【《基于单片机的智能家居控制系统设计与实现》12000字（论文）】

第Ⅳ页共Ⅳ页基于单片机的智能家居控制系统设计与实现摘要智能家居行业在中国是一个快速发展的新兴行业。智能门禁系统是智能家居系统的一个重要组成部分。本研究的目的是在智能家居环境中实现安全自动化，拓展智能家居的功能，为人们提供一个智能、安全、舒适的生活环境。本文在分析现有家庭门禁系统的功能和结构的基础上，针对目前软件的各种缺陷，提供了一种基于单片机的智能家庭门禁系统的思路。本文介绍了单芯片微机技术、RFID技术和传感器在家庭安防系统中的先进理论。本文主要讨论了以下几个方面：第一，智能安防系统的发展现状、趋势和需求。经过对目前市场上多种智能家居安防系统的比较和分析，选择了单片微机技术、RFID技术和指纹技术作为本设计的核心技术。在此基础上，设计了该系统的硬件实现。该系统是模块化的，由几个功能模块组成。详细讨论了每个硬件模块的实现过程，包括电源电路、RFID模块、独立钥匙电路、指纹模块、声音报警电路和显示电路。本文详细阐述了各硬件模块的设计思路和功能实现原理。最后，设计了系统应用软件的主要模块流程。实践证明，该规范可靠、完整，符合设计要求。关键词：智能家居；单片机；门禁系统；RFID技术；指纹模块目录TOC\o"1-3"\h\u摘要 [16]。主要指标为有效显示面积、分辨率、灰度、大比例、视角、显示色度，包括显示亮度、OLED显示器、LED显示器等指标要求，作为一种有源发光显示器件，特别适用于基于黑色背景显示的增强型显示模块，操作消耗少，OLED显示比例指数高，一般可达100000：1，在显示黑白差异方面具有显著优势。当OLED显示器根据温度工作时，它会受到发光材料特性的影响，亮度和色度会在一定程度上显示出来。另外，高低温会影响OLED显示器的使用寿命，工作温度范围越宽，环境应力越大，使用寿命越短。其原理图如图3-5。图3-5OLED显示电路原理图4系统程序设计4.1编程软件介绍本设计所用到的编程软件为Keil5，其界面如图4-1所示：图4-1Keil5开发界面本设计所使用的编程环境是Keil5，相对于其他软件编程环境，Keil5更加的轻便快捷，操作更加的简单，深受广大嵌入式软件开发者的喜爱。Keil5支持多种芯片，包括51单片机、STM32、HC32、NXP等，生成的HEX文件，可通过烧录器直接烧录到单片机中，非常方便。另外，Keil5编译有三种，一种是单编，一种是部分编译，还有一种是全部编译，这样给开发人员更多的选择，并且编译的结果，显示在界面的最下方，供开发者查找错误。4.2主程序流程设计系统的主流程图如图4-2所示；在main.c中,先写入其他.c的头文件，接着是定义用到的全局变量和用到的函数，然后就进入到主函数中。在主函数中，先进行初始化，然后按顺序循环while中的四个函数：按键函数、显示函数和处理函数。按键函数中当按键按下时，会通过显示函数显示按键的功能，比如切换界面、添加删除指纹、添加删除门禁卡；显示函数显示门的状态和当前指纹和门禁卡设置状态；处理函数若用门禁卡或指纹解锁，会语音播报解锁结果，进行删除或添加门禁卡、删除或添加指纹。其部分主程序源码如下所示：intmain(void){HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_TIM1_Init();MX_USART1_UART_Init();（部分代码省略）……} }图4-2程序总体流程图4.3添加或删除指纹添加或删除指纹如图4-3所示；第一个按键按下后，OLED显示进入指纹操作，语音播报“添加或删除指纹”，若按下按键2，则进行添加指纹，显示指纹添加模式；指纹添加成功后显示指纹添加成功、是否继续添加，若再次按下按键2，则继续添加指纹。若在进入指纹操作时按下按键3，则进入指纹删除模式；删除成功后显示指纹删除成功、是否继续删除，若再次按下按键3，则继续删除指纹。其部分程序源码如下所示：if(flag_Fingerprint==1) { //添加指纹 if(FPM10A) { if(Device_Check()) { if(FPM10A_Find_Fingerprint()==0) { if(FPM10A_Add_Fingerprint(cnt)) { cnt++; V4(0); HAL_Delay(1500);（部分代码省略）……}}}图4-3添加或删除指纹图4.4添加或删除卡添加或删除卡如图4-4所示；第一个按键按下后，OLED显示进入刷卡操作，语音播报“添加或删除卡”，若按下按键2，则进行添加卡，显示刷卡添加模式；刷卡添加成功后显示刷卡添加成功、是否继续添加，若再次按下按键2，则继续添加卡。若在进入刷卡操作时按下按键3，则进入刷卡删除模式；删除成功后显示刷卡删除成功、是否继续删除，若再次按下按键3，则继续删除卡。其部分程序源码如下所示：if(flag_card==1) //添加卡{ RC522_Buf[8]=1; memcpy(RC522_Buf+9,&cnt,6); User_Num=0; PcdWrite(2,RC522_Buf); V4(0); HAL_Delay(1500); V4(1); flag_card=3;（部分代码省略）……}}}图4-4添加或删除卡图4.5解锁流程解锁流程如下图4-5所示，如果使用指纹解锁，若指纹已添加，语音播报门已打卡，步进电机正转模拟开门几秒后反转模拟关门，若指纹没有添加，则步进电机不工作；如果使用卡解锁，若卡已添加，语音播报门已打卡，步进电机正转模拟开门几秒后反转模拟关门，若卡未添加，则语音播报卡未授权。软件部分程序源码如下所示：voidManage_function(void){ if(PcdRequest(0x52,Temp)==MI_OK) //寻卡，成功后Temp数组为卡类型 { if(PcdAnticoll(UID)==MI_OK) //防冲突，UID数组数据为卡序列号 { if(PcdSelect(UID)==MI_OK)//选择该序列号卡 { if(PcdAuthState(0x60,2,(unsignedchar*)DefaultKey,UID)==MI_OK)//校验卡密码 { if(PcdRead(2,RC522_Buf)==MI_OK) //读取块2中当前数据 { （部分代码省略）……}}}图4-5解锁流程图

5系统调试5.1系统总体设计首先要做的是电路焊接，一共分成十二个模块：电源模块、单片机模块、显示模块、语音输出模块、指纹模块、独立按键模块、存储模块等。系统单片机模块选用了STM32F103芯片；显示模块采用OLED显示门禁信息、提示下一步操作信息；独立按键可以将指纹或磁卡进行录入和删除功能。下图5-1为焊接完整系统图：图5-1完整焊接系统图5.2指纹开锁成功页面如图5-2所示，上电后，摁下S1按键，进入指纹操作页面，此时的S2键为“添加键”和S3为“删除键”。添加成功后，会显示是否继续进行添加指纹操作，用户可以自由选择是或否，指纹操作成功后，输入正确的指纹，电机会模拟门的正常开关，若错误的指纹，则不会进行开门操作。图5-2指纹添加成功图5.3刷卡成功页面如图5-3所示，在指纹操作后，继续按第一个按键“S1”，则会进入刷卡操作，进行“添加”或“删除”卡的操作，与指纹操作类似，在卡添加成功后，会显示是否继续进行添加卡操作，用户可自行选择是或否。刷卡成功后，电机模拟门的正常开关。期间语音播报会正常播报“门已打开”，在开几秒后，自动关闭门。若错误的卡则播报“此卡为授权”，且不会打开门操作。图5-3报警系统测试图

结论在本毕业论文中基于STM32的智能家居门禁系统，可以进行指纹识别开门，刷卡识别开门，语音播报门是否开，显示屏显示当前门禁信息和提升下一步操作的功能，极大的提高了门禁系统的可靠性及实用性。本系统采用单片机STM32作为系统检测和控制的核心，通过指纹模块，采集指纹信息，屏幕显示添加或删除指纹操作，若指纹正确，则进行开门操作，并语音播报门已开，在几秒时间延迟后，门自动关闭；采集磁卡信息，屏幕显示添加或删除磁卡操作，若磁卡正确，则进行开门操作，并语音播报门已开，但若磁卡信息错误，则会语音播报，此卡无权限。本系统还设置了几个功能键，便于用户的添加或删除指纹和磁卡信息。将S1键赋予2个功能，首先，可以进行上下的翻页，其次可以进入指纹和磁卡信息的修改操作。S2和S3按键则是进行添加或删除操作。

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