里用用户数表示是为了与通信协议表述一致）
  * @param  none
  * @retval 应答信息（指纹的数目）
  */
uint16_t fpm_getUserNum(void)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_USER_CNT;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = 0;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(200);
  
  if(res == ACK_SUCCESS && gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
    return gFpmRxBuf[Q2];
  }
  else {
    return 0XFF;
  }
  
}
 
/**
  * @brief  删除所有的指纹
  * @param  none
  * @retval 应答信息（ACK_SUCCESS  ACK_FAIL）
  */
uint8_t fpm_deleteAllUser(void)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_DEL_ALL;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = 0;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(200);
  
  if(res == ACK_SUCCESS && gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
    return ACK_SUCCESS;
  }
  else {
    return ACK_FAIL;
  }
}
 
/**
  * @brief  删除制定位置的指纹
  * @param  userNum：指纹的位置（1-255）
  * @retval 应答信息（ACK_SUCCESS  ACK_FAIL）
  */
uint8_t fpm_deleteUser(uint8_t userNum)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_DEL;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = userNum;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(200);
  
  if(res == ACK_SUCCESS && gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
    return ACK_SUCCESS;
  }
  else {
    return ACK_FAIL;
  }
}
 
/**
  * @brief  录入指纹
  * @param  userNum：指纹存入的位置（1-255）
  * @param  userPermission：用户权限（1-3），具体含义自行定义。
  * @retval 应答信息（ACK_SUCCESS  ACK_FAIL  ACK_USER_EXIST  ACK_TIMEOUT）
  */
uint8_t fpm_addUser(uint8_t userNum, uint8_t userPermission)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_ADD_1;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = userNum;
  gFpmTxBuf[P3] = userPermission;
  
  res = fpm_sendAndReceive(30000);
 
  if(res == ACK_SUCCESS) {
    if(gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
      gFpmTxBuf[CMD] = CMD_ADD_2;
      
      res = fpm_sendAndReceive(30000);
      
      if(res == ACK_SUCCESS) {
        if(gFpmRxBuf[Q3] == ACK_SUCCESS) {
          gFpmTxBuf[CMD] = CMD_ADD_3;
          
          res = fpm_sendAndReceive(30000);
          
          if(res == ACK_SUCCESS) {
            return gFpmRxBuf[Q3];
          }  
        }
      }
    }
  }
  return res;
 
}
 
/**
  * @brief  通过1：N的方式比较指纹
  * @param  none
  * @retval 匹配指纹的信息
  */
uint8_t fpm_compareFinger(void)
{
  uint8_t res;
  
  gFpmTxBuf[CMD] = CMD_MATCH;
  gFpmTxBuf[P1] = 0;
  gFpmTxBuf[P2] = 0;
  gFpmTxBuf[P3] = 0;
  
  res = fpm_sendAndReceive(30000);
  
  if(res == ACK_SUCCESS) 
  {
    if(gFpmRxBuf[Q3] == ACK_NOUSER) {
      return ACK_NOUSER;
    }
    if(gFpmRxBuf[Q3] == ACK_TIMEOUT) {
      return ACK_TIMEOUT;
    }
    if((gFpmRxBuf[Q2] != 0) && (gFpmRxBuf[Q3] == 1 || gFpmRxBuf[Q3] == 2 || gFpmRxBuf[Q3] == 3)) {
      return ACK_SUCCESS;
    }
  }
  return res;
}



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