文章目录
- 1 简介
- 2 课题背景
- 3 详细设计
- 3.1 整体设计方案
- 3.2 功能模块
- 3.3 软件设计
- 4 实现效果
- 5 部分实现代码
- 6 最后
1 简介
Hi，大家好，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
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.
3.3 软件设计
设计一个童锁功能，软件实现流程如下：
主程序流程:
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
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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