物联网环境下基于安全防控的智能锁系统的设计.docx

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1、物联网环境下基于安全防控的智能锁系统的设计摘要随着人们生活水平的提高，人们越来越重视家庭的安全问题。传统的锁安全性有限,并且传统锁的安全性依赖于物理结构和钥匙的保管，传统锁的物理结构相对脆弱，容易受到撬锁、破坏或钥匙复制的问题，而且传统机械锁易被破解。而电子密码防盗锁不仅省去了佩戴钥匙的烦恼，并且电子密码锁可以支持多种认证方式，这样可以根据用户的需求和喜好，选择最适合的认证方式，并提供更高的安全性和便利性。因此受到了广大用户的欢迎。本文设计了一套基于STM32的电子密码锁系统。STM32单片机搭配指纹模块、按键模块、蜂鸣器模块等。用户可以通过按键、指纹输入密码，如果连续输入3次错误的密码，系统

2、将会响起蜂鸣器或报警器，并自动锁死，用户可以通过管理员密码来重置已经忘记的密码，本系统不仅具有通常意义上的安全防盗功能，使用户摆脱室内安防问题的困扰。关键词：STM32;密码锁;指纹第一章绪论11.1 研究目的及意义11.2 国内外现状分析11.3 主要研究内容1第二章系统总体结构设计32.1 设计方案32.2 功能需求分析32.3 单片机型号选型4第三章系统硬件部分设计53.1 系统主要功能模块设计53.1.1 STM32单片机电路设计53.1.2 晶振电路功能模块设计63.1.3 复位电路功能模块设计73.1.4 电源电路功能模块设计73.1.5 指纹功能模块设计83.1.6 显示屏功能模

3、块设计93.1.7 按键功能模块设计103.1.8 蜂鸣器功能模块设计113.1.9 继电器功能模块设计12第四章软件系统设计154.1 软件主流程图154.2 指纹程序的设计154.3 显示屏程序的设计164.4 按键程序的设计174.5 蜂鸣器程序的设计184.6 继电器程序的设计194.7 本章小结19第五章系统测试205.1 系统实物图205.2 测试目的205.3 按键功能测试205.4 指纹功能测试22第六章总结与展望24致谢错误!未定义书签。参考文献25附录27第一章绪论第一章绪论1.1 研究目的及意义随着科技的快速发展，智能化、自动化已成为现代电子产品设计的重要趋势。在这个背景

4、下，本项目旨在设计和开发一个基于STM32单片机的智能控制系统。该系统集成了多种功能模块，如指纹识别、显示屏显示、按键控制等，可广泛应用于智能家居、安防监控等领域。本系统的设计旨在提高设备的智能化程度，方便用户的使用，并提升设备的安全性和可靠性。因此，本项目的研究具有重要的理论意义和应用价值。1.2 国内外现状分析杨淑裕、鄢艳红(2021)提到，为了方便不同地点的电子密码锁的管理和互联，该系统采用ZigBee网络无线通信数据传输方式来管理不同位置和不同地点的密码锁。ZigBee技术具有低成本、低功耗和高传输速率。张冯军、王晨(2022)选择了1.D3320专用语音识别模块，该模块不需要外部辅助

5、FlaSh和RAM,并集成了处理器和数据处理单元。1.D3320基于动态关键字列表识别技术。通过设置要识别的关键字列表并以字符形式将其传输到1.D3320,可以识别用户说的关键字，无需其他语音训练。同年，张峰军和王琛(2022)在新型银行电子密码锁系统论文中选用了1.D3320专用语音识别模块，该模块不需要外部辅助FIaSh和RAM,并集成了处理器和数据处理单元。1.D3320基于动态关键字列表识别技术，通过将要识别的关键字列表以字符形式设置并传输到1.D3320中，即可识别用户说出的关键字，而不需要其他语音训练。SitongSunAngangTianDecai(2021)讨论了基于可编程门阵

6、列FPGA采用EDA技术、QUartUSn6.0工作平台和VHD1.硬件描述语言设计的电子密码锁。ChengyUHuJianxinGuo;ZhengWang;ZifanWang(2022)以51单片机为基础设计的一种指纹识别电子密码锁，结合设计要求，选用STC89C54RD+单片机，指纹模块为ZFM-40,功能丰富，可以访问指纹。它通过STC89C54RD+的UART功能与指纹模块ZFM-40通信，具体交换内容以代码的形式实现。选用的液晶设备为HS12864-15C,集成度高，适合普通家庭使用。在HS12864-15C上显示相应的接口和数据，如：主菜单、管理员界面、开锁和错误信息等，方便用户查

7、看和使用。1.3 主要研究内容本文设计了一套基于STM32的电子密码锁系统。STM32单片机搭配指纹模块、按键模块、蜂鸣器模块等。用户可以通过按键、指纹输入密码，如果连续输入3次错误的密码，系统将会响起蜂鸣器或报警器，并自动锁死，用户可以通过管理员密码来重置已经忘记的密码，本系统不仅具有通常意义上的安全防盗功能，使用户摆脱室内安防问题的困扰。第二章系统总体结构设计第二章系统总体结构设计2.1 设计方案本设计是以STM32F103C8T6单片机为控制核心，指纹，显示屏，继电器，独立按键与单片机，实现电子密码锁。系统框图如下：晶振电路电源电路复位电路液晶显示模块按键输入单片机继电器驱动模块指纹输入

8、图2.1结构框图2.2 功能需求分析传感器：计算机技术与通信技术之所以被公认为是信息技术的三大主柱，其原因在于硬件系统自身并不能直接获得所需要的各类信息。所以在硬件系统中常利用传感器采集多种生物，物理及化学量的测量结果及其他数据信息。指纹模块：AS608指纹模块为常见机型。模块中有串口，USB通信接口使得用户不需要对复杂图像处理及指纹识别算法进行深入学习。用户只要根据简单串口或者USB通信协议对模块进行控制，就可以实现对指纹进行采集并进行识别操作。按键模块：按键模块所采用的型号TS-IIO9K按键模块，按键需要具备开锁功能，即当用户输入正确的密码或指纹信息后，按下开锁按键即可实现门锁开启的功能

9、；按键需要具备取消功能，即当用户输入错误的密码或指纹信息时，可以通过按下取消按键取消本次操作，重新输入信息；按键需要具备设置功能，即当管理员需要设置新的密码或指纹时，可以通过按下设置按键进入设置模式，进行相关操作。显示屏模块：显示屏模块所使用的是一款尺寸为0.96英寸的O1.ED显示器，特点显示屏需要能够显示密码输入、操作结果、系统状态等信息，以便了解系统的运行状态和操作结果。蜂鸣器模块：蜂鸣器需要具备发出声音的提示功能，以提醒用户密码输入是否正确或者系统状态是否正常。继电器模块：继电器可以通过电磁吸合和断开的方式控制电源的开关，从而控制锁的开关。继电器可以通过控制电流和电压等参数，保护系统中

10、的电子元件，防止电子元件因过流或过压而损坏。2.3 单片机型号选型方案一：51单片机所具有的EEPRoM,AD功能需依靠扩展来实现，加重了软，硬件的负担；尽管I/O脚很容易用，但是在高电平下没有输出能力是51系列单片机最薄弱的地方；运行速度太慢，尤其是双数据指针。如果能够加以改进，可以为编程提供极大方便；51单片机的保护能力极差，极易将芯片烧毁；目前，它已大量地应用于教学场合，也应用于性能要求并不太高的情况。方案二：32单片机可以直接驱动数码管显示且外电路简单，它的A/D为10位，能满足精度要求。具有在线调试及编程（ISP）功能。并具备低工作电压，低功耗，高驱动能力和高工作时的性能。32系列单

11、片机I/O口采用双向方式，输出电路采用CMOS互补推挽输出电路。在I/O脚中加入方向寄存器来设定输入输出状态，解决了51系列I/O脚在高电平时输入输出同态问题。当置位1时为输入状态，且不管该脚呈高电平或低电平，对外均呈高阻状态;置位0时为输出状态，不管该脚为何种电平，均呈低阻状态,有相当的驱动能力,低电平吸入电流达25mA,高电平输出电流可达20mA。通过AT89C51和STM32进行对比，根据系统要求选择相应的STM32单片机。图2.2单片机实物图第三章系统硬件部分设计3.1 系统主要功能模块设计基于STM32的电子密码锁系统设计主要包括了指纹模块、显示屏模块、蜂鸣器模块和按键模块以及单片机

12、最小系统设计。3.1.1 STM32单片机电路设计STM32F103C8T6单片机是一款性能良好、功能丰富的STM32系列单片机，适用于中等复杂度的应用需求。它提供了强大的处理能力、丰富的外设和通信接口，以及低功耗和高效的电源管理功能，使其成为嵌入式系统开发中的一种常用选择。以下是STM32F103C8T6单片机主要性能参数：1体系结构：本单片机采用32位体系结构，以ARMCorteX-M3内核为核心，设计高度集成。2.主频：单片机主频可以达到72MHz,提供了优秀的计算性能以满足高性能的要求。3存储器：单片机配备64KB的Flash存储器，用于存储程序代码和数据。同时还拥有20KB的SRAM

13、,用于数据的临时存储。4外设和接口：单片机具备2个UART接口，可用于串行数据通信。另有IjSPI接口，用于高速串行数据传输。同时还配备2个I2C接口，可连接外部设备和传感器。此外，单片机还集成了1个12位的ADC模数转换器，提供最多16个通道，用于采集模拟信号。5多个定时器，包括通用定时器、高级定时器和基本定时器，用于实现精确的时间控制和事件触发。6.低功耗模式：支持睡眠、停止、待机等各种低功耗模式，尽可能减少功耗，提高电池寿命。7电源管理：它能够提供高效的电源管理功能。PMU包括电源监测、供电选择和电源调节等功能，确保系统电源的稳定和高效运行。8封装类型：常见的封装类型是1.QFP（低轮廓

14、正方形封装），引脚数为48,适合于面向成本和尺寸敏感的应用。综上所述，STM32F103C8T6单片机具备高性能、丰富的外设接口、大容量存储器、低功耗和强大的开发支持等优势，适用于各种嵌入式系统和电子设备的开发。它是一款可靠、灵活和功能丰富的单片机选择。图3.1单片机电路图3.1.2 晶振电路功能模块设计首先，选择适合的晶振。STM32F103C8T6单片机的主晶振频率可以在4MHz至16MHz之间选择。根据您的应用需求和系统时钟要求，选择适当的晶振频率。将晶振的两个引脚（通常标有“XIN”和“XOUT”）连接到单片机的相应引脚。将晶振的一个引脚（XIN）连接到单片机的引脚PA9（也可以是其他

15、可用的GPIO引脚），将另一个引脚（XOUT）连接到单片机的引脚PAlO（或其他可用的GPlo引脚）。为了稳定晶振的振荡，您需要在晶振引脚和地之间放置两个电容。典型的值是IOpF至33pF之间，具体数值取决于所选的晶振和应用环境。将一个电容连接到XIN引脚和地之间，将另一个电容连接到XOUT引脚和地之间。在单片机的代码中，使用相应的寄存器配置系统时钟源和分频器。通过使用相关的寄存器，您可以选择使用外部晶振作为系统时钟源，并配置适当的分频比来获得所需的时钟频率。晶振电路图3.2晶振电路功能模块原理图3.1.3 复位电路功能模块设计对于STM32F103C8T6单片机的复位电路设计，以下是一种常见的示例：连接一个电阻（通常为IokC）从VDD引脚到NRST引脚，以确保NRST引脚保持在高电平。连接一个电容（通常为100nF）从NRST引脚到地，以提供复位电路的去抖动功能。连接一个按钮或开关，将一个端子连接到NRST引脚，另一个端子连接到地。这样，在按下按钮时，NRST引脚会被拉低，触发复位操作。在单片机上电时，会自动执行上电复位操作。确保为单片机提供稳定和干净的电源，以确保正常的上电复位。复位电路图3.3复位电路功能模块原理图3.1.4 电源电路功能模块设计STM32F103C8