基于STM32f103单片机智能门禁人体感应报警器设计与制作

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目录

1产品功能分析...............................................................................................................1

1.1设计背景及内容....................................................................................................1

1.2设计的内容：........................................................................................................1

1.3功能分析................................................................................................................1

2方案设计.......................................................................................................................2

2.1单片机遴选............................................................................................................2

2.2液晶显示屏遴选....................................................................................................2

2.3人体感应模块遴选................................................................................................2

2.4光敏电阻传感器模块遴选....................................................................................3

2.5声音报警模块的遴选............................................................................................3

2.6按键方案的遴选....................................................................................................3

2.7系统框图................................................................................................................3

3产品硬件设计...............................................................................................................4

3.1STM32核心板电路设计........................................................................................4

3.2光敏电阻传感器模块............................................................................................6

3.3HC-SR505小型人体感应模块设计......................................................................6

4产品软件设计...............................................................................................................8

4.1主程序流程图........................................................................................................8

4.2编程软件介绍........................................................................................................8

5产品制作与调试.........................................................................................................10

5.1系统电路组装步骤..............................................................................................10

5.2产品装配图..........................................................................................................11

6产品使用方法.............................................................................................................11

参考资料.........................................................................................................................13

附录1元器件清单.......................................................................................................14

附录2电路原理图.......................................................................................................15

I

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附录3PCB设计图.......................................................................................................16

附录4作品实物照.......................................................................................................17

附录5部分软件主程序代码.......................................................................................18

II

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基于STM32f103单片机智能门禁人体感应

报警器设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景及内容

在传统的社区和家庭门禁系统中，通常采用钥匙、密码和刷卡等方式进行

身份验证。但是，这些方法都或多或少的存在着一定的安全隐患，如钥匙丢失

或者钥匙被复印、密码被盗或者密码泄露以及卡丢失或者被盗刷等等问题。此

外，传统门禁系统也无法对非法入侵进行实时监测和报警，这些都给家庭或社

区的安全带来潜在威胁。然而随着现代科技的飞速发展以及人们对安全需求的

提升，智能门禁系统已经成为了现代社区和家庭中不可或缺的一部分。

针对传统门禁系统所带来的问题，STM32单片机的智能门禁系统具有显著的

优势。这款报警器集成了红外人体感应、环境光照感应、状态显示、报警和智

能化控制等功能，提高了门禁系统的安全性和便利性。同时，STM32F103单片

机作为核心控制元件，具有高效率、低功耗和强大的可扩展性等优点，为报警

器的稳定运行提供了有力保障。以STM32单片机为内核的智能门禁人体感应报

警器，以其先进的技术和人性化的设计，为传统的门禁系统带来了革新。此设

计旨在实现人体感应、报警及智能化控制等多项功能，为人们的生活提供更安

全、便捷的环境。

1.2设计的内容：

1）产品系统性方案的选择及要求；

2）硬件电路组成、焊接以及使用方法；

3）软件程序设计与调试；

4）硬、软件之间的调试。

1.3功能分析

1）显示功能：显示:Somebody！当有人经过或站在门口时，显示:Welcome!

2）门铃功能：按门铃时，蜂鸣器会发出响声。

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3）灯光功能：当光敏传感器检测到当前光线较暗时，蓝灯亮；检测到当前

光线较亮时，蓝灯灭。

4）提示功能：当有人经过或站在门口时，红色LED亮。

2方案设计

2.1单片机遴选

方案一

STC89C52单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，使用C语言寄

存器编程，对单片机的位进行直接编程，编程方式相对复杂。

方案二

STM32f103C8T6最小系统板具有高效率、低功耗和强大的可扩展性，使用C

语言固件库编程，编程方式简单，教程丰富，上手较快。

通过上述分析比较，本产品使用方案二。

2.2液晶显示屏遴选

方案一

LCD1602一款数字式的液晶显示器，可以跟单片机芯片直接接口，但体积

相对较大，需要使用大量的接口。

方案二

OLED12864液晶显示器所示电路连接相对容易，而且更加方便稳定，体积

小，比较轻薄，显示质量高。

通过上述分析比较，本产品使用方案二。

2.3人体感应模块遴选

方案一

HC-SR501人体红外传感器模块，它主要依靠感知特定的温度段（36-38℃）

的物体运动来判断是否是人体。基于此可以作为报警器的关键模块，也可以应

用在自动开门系统上。但对于本产品而言，体积过于庞大。

方案二

HC-SR505人体红外传感器模块是基于红外线的一个传感器，当检测到人体

的移动会输出高电平信号，持续8s左右，若人在其感应范围内长时间保持不动

（或者不在其感应范围内）会输出低电平信号。且体积相对较小。

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通过上述分析比较，本产品使用方案二。

2.4光敏电阻传感器模块遴选

方案一

光敏电阻加外围电路共同组成光照检测电路，材料简单、便宜，但需要手

动搭建外围电路。

方案二

光敏电阻传感器模块，模块本身集成外围电路，可以实现对环境光照的检

测，价格便宜，且器件体积较小。

通过上述分析比较，本产品使用方案二。

2.5声音报警模块的遴选

方案一

采用语音集成芯片ISD4004，但是ISD4004需要在外接喇叭驱动电路并且

其本身的控制比较繁琐、电路也比较复杂，稳定性较差。基于上面的考虑，所

以放弃此方案。

方案二

以蜂鸣器实现报警电路，蜂鸣器具有电路连接简单，性能可靠、稳定等特

性，并且还具有成本低的特点。

通过上述分析比较，本产品使用方案二。

2.6按键方案的遴选

方案一

采用独立按键装置可以直接读取数据，检测占用的时间也会相对减少，不

会受到其它相关因素的影响。

方案二

采用拨动开关，可以快速转换不同场景，拨动开关可以使用较少的I/O口，

实现交过功能，但可能受其他功能影响。

通过上述分析比较，本产品使用方案一。

2.7系统框图

系统框图所示如下图。

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图1系统框图

3产品硬件设计

3.1STM32核心板电路设计

STM32系列是ST公司推出的一款基于Cortex-M内核的32位微控制器。它

具有高性能、低功耗、一流的外设、简单易用等特点，被广泛应用于电机驱动

和应用控制等领域。

本产品使用的是STM32f103C8T6最小系统板，STM32F103C8T6最小系统板

是一款基于STM32F103C8T6芯片的嵌入式功能开发板。它集成了STM32F103C8T

6微控制器的核心部分，包括时钟电路、复位电路和USB电源管理电路等等，

具有体积小、功能强、易于使用等特点，适合初学者和专业开发人员使用。该

开发板具有丰富的接口和资源，包括USB接口、USART串口、SPI接口、I2C接

口、LED指示灯、按键等，可供用户进行各种实验和应用的开发。同时，它还

提供了扩展接口，方便用户进行扩展和升级。

（1）STM32相关特点

1）高性能：STM32采用ARMCortex-M内核，时钟频率最高可以达到72MH

z，具有高效的指令集和高速的数据处理能力，能够满足各种复杂的应用需求。

2）低功耗：STM32采用了先进的电源管理技术和低功耗设计，能够在各种

工作模式下实现极低的功耗，特别适合于电池供电的应用场景。

3）丰富的外设和接口：STM32配备了各种常见的外设和接口，包括串口、

SPI、I2C、ADC、DAC、RTC等，方便用户进行各种实验和应用的开发。同时，

它还提供了丰富的HAL库，简化了外设的使用和管理。

4）实时操作系统：STM32内置了实时操作系统（RTOS），支持多任务管理

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和优先级调度，能够实现复杂的应用程序开发。

5）易于开发和调试：STM32提供了完善的开发工具和调试环境，包括Kei

l、IAR等集成开发环境和ST-Link等调试器，方便用户进行程序的编写、编译、

调试和下载。

6）可靠性和稳定性：STM32采用了RISC架构，具有低功耗、高性能和可

靠性高的特点，能够在各种环境下保持稳定运行。同时，它还提供了丰富的保

护机制和错误检测功能，确保了系统的安全性和稳定性。

7）广泛的应用领域：STM32被广泛应用于各种嵌入式应用领域，包括电机

驱动、应用控制、PC游戏外设、GPS平台、可编程控制器(PLC)、变频器、打印

机和扫描仪等。

（2）STM32f103C8T6最小系统板相关参数

1）处理器核心：ARMCortex-M3内核，最高可达72MHz的工作频率。

2）存储器：64KBFlash，20KBSRAM。

3）时钟、复位和电源管理：2.0~3.6V的供电和I/O口、可上电/断电、可

编程电压检测、4MHz~16MHz晶振，32kHzRTC振荡器。

4）调试和编程支持：芯片内置调试和编程接口(SWD)，支持JTAG调试和编

程接口（可供自选）。

5）外设接口：32个通用输入/输出口(GPIO)，3个通用定时器，1个高级

定时器，同时还有串行通信接口(USART)、SPI、I2C、USB、ADC、PWM等。

6）封装：LQFP-48封装。

图2STM32f103C8T6最小系统板电路原理图

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3.2光敏电阻传感器模块

光敏电阻传感器模块是一种在市面上常见的光敏传感器，它通过光敏电阻

对光线强度的感知，实现对当前环境光照强度的实时监测。光敏电阻传感器模

块对环境光线比较敏感，一般用来检测当前环境下的光线强度，触发单片机或

者继电器模块等。

模块特点：

采用灵敏型光敏电阻传感器

工作电压3.3V-5V

输出形式：数字开关量输出（0和1）

使用宽电压LM393比较器

（2）产品应用范围

光线亮度检测

智能小车寻光模块

光敏电阻传感器模块原理图如下图所示。

图3光敏电阻传感器模块温度传感器原理图

3.3HC-SR505小型人体感应模块设计

HC-SR505小型人体感应模块是一款基于红外线技术的自动控制产品。它具

有高灵敏度、可靠性强、超小体积和超低电压工作模式等特点。这种模块广泛

应用于各类自动感应电器设备，特别是干电池供电的自动控制产品。

HC-SR505模块的触发方式为可重复触发，即当模块感应输出高电平后，在

延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，

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直到人离开后才延时将高电平转变为低电平。同时，模块会自动顺延一个延时

时间段，并以最后一次活动的时间为延时时间的起始点。

图4HC-SR505小型人体感应模块原理图

（1）模块优点：

1）自动感应:当人进入它的感应范围就输出高电平，人离开感应范围就自

动延时关闭高电平，输出低电平。

2）可重复触发：当模块感应并输出高电平后，在延时时间段以内，如果有

人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高

电平变为低电平。

3）输出高电平信号：方便与各类电路实现快速对接。

（2）主要参数：

模块最佳的工作状态电压：DC4.5V-20V

静态电流：<50uA

电平输出：高3.3V/低0V

触发方式：可重复触发

延时时间：默认8s加减30%

电路板外尺寸：10*23mm

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感应角度：<100°锥角

感应距离：3米以内

工作温度：-20℃-+80℃

感应透镜尺寸：直径10mm（默认）

HC-SR505小型人体感应模块的具体工作状态的电路原理图如图4所示。

4产品软件设计

该门禁系统是由多种元器件共同构成，所以根据不同的元器件所提供的不

同的效果分别进行程序设计、编程跟调试，最终以主程序为核心，将各部分的

程序连接起来，便于对程序进行修改、调试以及测试，同时也增加了程序的可

移植性和可读性。该门禁系统的软件部分会进行人体感应，光照检测，对按键

的扫描以及最终结果在OLED屏幕上的输出等。

编写主程序时要先对各个模块进行初始化，之后要判断人体感应模块是否

感应到周围是否有人，根据感应结果来进行程序的下一步运行：当检测到有人

时，OLED屏幕上显示“Welcome!”，同时警示灯点亮，之后由光敏电阻传感器

模块对当前环境下光照强度进行检测，当检测到光照较暗时，照明灯点亮，同

时对按键状态进行判断，当有人按下按键时，蜂鸣器(门铃)发出声音；检测到

无人时，会关闭报警灯、照明灯和蜂鸣器。程序编译无误后，通过烧录器将对

应的.hex文件烧录到相应的硬件装置也就是对应的开发板上，进行相应模块的

测试以及调试，完成要达到的功能显示。最后将这个完整的功能需求程序烧录

到开发板，对最终程序进行测试和调试。

4.1主程序流程图

主程序流程图如图7所示：

4.2编程软件介绍

本次设计需要用到的编程软件是keil5编写软件，由于使用的时STM32的

固件库编程，所以需要移植固件库文件。新建一个空白文件夹，在这个空白文

件夹中新建四个文件夹用来存放STM32不同的配置文件，对新建的文件夹进行

固件移植。从网上下载STM32f130的官方固件库，从网上按照教程将编程STM3

2所需要的文件分别移植到相应的文件夹中。

将所有的文件都移植完毕后，打开这个标准的固件库工程，先编译查看该

工程是否有移植错误，再在该工程中进行函数编写，对所需要的程序其进行下

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载、编译和测试，如果产生编译错误要查看错误的出处进行修改，再次进行相

关的编译测试，直到编译成功没有错误，效果图如图8所示：

图7主程序流程图

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图8程序编译图

5产品制作与调试

5.1系统电路组装步骤

（1）对照元器件清单表检查元器件。

（2）使用万用表测试相关元器件的正负极以及电阻的数据。

（3）用砂纸磨擦拭烙铁头，保证金属表面清洁。

（4）按照产品电路图进行元器件焊接。

（5）打开焊接使用的硬件设备，将电烙铁加热到三百五十度左右即可使用。

（6）焊接时，左手拿着焊锡丝，右手拿着电烙铁并使其倾斜，使用适量的

焊锡进行焊接，将焊锡丝和烙铁头同时对准焊接点，开始先熔化焊锡，当焊锡

浸润整个焊接点后，再同时移开烙铁头和焊锡丝。使用同样的方法焊接所有的

元器件。

（7）当所有的元器件都焊接好以后，使用贯彻电路焊接是否有误，焊接点

是否牢固，是否接好线，是否有脱落的器件，正负极是否接反，再使用万用表

测试电路是否都焊接好，元器件之间是否有未观察到但是未焊接好的点，如若

有错误产生应及时修改，再重现检查。

（8）单个测试相关的软硬件功能，显示没有出错则电路组装焊接、调试完

成。

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5.2产品装配图

如下图9所示。

图9装配图

6产品使用方法

（1）调试该门禁系统产品前必须检查相关的数据线接口是否连接完好，有

误漏焊、错焊等现象，应在无任何错误的情况下再通电，防止电路焊接出错从

而导致烧坏元器件及电路板。

（2）将调试好的软件程序烧录到硬件设备上，烧录成功之后显示屏会显示

相关数据。硬件电路板上有人体感应模块，只有检测到附近有人，才会在显示

屏上显示数据，同时红色LED灯会模拟信号灯，提示有人已经进入到感应器范

围，如果在本产品附近半米内显示屏和信号灯都仍然无任何现象，可以初步判

断时人体感应模块出现了问题；检测到有人后，会进入光照检测系统，当检测

到当前环境下光照较暗时，照明灯会打开；当有人按下按键时，会触发门铃信

号，蜂鸣器会模拟门铃，从而发出响声。

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（3）当所有功能都实现，且无任何状况发生时，就算是完成测试，然后整

理好设备，关闭电烙铁供电电源，收拾好焊台，清理桌面焊接垃圾。

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参考资料

[1]曾非一.