基于STM32的智能门锁控制系统设计

news2024/11/23 13:38:23

引言

本项目基于STM32微控制器设计了一个智能门锁控制系统，用户可以通过密码输入或指纹识别来控制门锁的开关。该系统集成了键盘、指纹传感器、舵机等外设，实现了门锁的安全、便捷控制，同时也具备了较强的扩展性。该项目展示了STM32在安防领域的应用。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）
4x4 矩阵键盘（用于密码输入）
指纹传感器模块（如 R307）
舵机（用于控制门锁开关）
蜂鸣器（用于提示音）
OLED 显示屏（用于显示状态）
面包板和杜邦线
USB-TTL 串口调试工具

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于初始化 STM32 外设。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写和下载代码。
ST-Link 驱动程序：用于下载程序到 STM32。

项目实现

1. 硬件连接

矩阵键盘连接：将 4x4 键盘的行和列引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PB0-PB7）上，用于读取按键输入。
指纹传感器连接：将指纹传感器的 TX 和 RX 引脚分别连接到 STM32 的 UART 接口（如 PA9 和 PA10）。
舵机连接：将舵机的信号引脚连接到 STM32 的 PWM 引脚（如 PA8），用于控制舵机开合门锁。
蜂鸣器连接：将蜂鸣器的控制引脚连接到 STM32 的 GPIO 引脚（如 PA3），用于发出提示音。
OLED 显示屏连接：将 OLED 显示屏的 SDA 和 SCL 引脚连接到 STM32 的 I2C 接口（如 PB6 和 PB7）。

2. STM32CubeMX 配置

打开 STM32CubeMX，选择你的开发板型号。
配置系统时钟为 HSI 以确保系统稳定。
配置 GPIO 引脚用于矩阵键盘、蜂鸣器、舵机控制。
配置 UART 用于指纹传感器通信。
配置 I2C 用于 OLED 显示屏控制。
生成代码，选择 Keil 或 STM32CubeIDE 作为工具链。

3. 编写主程序

在生成的项目基础上，编写密码输入、指纹识别、舵机控制以及 OLED 显示屏显示的代码。以下是智能门锁控制系统的基本代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "fingerprint.h"
#include "keypad.h"
#include "servo.h"
#include "oled.h"

// 密码和指纹 ID
const char correct_password[] = "1234";  // 预设的密码
uint8_t authorized_fingerprint_id = 1;   // 预设的指纹 ID

// 函数声明
void Lock_Control(uint8_t state);
uint8_t Check_Password(void);
uint8_t Check_Fingerprint(void);
void System_Init(void);

// 初始化系统
void System_Init(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();
    
    OLED_Init();
    Keypad_Init();
    Servo_Init();
    Fingerprint_Init();
    
    OLED_ShowString(0, 0, "Welcome");
}

// 控制舵机打开或关闭门锁
void Lock_Control(uint8_t state)
{
    if (state == 1)
    {
        Servo_Open();  // 打开门锁
        OLED_ShowString(0, 1, "Lock Open");
    }
    else
    {
        Servo_Close();  // 关闭门锁
        OLED_ShowString(0, 1, "Lock Closed");
    }
}

// 检查密码输入
uint8_t Check_Password(void)
{
    char input[5] = {0};
    OLED_ShowString(0, 0, "Enter Password:");
    
    for (uint8_t i = 0; i < 4; i++)
    {
        input[i] = Keypad_GetKey();  // 获取按键输入
        OLED_ShowChar(i * 8, 1, '*');  // 显示星号代替密码
        HAL_Delay(500);  // 防抖延时
    }
    
    return (strcmp(input, correct_password) == 0);  // 返回密码比对结果
}

// 检查指纹
uint8_t Check_Fingerprint(void)
{
    OLED_ShowString(0, 0, "Place Finger:");
    uint8_t result = Fingerprint_Scan();  // 扫描指纹
    
    if (result == authorized_fingerprint_id)
    {
        OLED_ShowString(0, 1, "Fingerprint OK");
        return 1;
    }
    else
    {
        OLED_ShowString(0, 1, "Fingerprint Fail");
        return 0;
    }
}

int main(void)
{
    System_Init();
    
    while (1)
    {
        // 检查密码输入
        if (Check_Password())
        {
            Lock_Control(1);  // 密码正确，打开门锁
            HAL_Delay(5000);  // 保持门锁打开5秒
            Lock_Control(0);  // 关闭门锁
        }
        
        // 检查指纹
        if (Check_Fingerprint())
        {
            Lock_Control(1);  // 指纹正确，打开门锁
            HAL_Delay(5000);  // 保持门锁打开5秒
            Lock_Control(0);  // 关闭门锁
        }
        
        HAL_Delay(1000);  // 每秒更新一次状态
    }
}

4. 密码输入处理

以下是矩阵键盘处理密码输入的代码示例：

#include "keypad.h"

// 初始化键盘
void Keypad_Init(void)
{
    // GPIO 初始化代码
}

// 获取按键输入
char Keypad_GetKey(void)
{
    // 轮询键盘，返回按下的按键字符
    char key = '0';  // 示例，实际需要轮询检测
    return key;
}

5. 指纹识别处理

以下是指纹识别模块的基本代码示例：

#include "fingerprint.h"

// 初始化指纹模块
void Fingerprint_Init(void)
{
    // UART 初始化代码
}

// 指纹扫描
uint8_t Fingerprint_Scan(void)
{
    // 模拟指纹识别
    return 1;  // 假设返回的指纹ID为1
}

6. 舵机控制

通过 PWM 控制舵机开合门锁：

#include "servo.h"

// 初始化舵机
void Servo_Init(void)
{
    // PWM 初始化代码
}

// 打开门锁
void Servo_Open(void)
{
    // 设置舵机角度，打开门锁
}

// 关闭门锁
void Servo_Close(void)
{
    // 设置舵机角度，关闭门锁
}

7. OLED 显示处理

用于显示状态和提示信息：

#include "oled.h"

// 初始化 OLED
void OLED_Init(void)
{
    // I2C 初始化代码
}

// 显示字符串
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, char *str)
{
    // 在 OLED 上显示字符串
}

// 显示字符
void OLED_ShowChar(uint8_t x, uint8_t y, char chr)
{
    // 显示单个字符
}