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单片机 门禁 设计

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单片机门禁设计,单片机,门禁,设计

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摘 要随着社会经济和社会科学技术的不断发展，信息技术己经深入人类生活的各个领域特别是住宅区的需要。伴随着防盗与财物的安全的意识的不断提高，人们对高级的住宅区安全程度和门禁的系统人性化要求越来越高。本课题“智能安防系统系统设计”是建立在此背景基础上，以stm32单片机为控制核心，通过传感器的相互的协调，和无线信息传输技术的应用，设计一套智能化，人性化的智能门禁控制系统。关键字：stm32单片机，刷卡系统，超声波，控制系统AbstractWith the development of economy and science, information technology has been applied in every part of peoples daily life, especially in residential area. Peoples demands of exclusive residential security and user-friendly access control system are increasing by the developing awareness of the anti-theft and property security. Based on this trend, my paper, Intelligent Security System Design, is going to design an intelligent, user-friendly access control system. The main controller of the system is stm32 mono-chip, helped by the coordination of the sensors and the wireless information transmission technology. Keywords: stm32； mono-chip； supersonic； wave； control system目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1智能安防系统介绍11.2对智能家居现状及对其未来发展探究11.3本章小结1第2章 系统整体方案构建设计22.1系统实现功能及要求22.2 系统整体方案设计22.2.1 MFRC522与IC卡概述22.2.2 总体方案设计22.3 本章小结4第3章 系统硬件电路设计53.1 STM32单片机介绍53.2 单片机最小系统设计73.2.1 稳压电源电路设计73.2.2晶振电路设计73.2.3复位电路设计83.3 IC卡模块介绍103.3.1 MFRC522模块介绍103.3.2 MFRC522模块引脚功能简介113.3.3 MFRC522模块控制简介113.4超声波模块介绍123.5温度采集介绍133.6 LCD1602显示屏介绍133.7 nRF24L01无线模块的应用143.8本章小结15第4章 PCB设计与焊接164.1 PCB布局与布线基本原则164.2系统布局布线图164.3 焊接电路总结184.4 本章小结18第5章 电路调试195.1 硬件电路调试195.1.1 稳压电源电路205.2 nRF24L01模块调试205.3 MFRC522模块模块调试215.4 本章小结22第6章 编译软件236.1 编译软件的应用236.2 Jlink的应用236.3 本章小结24结论25参考文献26致谢27IV第1章 绪论1.1智能安防系统介绍以“智能门禁系统设计”的设计的话题，这一个方案以“智能门禁”这一理念，所以在这里有必要对“智能门禁”做一个简单的介绍。现在家庭生活质量追求不断提升。现在技术不断提升比如：PCB板的精细、无线通信、微电子的发展。现在的单片机的速度在不断加速，加上传感器的精密度不断提升。这一系列的资源为提升一个智能门禁系统就很容易实现。智能门禁离不开语音的提示的系统，市场上的语音的芯片特别是语音的解码部分的性能的提升。小区实现一个智能门禁系统就能很简单了，人们的生活环境不断提升。智能门禁的特点，它是融合了PCB板的精细、无线通信、网络的通信等等。小区用了智能门禁的手段来管理控制出入来往的客人，比如，通过指纹识别、无线传送、电话、互联网或者语音识别控制，通过这一类的传感器的控制，并将它们柔和在一个系统中。另一方面，一般高级一点的智能门禁系统，都是实现多块单片机的通信，用到无线的通信是比较方便。这样会系统的效率提高一个档次。1.2对智能门禁发展历史与现在的发展 智能门禁起源很早，中国的古人就发明门与锁，为自己的家提供一个安宁的生活环境。这一个发明，为生活改变了很多，生产的效率不断提高。因为以前没有出现门与锁，看守家里面的钱财，是要专人看守，浪费了人力物力。上一把锁就可以安全保护好财产。随着时间的不断的推移，人们对智能化的要求越来越高，普通的门禁系统满足不了人们的需要。所以现在的电子技术的发展起来了，现在的社会的商品房小区越来越多了，安全的问题越来越困扰着人们，还有国家的一些的政策，比如建设小康社会。所以智能化得到不断地推广，从原始的零指标到现在80%小区用上了智能门禁系统。还有现在的其他领域得到大幅度的增长。现在有不少的国家都向智能化的门禁系统发展，现在都在研究智能机器人，通过机器人的运动能力和机器人的图像的识别，代替传统的门禁系统。1.3本章小结本章主要概述了智能门禁系统，由来，发展，及智能门禁对人们的安全的影响。阐述了智能门禁在我国发展的良好势头和广阔的前景，为论文和“智能门禁系统”提供很好的设计思路。第2章 系统整体方案构建设计2.1系统实现功能及要求本设计是基于智能门禁系统的远程控制，其功能有：(1) 利用IC的刷卡系统检测是否有人进出门，并进行远程无线报警；(2) 系统工作通过1602显示；(3) 通过240L1通信实现2块单片机远程监控的功能。(4)运用DMA功能实现温度的采集和超声波的高低电平的采集。2.2 系统整体方案设计基于上面四点功能要求，本系统最后确定设计以stm32单片机为控制核心，基于MFRC522非接触式读卡器系统。2.2.1 MFRC522与IC卡概述MFRC522是高度集成的非接触式的读卡芯片。此发送模块是利用调制和解调的原理，里面有支持很多种的通信方式有SPI，I2C，UART。这样的读卡器支持ISO 14443/MIFARE卡。现在很多收费系统都用这一块芯片，因为一张卡就可以达到借计的方式，特别现在的很流行一卡通的概念，所以这就满足大众的需求。 IC是高集密度的卡片，里面是一个电路芯片封装在一张塑料卡片里面。20世纪日本的一名工程师提出的，并获得这一项的专利。后来有几名工程师不断为这一方面的知识点专研，并得到一次又一次的飞跃，最终得到今天人们熟悉的IC卡。防磁、防静电、防机械损坏和防化学腐蚀的特效，这都是IC卡的一个特点。其中卡中的信息可以存上一百年以上，可以读写10万次以上，一般的可以使用10年。IC卡的扇门多达16个，每一个扇区有4块，每一块有16个字节，与一块为一个单位，进行读写。其中每一张卡有唯一的序列号为16位，可以大多数的客户需求，所以在很多方面都用到IC卡系统，比如：金融理财，门禁系统，水电费收取，服务恒业的白金卡等等领域。2.2.2 总体方案设计本文研究的内容是基于IC卡无线门禁系统。在结合现在人们的需求现状，综合比较常用的门禁系统的基础上，进行对IC卡进行另一方面的应用的提升。这一个毕业设计里面包括了硬件的设计，软件的设计，并将硬软件综合调试成一个系统。用nRF24l01的无线的模块将两块单片机通信连接在一起，进行对IC卡的系列号传送。通过外围搭建的电路，对一些电路的硬件的干扰进行分析，形成的设计方案： (1)硬件设计主要包括单片机及其外围电路、nRF24L01、传感器电路、通信接口设计、MFRCC522,等。 如图2-1所示：STM32MFRC522稳压电路超声波热敏电阻STM32稳压电路NRF24L01NRF24L011602按键 语音图2-1 硬件设计逻辑框图 (2) 系统的软件设计之一是发射单片机模块。软件设计主要包括24L01无线数据传输模块控制、温度采集、超声波的距离的采集、刷卡系统的采集。 如图2-2所示：开始接收规定IC号初始化DMA采集温度、超声波距离采集 IC卡采集卡号24L01发射数据24L01接收数据蜂鸣器鸣一下表示开门接收指令1YYNN图2 2 发射模块软件设计图(3) 系统的软件设计之二接收单片机模块。软件设计主要包括24L01无线数据传输模块控1602的显示、LED、按键。 如图2-3所示：开始240L01接收数据发送数据1602显示 按下按键S1规定 IC号 N Y N Y 图2-3接收模块软件设计图(4) 首先是着手系统的测试与优化设计。主要的框架有无线通信，IC卡的系列号的采集，等等的硬件的模块。还有对系统的设计是否合理进行评价，综合出一条可行的方案。2.3 本章小结本章统领整个系统的设计与开发，主要从软硬件，测试优化等方面进行总体阐述，以下各章内容均以本章为中心展开。第3章 系统硬件电路设计3.1 STM32单片机介绍 STM32是ARM公司的高性能“Cortex-M3”内核，是32位处理器，可以升频到72MHZ。 主要特性如下： 1. STM32单片机的工作的时钟可以从外部时钟的8MHZ升频到72MHZ 的32位微处理器。2. 工作电压： 2.03.6V（3V 单片机） 3. 用户应用程序空间为64K字节 4. 片上集成6K字节 RAM 5. 通用 I/O 口（32 个）PA、PB这32个IO口有8种的输入输出的方式分别为：模拟输入（GPIO_Mode_AIN）、浮空输入模式（GPIO_Mode_IN_FLOATING）、下拉输入模式（GPIO_Mode_IPD）、上拉输入模式（GPIO_Mode_IPU）、通用开漏输出 （GPIO_Mode_Out_OD）、通用推挽输出（GPIO_Mode_Out_PP）、复用（开漏)输出（ GPIO_Mode_AF_OD） 复用（推挽)输出（GPIO_Mode_AF_PP），满足不同项目的需求，同时这些的IO的驱动能力是非常强可以输出30mA电流，对于加强灌电流时无什么问题。6.这一款芯片是编程的时候是调用底层封装好的库函数，是非常方便快捷。7. 2串口是这一款单片机的追基本的通信方式，还比较强大的我。都拥有普通串口的基本的功能还具有LIN总线功能（局部互联网）、IRDA功能（红外通信）、SmartCard功能。8. 集成ADC的功能，内嵌1个12位的ADC，每个ADC有16个外部通道，可以实现单次或多次扫描转换。9.在里面还有2个DMA，重而更加加快芯片的运行的速度；10.有RTC的功能，外部接一个锂电池，加上一个外部的32.768KHZ的晶振，有一个独立时钟11. 具有看门狗功能 12.共有8个定时器，TIM1和TIM8是16位的高级定时器，TIM2、TIM3、 TIM4、 TIM5是通用定时器。13.芯片里面硬件已经集成两个I2C的功能，控制所有I2C总线特定的时序、协议、定时。同时可以用使用DMA方式操作。14. 具有2个SPI通信接口，可以工作在全双工，单向发送，单向接收模式，同时可以DMA方式操作。15.自带一个CAN控制器。16. 内核具有强大的异常相应系统，它可以能够打断当前代码执行流程的事件分为异常（exception）和中断（interrupt）。有上升沿模式（EXTI_Trigger_Rising） 有上升沿模式（EXTI_Trigger_Falling） 有低电平模式（ EXTI_Trigger_Rising_Falling ）13. 工作温度范围：-40+85（工业级）/075（商业级） 14. DIP48 封装 STM32 引脚功能说明：VDD A（24 引脚）、VDD_1（24 引脚）、VDD_2（36 引脚）、VDD_3（48 引脚）：电源电压 VS S _1（23 引脚）、VS S_2（35 引脚）、VS S_3（47 引脚）：接地 有三个固件分配的UART，分别:PA2、PA3定义为UART2；PA9、PA10 定义为UART1；PB10、PB11定义为UART3；有两个固件分配的SPI，分别：PA4、PA5 、PA6、PA7定义为SPI1；PB12、 PB13、PB14、 PB15定义为SPI2.有两个固件分配的I2C，分别：PB6、PB7定义为I2C1；PB10、 PB11定义为I2C2.ADC的通道有10个分别为：PA0PA7、PB0、PB1。固件配置一个CAN引脚分别为：PB8、PB9NRST（9 引脚）：复位输入。当输入低电平时为有效， 用来完成单片机单片机的复位初始化操作。PC15和PC14是外部晶振32.768KHZ的输入，PD0和PD1是外部晶振8MHZ的输入。这一款主控的运行的速度是可以通过程序升分频其时钟控制如下图3-1图 图3 -1时钟控制图3.2 单片机最小系统设计单片机的最小系统由电源供电模块、复位电路、晶体振荡电路组成。3.2.1 稳压电源电路设计系统输入电压及各主要模块工作电压范围(1) 系统输入电压：DC5V(2) stm32单片机工作电压范围：3.3 V(3) 24L01模块工作电压范围：3.3 3.6V(4)超声波模块工作电压：5V稳压电源模块设计根据系统各个模块工作电压范围，本系统采用开关稳压芯片1117M3.3V搭建稳压电源模块，其外部电路相对是比较简单，使其输出适合本系统各模块工作的电压：3.3V。1117M3.3V稳压芯片的具体资料：(1) 输入电压范围：4 18V(2) 输出电压范围：3.3V(3) 最大输出电流：1.5A(4) 外部只需4电容分别为高低频滤波设计稳压电源模块原理图如下图3-2图所示：图3 -2稳压电路图3.2.2晶振电路设计 晶振电路是为单片机提供一个工作的脉冲，单片机PD0 OSC_IN是晶振8MHZ输入端，单片机PD0 OSC_OUT是晶振8MHZ输出端。晶振电路是通过并联两个电容构成一个稳定的自激振荡器，电容的取值范围（5pF30pF）。这一个是单片机的基本的晶振基本频率，单片机通过这一个基本的频率设置内部的库函数的参数升频。STM32内部是有一个内置的晶振8MHZ，在单片机复位的时候首先检测单片机外部是否有外部8MHZ晶振，如果没有外部的晶振的时候就启动内部晶振运作，但是调用内部晶振的时候同样也要设置内部升频的库函数。这样就很好保证单片机工作稳定如图3-3所示：图3-3晶振电路图3.2.3复位电路设计 复位的功能都是使程序从开始跑起来，一般当程序出现了跑飞的现象的时候就要按复位键，或者让单片机从新上电。STM32是低电平复位的。不按复位键的时候，NRST是高电平的。单片机刚上电的时候，电解电容的，就通过电源，流过R2的10K给电解电容充电，因为流过R2的电流是比较小的，所以给电解电容充电是要一段时间的。当电容充满电的时候，NRST是高电平。当按下复位键的时候电容贮存的电量不是一瞬间留空的，按下复位键，和单片机复位是有一个时间差的。同时这一个电解电容有很好的抗干扰的作用，单片机工作的环境可能是比较多静电，假如没有这一个电解电容的时候，当复位信号线的周围的静电突然增大的，会造成突然间变高电平或低电平，这样单片机就不停进行复位，导致单片机不能正常工作。当加上电解电容，复位信号线的周围突然增大的时候，电解电容有足够的电量给静电吸收，不会导致复位键的高低电平的跳变。这样就为单片机提供一个稳定的环境。复位电路如图3-4所示。图3-4复位电路图1、STM32单片机以及与之匹配的时钟电路、复位电路组合一起组成的发射模块，形成STM32单片机最小系统。电路设计如下图3-4所示。图3-4集合发射模块图2、通过STM32的最小系统采用插针的方式使各个模块连接在一块板上，系统采用跳接帽来进行各个通讯模式的转换，总体发射图如图3 -5所示：图3-5总体发射图P3为超声波模块接口，P2为温度采集接口，J1下载模块接口，U1为IC卡的刷卡系统，U4无线模块24L01接口。3、接收模块的单片机的最小系统同发射模块的最小系统，所以接收的接收的最小系统就不展示了，下面展示一下接收模块的其他接口如图3-6图图3-6显示接收模块图P4无线模块24L01接口，P3为1602显示屏模块的接口。 3.3 IC卡模块介绍通过采集卡号的号码，来检测卡号的多少来确定这一个卡号是否在开门的卡号范围内，通过与主控进行通信，将IC的号码传给主控，通过采集芯片的比较，MFRC522是功能比较强大的。 3.3.1 MFRC522模块介绍 MF RC522 是应用于13.56MHZ 非接触式通信中集成度读写卡系列芯片中的一员。支持ISO14443A的多层应用。其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需要其他的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443兼容的应答器信号。数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外，双向数据传输速度率424Kbit/s作为13.56MHZ高集成度读写卡系列芯片家族的新成员，MFRC522与MFRC500和 MFRC530有不少相似之处，同时也具备诸多特点和差异。它与主机间的通信采用连线较少的串行通信，且可根据不同的用户需要，选取 SPI、I2C或串行口UART模式之一，有利于减少连线，缩小PCB板体积。3.3.2 MFRC522模块引脚功能简介 这一个模块用SPI的通信的协议与单片机通信，这样的通信相对是比较稳定可靠的。接口GND是电源的地，VC3.3是接电源的3.3V，SDA是接SPI的片选功能，MSO是SPI的输出的输出端，MSOI是SPI的输入端，SCK是接SPI的时钟控制，在时钟的空闲的时候为低电平。3.3.3 MFRC522模块控制简介 通过STM32的单片机模拟出SPI的通信协议，因为固件上的SPI的速度是比较快，所以模拟出来的SPI的速度是比较方便调整的。 PB15口是控制SPI的时钟的输出，PB12是MFRC522芯片的复位的控制，PB11是SPI的片选的功能，PB13是SPI的输入端，PB14是SPI的输出端。这是IO口的配置的关系。对IC卡的操作分为五个步骤：寻卡，防冲撞，选卡，读卡，卡进休眠状态。因为是门禁系统不进行写卡的步骤，门禁的用户也是比较少，我们只读回4个字节的数卡序号就行了，寻卡的函数分析一下：向MFRC522的FIFO的缓冲器写进一个命令PICC_REQIDL,通过PCD_TRANSCEIVE命令将FIFO中数据通过天线发送出去，此时若有卡在天线作用范围内，将识别命令，并返回卡号类型。从而知道是什么类型的卡号。防冲撞的分析：能返回4字节卡片序列号，这一段程序可以防止有多张卡的出现的时候，防止出现干扰，同时读多张卡是会出现错误的代码回来。卡进入休眠的状态分析：当卡片还在刷卡器上，刷卡器刷一次就行了，不要不停刷卡，刷了一次就让卡片进入休眠的状态。这样有利于芯片的安全工作。 开始其中程序的流程图为图3-7所示。初始化读卡号选择IC防冲撞寻到IC卡卡进休眠状态图3-7刷卡模块程序流程图3.4超声波模块介绍 超声波是一种高于20kHz的声波，以波的形式做机械运动，方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。超声波与传声媒质的相互作用适中 。 本模块的超声波是运用40kHz，一个超声波发射头，一个超声波的接收头。这一个模块上有一个低端的主控芯片，同时为超声波提供40kHz的PWM方波，在这一块芯片中有放大电流的效果，接收回来的超声波也要40kHz频率的声波，才能产生电压，但是产生的电压时比较小只有10mv左右的，要通过2层运放放大100倍才能达到需要的高低电平的效果。这两个运发也是集成在主控上。这样做成超声波的模块电路比较简单。通过STM32的主控发射20US的高电平脉冲就能触发超声波主控发出40KHZ的PWM驱动发射方超声波头。当超声波主控接收到超声波发射回来就会将Trig接口拉成低电平。STM32主控在发送完20US的脉冲之后就启动TIM2定时器（TIM_Cmd(TIM2, ENABLE)），当接在Trig上PA8口拉成低电平的时候就关闭TIM2定时器（TIM_Cmd(TIM2, DISABLE)），再从定时器中读取定时的时间为（TIM_GetCounter(TIM2)）。因为声音在以空气为介质的速度为340m/s，但是声波在空中来回运动一下，这就相当于运动的距离是实际测量的距离的两倍。所以计算实际测量距离为TIM_GetCounter(TIM2)*5*34/2000，因为定时器的分频时钟是200KHZ。STM32的定时是16位，这样精度就大大增大了。其程序的流程图为图3-8所示。 开始初始化发送20us高电平脉冲启动TIM3是否采集超声波NY关闭TIM3计算距离图3-8超声波模块程序流程图3.5温度采集介绍其电路是比较简单如图3-9所示图3-9温度模块电路图采用10K欧姆的热敏电阻与10K电阻串联在5V的电路上，W脚是接主控的ADC通道0（PA0），STM里面自带一个AD转换，不需要另外加AD转换的芯片。这样成本就大大降低了，同时也降低外围电路的复杂的程度。同时在ADC的采集不是通过主程序采集，而是通过DMA的模式采集，我设定DMA采集的AD值放在单片机的一个地址上，同时我设定这一个AD采集的周期是50us的速度，即50us就刷新一次这一个地址储存的值，但用到这一个AD值的时候可能程序运行一个周期才调用一次AD值。这一个周期的时间是50ms。这通过DMA采集的，用到AD值可能就这样就不占用主程序的时间，大大提高程序的运行速度。通过自己的调试当室内的温度为24度的时候，ADC采集回来的电压是2.442V；当37度的时候，ADC采集回来的电压是2.801V。热敏电阻的阻值是随温度的变化呈现出线性的变化效果。我可以总结出一条计算温度的算法为：(ADC_ConvertedValueLocal-2.44)*36+24;其中ADC_ConvertedValueLocal是转换好的AD电压值。3.6 LCD1602显示屏介绍LCD1602的基本参数如下：LCD1602显示容量：16*2个符；芯片工作电压：4.55.5V；工作电流：2.0mA(5V)；最佳工作电压：5V；LCD1602的各个引脚的功能如表表3-2 LCD1602引脚说明编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2DATAI/O2VDD电源正极10D3DATAI/O3VL液晶显示偏压信号11D4DATAI/O4RS数据命令选择端（H/L）12D5DATAI/O5R/W读写数据端（H/L）13D6DATAI/O6E使能信号14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLA背光源正极8D1DATAI/O16BLK背光源负极1602显示屏的读写操作是比较简单，而且其中占用的口的引脚是较少的，市场的价格比较低。显示模块采用LCD1602显示屏，要求显示IC卡的卡号；温度；超声波测距等各种信信。LCD1602的基本控制方式：首先要进行对这一块显示屏初始化，写进初始代码的时候不用进行检测显示屏的工作状态，所以两个指令的时候都要隔10ms，这样才能保证显示屏芯片工作在不忙时，才能有效接收主控发送的数据。但是经过初始化之后，主控每一次输进指令之前，读一次的显示屏芯片状态。当显示芯片在不忙的时候就可以正常接收到数据，检测显示芯片是的状态，要忙等到主控读回来是不忙的状态的时候。这时候就可以发送控制的指令到显示屏里面。要在显示屏里面显示需要的数据，首先是输入显示屏的地址指令，再输入要显示的数据。3.7 nRF24L01无线模块的应用 其引脚如下：CE：使能发射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引脚端，微处理器可通过此引脚配置nRF24L01：IRQ：中断；VDD：电源输入端；VSS：电源地：其中跟stm32通信时要用到的引脚有：CE,CSN,SCK,MOSI,MISO以及IRQ。注意硬件上的电源不要超过3.3V，下面是nRF24L01的时序图3-10图为SPI的读模式：图3-10 SPI的读模式时序图下面是24L01的时序图3-8图为SPI的写模式：图3-11 SPI写模式时序图 STM32固件上有SPI硬件，定义库函数里面结构体参数为：将SPI定义为双线全双工，双向通信的；主控肯定是主模式，这一个模式可以用一个SPI通信线控制几个受控制的SPI的芯片，这样就省很多口；这一个SPI每一次输送的数据为位，控制的时钟设置空闲时为低电平；接收数据和发送数据都是时钟的上升沿有效；设置传输数据的时候是高位在前的方式传送数据；片选的选择是通过软件选择，而不是用SPI固件选择。nRF24L01的SPI通信的速度比较慢，所以把SPI的时钟进行8分频，就变成9MHz。保证通信的稳定性。每次开始SPI写进一个数据都会读回来的都是状态值，通过这一个状态值知道nRF24L01的工作状态，通过不同的工作状态，主控采用不同的指令。射频收发工作在2.42.4835G收发共用天线接口GFSK调制250k，1M，2M的空中速率发射输出功率最高0dBm，即1mW3.8本章小结本章以STM32单片机为中心控制器，设计了基于MFRC522模块的远程门禁系统的电路原理图及PCB图的设计。第4章 PCB设计与焊接4.1 PCB布局与布线基本原则1. 数字地和模拟地分开布局，通过用磁珠将这两个地连接在一起，磁珠有滤波的作用同时数字地和模拟地的信号就不能相互干扰，就使信号相互之间的稳定。2.模拟信号模块电路和数字电路信号要分开来，因为模拟信号受静电的干扰比较大，而数字信号就是高低电平控制关系，受静电的干扰很小。所以模拟信号一定将地覆盖在整一块PCB，这样就很好通过地吸收静电。3.在按键的下方，不要走信号线。因为当按键按下的时候，按键的电流突然间变大，这一瞬间电平的变化，就会直接影响到信号线的信号的传送。4.单片机的晶振电路中，电路不能随意布线。晶振要离单片机比较近，这样才能保证晶振发出高频信号单片机采集到。因为单片机是要稳定晶振的信号，所以其他的电路走线不要穿过晶振，影响单片机工作。5.线路的走线，要求是比较严格的，特别是在高频信号的布线的时候，电路走线不能出现锐角，有时候对信号要求比较高，把走线的转弯，转成圆滑转弯走线，这样就很好避免锐角的尖端的放电，同时减少干扰电路的信号。6.在电源电路中，有一些芯片发热比较厉害的，可以通过PCB板上铺铜贴在发热的一块芯片中，有很好的散热的效果。7.现在在学校做PCB板，这都是手工做的PCB板，所以PCB板的走线的线宽最小为10mil，走线之间线距最小间隔是10mil。这个最基本的走线规则，但是工厂做的PCB板时候，线宽和线距都可以做得很小。8. 线宽为多大是合适，可以通过一个规则计算10mil最大能负载1A的电流，这样就很好合理设计电路的走线的线宽。4.2系统布局布线图1.这个显示模块的PCB的布局4-1图所示。图4-1显示模块的PCB的布局图采集模块的电路图为4-2图图4-2采集模块的电路图4.3 焊接电路总结1. 通过手工做好对PCB之后要第一时间要给PCB板上涂上一层松香，这松香是一种助焊剂。很好使电路的焊锡粘在线路的铜线上。2. 在焊接电路前提是要检查一下电路是否有短断路的现象。如果是有断短路的现象就用刀片将短路的铜线划开，是断路的地方通过用焊锡比断路变成通路。3. 首先这是一块双面电路板，里面是比较多过孔。但是这一块板上的主控STM32的引脚是比较细小的，焊接起来是比较困难的，一不小心就会焊坏主控。用刀头电烙铁焊接贴片芯片是比较容易控制焊锡的多少。首先将芯片贴在对PCB板上指定的元器件位上，再用镊子把这一块芯片预固定一下。电烙铁的温度不要调太高300度以下，因为焊接贴片芯片的时间是比较长的，怕电烙铁烧坏芯片。把电烙铁粘一下松香，往主控的地方点一下。然后在电烙铁上粘一小点焊锡，把电烙铁头在一个芯片的引脚上划一下，把一个芯片引脚固定下来。因为之前镊子固定的芯片的位置是可能有偏移，现在芯片的有一个脚固定在PCB板上，再整体调整芯片的位置，使芯片正确贴在准确的位置上。把电烙铁上多一点焊锡，在芯片的一排引脚上一拉，就把一排的引脚固定在PCB板上，通过这一种的办法把剩下的三排的引脚都焊接在PCB板上。4. 这一块PCB是双面板，有很多过孔要焊接，用一根导线穿过过孔，过孔的两端都要焊接，保证过孔底层和顶层构成导通。5. 焊接PCB板规则，是先焊接贴片的芯片，再焊接过孔，再焊接体积大的芯片。4.4 本章小结本章对PCB设计及其抗干扰进行阐述和焊接技术的总结，这一步是非常重要的，直接影响到整一个系统的系统到整个系开发设计的成败。第5章 电路调试5.1 硬件电路调试硬件电路的调试本着“先模块再整体”的原则，依次调试稳压电源电路、单片机电路、nRF24L01模块、MFRC522模块、温度模块及整体调试。数据采集系统整机如下图5-1所示图5 -1 系统实物图数据显示模块里面集成了nRF24L01模块，1602显示屏，稳压电路，按键等电路。其中实物图为图5-1-1 图5-1-15.1.1 稳压电源电路(1)上电，观察左上角红色指示灯是否点亮(2)若指示灯被点亮则说明电源有电压输入，用万用表测量一下1117芯片的输出端的输出电压是否是3.3v。(3) 稳压电源测试通过。5.2 nRF24L01模块调试 nRF24L01的电路要接3.3V的电压，检测一下这一个模块是否是正常工作，首先要通过串口电路，将SPI的读回来nRF24L01的状态显示在串口助手上。STM32的串口也是一个硬件化，通过USB转串口芯片2003工具，把主控要传回电脑的信息传回电脑上显示。我通过nRF24L01的缓冲器的功能，来检测nRF24L01与主控是否连接正常。将一个数组写到缓冲区上，再通过读缓冲区的指令读出缓冲区的数据，将读出的数据打印在串口助手上，比较读出来的数据和输入的缓冲区的数据是否相同。如果是相同的，就表示nRF24L01与主控正常连接起来了。这样就调好一块主控与nRF24L01连接，下一步是调试nRF24L01与nRF24L01之间通信是否正常。将串口的通信设置在接收模块上，首先在发射模块上写好要发射的数组的值，再通过接收模块接收到的数据通过串口打印在串口助手上，比较一下发射的数据是否和串口打印的数据相同，来确定nRF24L01之间的通信是否正常。串口助手如图5-2所示。图5-2串口助手图5.3 MFRC522模块模块调试 当MFRC522模块上电的时候，这一个模块上的LED灯会亮起来，电路是接3.3V的电压。因为MFRC522模块程序里面包括了：寻卡，防冲撞，选卡，读卡，卡进入休眠状态。首先调一下寻卡的功能，寻卡是能读回来卡的类型号。也通过串口功能把类型号打印在串口助手上，对数据进行分析，看寻卡的功能是否能在芯片中运行。当寻卡的功能是调好了，就直接去调读卡的步骤，同样也是讲读回的序列号打印在串口助手上。进行数据的比较，读回来的数据是否和卡的序列号相同。 这一个模块是SPI的通信方式，是上升沿输入输出数据。SPI的通信要确保MFRC522与STM32的时序是否兼容。所以在调这一个模块的时候，选不用STM32硬件上的SPI模式，而是通过IO口模拟出一个SPI的通信时序，里面的时序可以通过延时函数调节，从而提高MFRC522与STM32的兼容性。5.4 本章小结 本章内容是关乎本作品系统是否成功的重要一环，硬件测试通过下面软件程序的调试就事半功倍；否则的话注定作品失败。第6章 编译软件6.1 编译软件的应用 STM32单片机的内核是“Cortex-M3”，这是一个ARM的内核，是用KEIL4，程序里面是已经集成化了，里面包括所有STM32的库函数，把用到的库函数放到头文件里面。近年来，随着C语言的编译器性能的不断提高，因此，使用C语言进行单片机程序设计已经成为单片机程序设计的主流选择之一。KEIL4的界面如图6-1。 如图6-16.2 Jlink的应用下载到STM32单片机里面的时候直接用Jlink下载器，不用串口下载这样就方便很多，同时可以在编译器里面调试程序在单片机里面运行的参数，观察其中参数的变化，达到更好的调试程序里面的参数。这一个下载器完全可以KEIL4兼容的，直接在KEIL4里面按下下载键就可以下载到单片机里面，但是STM单片机BOOT0和BOOT1的引脚要置低电平才是单片机下载的时候比较安全。6.3 本章小结 这是介绍stm32芯片的编译的软件和一个下载方