原標(biāo)題：【畢業(yè)設(shè)計(jì)】Stm32的RFID智能門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)（原理圖+代碼+PCB原理圖+仿真+教程）

STM32的RFID智能門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1. 項(xiàng)目背景與目標(biāo)

隨著智能技術(shù)的飛速發(fā)展，RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于門(mén)禁系統(tǒng)、物品追蹤、人員定位等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，STM32微控制器因其高效能、低功耗、豐富的外設(shè)支持及強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具支持，成為設(shè)計(jì)智能門(mén)禁系統(tǒng)的首選平臺(tái)。

本設(shè)計(jì)旨在基于STM32微控制器，開(kāi)發(fā)一款智能門(mén)禁系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人員進(jìn)出門(mén)禁的自動(dòng)識(shí)別與管理。系統(tǒng)將通過(guò)RFID技術(shù)讀取卡片信息，識(shí)別合法用戶后開(kāi)鎖，非法用戶則拒絕進(jìn)入。系統(tǒng)的主要組成包括：RFID讀寫(xiě)器、STM32主控板、電子鎖、顯示屏以及按鍵輸入模塊。

2. STM32主控芯片型號(hào)及其在設(shè)計(jì)中的作用

STM32系列微控制器由意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出，屬于32位ARM Cortex-M系列芯片。STM32芯片廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具備高性能、低功耗和豐富的外設(shè)接口，適合用于各類復(fù)雜控制任務(wù)。在本項(xiàng)目中，選擇了STM32F103系列作為主控芯片。

2.1 STM32F103系列主控芯片概述

STM32F103系列是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，最高主頻可達(dá)72MHz，具有豐富的外設(shè)接口，包括UART、SPI、I2C、ADC、PWM等，適用于各種嵌入式應(yīng)用。STM32F103芯片具有以下主要特點(diǎn)：

• 內(nèi)核：ARM Cortex-M3，32位，支持Thumb指令集。

• 運(yùn)行頻率：最高72MHz，支持高速性能的運(yùn)算處理。

• 內(nèi)存配置：具有不同的內(nèi)存配置，如64KB Flash、20KB RAM等。

• 豐富的外設(shè)：包括多個(gè)SPI、UART、I2C接口，以及多通道PWM和ADC。

• 低功耗：支持低功耗模式，適合電池供電的設(shè)備。

2.2 STM32F103在智能門(mén)禁系統(tǒng)中的作用

STM32F103系列在本系統(tǒng)中充當(dāng)了核心控制單元，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和外設(shè)接口的管理。具體作用包括：

• RFID讀卡器接口控制：系統(tǒng)通過(guò)SPI或USART接口與RFID讀卡器進(jìn)行通信，讀取卡片信息。STM32F103負(fù)責(zé)將讀到的RFID信息傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行驗(yàn)證，并控制是否開(kāi)鎖。

• 開(kāi)鎖控制：根據(jù)RFID識(shí)別結(jié)果，STM32F103通過(guò)GPIO控制繼電器或電子鎖模塊的開(kāi)關(guān)，進(jìn)行門(mén)禁的開(kāi)鎖或拒絕操作。

• 顯示與輸入管理：系統(tǒng)通過(guò)液晶顯示屏（如LCD1602）向用戶顯示操作信息（如“歡迎”、“非法用戶”等），并通過(guò)按鍵輸入模塊獲取用戶操作，STM32F103通過(guò)掃描按鍵來(lái)處理用戶輸入。

• 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理：系統(tǒng)內(nèi)存中存儲(chǔ)合法用戶的RFID卡號(hào)，STM32F103負(fù)責(zé)管理和比對(duì)卡號(hào)，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證結(jié)果作出相應(yīng)處理。

2.3 其他可能選擇的STM32主控型號(hào)

除STM32F103系列外，針對(duì)不同的需求，還可以選擇以下STM32主控型號(hào)：

• STM32F407系列：這款芯片性能更強(qiáng)，擁有更高的主頻（高達(dá)168MHz），更多的外設(shè)資源，適用于需要更高處理能力的門(mén)禁系統(tǒng)。

• STM32L4系列：如果項(xiàng)目需要低功耗設(shè)計(jì)，STM32L4系列提供了優(yōu)異的低功耗特性，適合需要延長(zhǎng)電池使用時(shí)間的門(mén)禁系統(tǒng)。

• STM32F072系列：適合需要USB接口支持的門(mén)禁系統(tǒng)，具有豐富的USB外設(shè)接口，可以方便地與PC或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 RFID模塊

RFID模塊在本系統(tǒng)中用于讀取用戶的卡片信息。常見(jiàn)的RFID模塊有MFRC522、RC522、RDM6300等。在本設(shè)計(jì)中，選用了MFRC522模塊，它通過(guò)SPI接口與STM32進(jìn)行通信。MFRC522可以讀取13.56 MHz頻率的RFID卡，支持ISO 14443A/MIFARE協(xié)議，具備良好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗干擾能力。

3.2 電子鎖模塊

電子鎖模塊是智能門(mén)禁系統(tǒng)的重要部分，用于控制門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。常見(jiàn)的電子鎖模塊有繼電器驅(qū)動(dòng)的電磁鎖和直流電機(jī)控制的智能鎖。在本設(shè)計(jì)中，采用了繼電器控制的電磁鎖，通過(guò)STM32的GPIO引腳控制繼電器的開(kāi)關(guān)，從而控制門(mén)鎖的開(kāi)合。

3.3 顯示與輸入模塊

顯示模塊用于向用戶顯示系統(tǒng)狀態(tài)，如歡迎信息、非法訪問(wèn)警告等。本設(shè)計(jì)采用了LCD1602顯示屏，通過(guò)I2C接口與STM32進(jìn)行通信。輸入模塊包括一個(gè)簡(jiǎn)單的按鍵模塊，用戶可以通過(guò)按鍵重置系統(tǒng)或進(jìn)入配置模式。按鍵輸入通過(guò)STM32的GPIO進(jìn)行掃描和處理。

4. 電路原理圖與PCB設(shè)計(jì)

4.1 電路原理圖

電路原理圖的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，涉及到電源模塊、主控芯片、外設(shè)連接等部分。STM32F103芯片通過(guò)SPI與MFRC522模塊通信，同時(shí)GPIO控制電子鎖模塊的開(kāi)關(guān)。LCD1602通過(guò)I2C與STM32連接，按鍵通過(guò)GPIO掃描。

4.2 PCB設(shè)計(jì)

根據(jù)電路原理圖，使用PCB設(shè)計(jì)軟件（如Altium Designer或KiCad）進(jìn)行PCB板設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要注意電源布線、信號(hào)線布線的抗干擾設(shè)計(jì)，保證RFID信號(hào)和其他信號(hào)不受干擾。布局時(shí)要考慮外設(shè)的合理布置，以及信號(hào)的正確連接。

5. 軟件設(shè)計(jì)與代碼實(shí)現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)初始化

在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，STM32會(huì)進(jìn)行外設(shè)初始化，配置GPIO、SPI、I2C等接口，為后續(xù)的操作做好準(zhǔn)備。初始化過(guò)程中，STM32還會(huì)配置時(shí)鐘、復(fù)位外設(shè)，并啟動(dòng)系統(tǒng)的主循環(huán)。

5.2 RFID讀取與識(shí)別

當(dāng)RFID卡片靠近讀卡器時(shí)，MFRC522模塊通過(guò)SPI接口將卡片信息傳輸給STM32。STM32通過(guò)比對(duì)卡片信息與存儲(chǔ)的合法卡號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)，判斷是否允許開(kāi)鎖。如果卡號(hào)匹配，則控制電子鎖模塊打開(kāi)門(mén)鎖；否則，顯示非法用戶警告。

5.3 用戶界面與輸入處理

在顯示屏上，STM32會(huì)根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)顯示不同的信息，如“歡迎使用智能門(mén)禁”、“非法用戶”等。同時(shí)，通過(guò)按鍵模塊，用戶可以進(jìn)行重置或配置操作。按鍵的處理通過(guò)掃描GPIO端口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5.4 電子鎖控制

電子鎖模塊通過(guò)繼電器與STM32控制的GPIO引腳連接，STM32通過(guò)輸出高電平或低電平來(lái)控制繼電器開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)門(mén)鎖的開(kāi)關(guān)操作。

6. 系統(tǒng)測(cè)試與調(diào)試

在完成硬件連接和軟件編寫(xiě)后，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試階段。首先測(cè)試RFID讀取模塊是否能夠準(zhǔn)確讀取卡片信息，隨后驗(yàn)證STM32的識(shí)別與處理邏輯是否正確。接著測(cè)試電子鎖模塊的控制效果，最后進(jìn)行整系統(tǒng)的綜合測(cè)試，確保門(mén)禁系統(tǒng)在不同條件下能夠正常工作。

7. 總結(jié)與展望

本設(shè)計(jì)基于STM32微控制器和RFID技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了一款智能門(mén)禁系統(tǒng)。通過(guò)本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，不僅加深了對(duì)STM32主控芯片及其外設(shè)配置的理解，也提高了在實(shí)際項(xiàng)目中解決問(wèn)題的能力。未來(lái)，系統(tǒng)可以進(jìn)一步優(yōu)化，如增加網(wǎng)絡(luò)通信功能、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、增加多種用戶驗(yàn)證方式（如指紋識(shí)別等）。

通過(guò)這些技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，智能門(mén)禁系統(tǒng)將變得更加智能化和便捷化，滿足更廣泛的用戶需求。