畢業(yè)設計（論文）-基于單片機的智能門禁裝置設計

基于單片機的智能門禁裝置設計全套圖紙加V信153893706或扣3346389411)其中，x——表示調(diào)控之前的數(shù)值；Y——表示調(diào)控之后的數(shù)值；MaxG——表示原本的圖像的灰度數(shù)值中的最大值；MinG——表示最小值。圖片在上述公式的處理下進行了基本的初步調(diào)整，接下來將圖片進行進一步處理。由于計算機大多情況下無法直接識別出照片，故需要對照片進行一些精密性處理。首先排除外部干擾圖片的因素，將圖片中的某個選取的部分分為若干小塊，將每個小塊的像素的值進行排序處理，挑選出中心值像素將其看作為這個選取的部分的均值。再將圖片進一步加工，目的是去除光線等外部因素對即將提取的圖像特征的影響。對于人臉檢測與識別，適用矩形特征來進行特征性人臉的提取與檢測，該種算法由adaptiveboosting算法衍化而來[21]。當人臉特征圖片錄入處理完成后，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街行奶幚砥髦校瑔纹瑱C內(nèi)部進行數(shù)據(jù)錄入與比對，再控制開門與否（圖2-5）。圖2-5人臉識別模塊組成部分

門禁系統(tǒng)硬件電路設計自動門禁裝置的研究目的是將門鎖系統(tǒng)的智能性、便捷性以及安防系數(shù)不斷提高，而本課題采取的是將鍵盤密碼、IC卡讀取模塊、指紋識別模塊、人臉生物特征識別模塊機整合控制門禁裝置的機械鎖的開與關。系統(tǒng)總體電路設計方案本課題選取STM32F103C8T6作為主要的控制芯片，IC卡模塊選擇的處理芯片是MFRC522，指紋識別模塊選取的處理芯片為AS608這一指紋識別讀取模塊，人臉生物特征識別采用RaspberryPi作為主要處理主芯片。各部分的結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)如下圖3-1所示。圖3-1總電路各部分連接示意圖STM32F103C8T6引腳功能STM32F103C8T6有I/O口共計37個，ADC控制器（12位）共計兩個，它的外圍設備中有一個DMA控制器、一個PWM作用是控制電機、16位的定時器共計三個，12c接口共計兩個，USART接口共計三個，SPI接口共計兩個，一個CAN接口，一個USB接口；具體引腳的功能如表3-1-1所示表3-1-1STM32F103C8T6引腳功能序號引腳名稱類型I/O電平主功能復位功能重定義功能1VBATSVBAT2VSSASVSSA3VDDASVDDA續(xù)表3-1-14VSS＿1SVSS＿15VDD＿1SVDD＿16VSS＿2SVSS＿27VDD＿2SVDD＿28VSS＿3SVSS＿3TIM4＿ETR9VDD＿3SVDD＿310PC13-TANPER-RTC(4)I/OPC13(5)TAMPER-RTC11PC14-OSC32＿IN(4)I/OPC14(5)OSC32＿IN12PC15-OSC32＿OUT(4)I/OPC15(5)OSC32＿OUT13NRSTI/ONRST14PA0-WKUPI/OPA0WKUP/USART2＿CTS(7)/ADC12＿IN0/TIM2＿CH1＿ETR(7)15PA1I/OPA1USART2＿RTS(7)/ADC12＿IN1/TIM2＿CH2(7)16PA2I/OPA2USART2＿TX(7)/ADC12＿IN2/TIM2＿CH3(7)17PA3I/OPA3USART2＿RX(7)/ADC12＿IN3/TIM2＿CH4(7)18PA4I/OPA4SPI1＿NSS(7)/USART2＿CK(7)/ADC12＿IN419PA5I/OPA5SPI1＿SCK(7)/ADC12＿IN520PA6I/OPA6SPI1＿MISO(7)/ADC12＿IN6/TIM3＿CH1(7)TIM1＿BKIN續(xù)表3-1-121PA7I/OPA7SPI1＿MOSI(7)/ADC12＿IN7/TIM3＿CH2(7)TIM1＿CK1N22PA8I/OFTPA8USART1＿CKTIM1＿CH1(7)/MCO23PA9I/OFTPA9USART1＿TX(7)/TIM1＿CH2(7)24PA10I/OFTPA10USART1＿RX(7)/TIM1＿CH3(7)25PA11I/OFTPA11USART1＿CTS/USBDM/CAN＿RX(7)/TIM1＿CH4(7)26PA12I/OFTPA12USART1＿RTS/USBDP/CAN＿TX(7)/TIM1＿ETR(7)27PA13I/OFTJIMS/SWDIOPA1328PA14I/OFTJTCK/SWCLKPA1429PA15I/OFTJTDITIM2＿CH1＿ETRPA15/SPI1＿NSS30PB0I/OPB0ADC12＿IN8/TIM3＿CH3(7)TIM1＿CK2N31PB1I/OPB1ADC12＿IN9/TIM3＿CH4(7)TIM1＿CK3N32PB2I/OFTPB2/BOOT133PB3I/OFTJTDOPB3/TRACESWOTIM2＿CH2/SPI1＿SCK續(xù)表3-1-134PB4I/OFTNJTRSTPB4/TIM3＿CH1/SPI1＿MISO35PB5I/OFTPB5I2C1＿SMBAITIM3＿CH2/SPI1＿MOSI36PB6I/OFTPB6I2C1＿SCL(7)/TIM4＿CH1(7)USART1＿TX37PB7I/OFTPB7I2C1＿SDA(7)/TIM4＿CH2(7)USART1＿RX38PB8I/OFTPB8TIM4＿CH3(7)I2C1＿SCL/CAN＿RX39PB9I/OFTPB9TIM4＿CH4(7)I2C1＿SDA/CAN＿TX40PB10I/OFTPB10I2C2＿SCL/USART3＿TX(7)TIM1＿CH341PB11I/OFTPB11I2C2＿SDA/USART3＿RXTIM1＿CH442PB12I/OFTPB12SPI2＿NSS/I2C2＿SMBAI/USART3＿CK(7)/TIM1＿BKIN(7)43PB13I/OFTPB13SPI2＿SCK/USART3＿CTS(7)TIM1＿CH1N(7)44PB14I/OFTPB14SPI2＿MISO/USART3＿RTS(7)TIM1＿CH2N(7)45PB15I/OFTPB15SPI2＿MOSI/TIM1＿CH3N(7)續(xù)表3-1-146OSC＿INIOSC＿IN47OSC＿OUTOOSC＿OUT48BOOTOIBOOST最小系統(tǒng)原理圖本課題選取的單片機STM32F103C8T6的系統(tǒng)的最小的原理圖的組成部分主要有電源的電路模塊、復位模塊的電路、晶振模塊電路、調(diào)試模塊電路等；1、供電電源模塊該模塊主要可以分為電路的供電（圖3-1-a（1））和降壓（圖3-1-a（2））兩個模塊。圖3-1-a（1）供電模塊圖3-1-a（2）降壓模塊2、復位模塊的電路復位模塊電路如下圖（圖3-1-b）所示，其中有三種方式可以使之復位——使用電源使其復位、使用系統(tǒng)進行復位、以及后備域使其復位。電源使其復位的時候，引腳NRST拉低，從而外部的復位產(chǎn)生，同時有關復位的脈沖也得以產(chǎn)生，以致使系統(tǒng)復位。圖3-1-b復位模塊3、晶振模塊電路該模塊電路的主要作用是將信號傳輸給芯片，如圖3-1-c所示。需要通過有關數(shù)據(jù)的手冊確定特定的電路中需要的晶振。圖3-1-c晶振模塊電路4、去耦電容該模塊的主要作用是將電路的雜波進行濾除，使引腳附近的電壓維持一個較為穩(wěn)定的狀態(tài)，如圖3-1-d所示。圖3-1-d去耦電容5、下載模塊電路有關該電路的BOOT的選擇方式如表3-1-5所示，其電路的連接方式及設計如圖3-1-e（1）所示。表3-1-5BOOT的選型標準啟動下載電路的方法BOOT0BOOT1主閃存存儲器0X系統(tǒng)儲存器10內(nèi)置SRAM11圖3-1-e（1）確認下載方式的模塊電路確認過下載的方式后，在進行下載電路模塊的調(diào)試測量，如圖3-1-e（2）所示。圖3-1-e（2）模塊調(diào)試電路6、指示燈電路的指示燈模塊如圖3-1-f所示圖3-1-fLED燈模塊7、I/O接口各I/O接口如圖3-1-g所示。圖3-1-g外接I/O口8、芯片封裝整體的芯片內(nèi)部連接圖如圖3-1-2所示。圖3-1-2芯片內(nèi)部連接圖密碼模塊電路在本設計中密碼模塊電路，MCU選取的是STM32F103C8T6單片機，而密碼模塊選取的是4×4的鍵盤，使用者輸入與預先錄入的密碼相匹配的密碼后，開鎖的信息由MCU發(fā)出傳遞給驅(qū)動繼電器的模塊實現(xiàn)門鎖的開啟，若輸入的密碼與錄入的密碼不匹配，報警模塊啟動，門鎖不開啟。密碼模塊總設計該模塊的功能的控制系統(tǒng)使用的是選擇的主單片機，主要的將密碼鍵盤功能付諸實踐的是根據(jù)判別檢測每個按鍵。圖3-2-1密碼模塊整體流程圖密碼模塊鍵盤電路連接設計鍵盤模塊的組成主要有I/O接口構(gòu)成了完整的行結(jié)構(gòu)和列結(jié)構(gòu)，運行的方式主要是對每一行或者是每一列進行電平的掃描以來確認按鍵是否按下，具體的過程主要是每次特定的把選取好的那一行的電路電平給以低的電平，然后主機將依次讀取檢測被選取的行的電平的狀態(tài)，如若檢查測試到較為高的電平，那么可以確認檢測過的行中有按鈕被按下，緊接著檢查測試每一列的電平的狀態(tài)，檢查測試下來相較低的電平所在的那一列與剛剛確認的所在的行的交叉的那一個點就是被按下的按鈕，使用這個辦法依次檢測每個按鍵，可以確認按下的具體的按鈕。而每個按鈕的設置的功能并不一樣，具體功能如表3-2-2所示，電路接線圖如圖3-2-2所示。表3-2-2各按鍵具體功能按鍵按鍵具體的名稱具體的作用1-9鍵數(shù)字密碼鍵盤輸入數(shù)字密碼P鍵重新設置密碼鍵將密碼重置O鍵確認鍵對比較合密碼C鍵刪除鍵刪除輸入的數(shù)字圖3-2-2鍵盤接線圖IC卡識別模塊電路IC卡識別模塊主要組成的部分是主要控制的單片機和特定的讀卡模塊MFRC522，使用者使用具有特定的感應功能的卡片與讀卡模塊感應，無需進行接觸可以讀取卡片并判斷是否開鎖。IC卡識別模塊總設計該模塊的總設計流程圖如圖3-3-1所示圖3-3-1IC卡識別模塊流程圖讀卡器模塊引腳功能其中選取的特定的讀卡器MFRC522引腳功能如表3-3-2所示、表3-2-2MFRC522引腳引腳名稱類型具體功能OSCINI晶振輸入IRQO中斷請求SIGINI信號輸入SIGOUTO信號輸出TX1O發(fā)送器1TVDDPWR發(fā)送器電源TX2O發(fā)送器2TVSSPWR發(fā)送器地DVSSPWR數(shù)字地

不同接口地數(shù)據(jù)管腳D1I/OD2I/OD3I/OD4I/OD5I/OD6I/OD7I/OSDAI串行數(shù)據(jù)線EAI外部地址12CII2C使能DVDDPWR數(shù)字電源AVDDPWR模擬電源AUX1O輔助輸出AUX2OAVSSPWR模擬地RXI接收器輸入VMIDPWR內(nèi)部參考電壓NRSTPDI不復位和掉電OSCOUTO晶振輸出TESTPIN三泰管腳（不連接）PVDDPWR管腳電源PVSSPWR管腳電源地讀卡器模塊電路設計1、接口電路設計讀卡器模塊MFRC522接口電路設計如圖3-3-3（a）所示圖3-3-3（a）MFRC522接口2、電線電路設計電線電路使得讀卡器與IC卡片得以正常使用，讀卡的模塊和IC卡片通過讀卡模塊產(chǎn)生出的電能磁場再經(jīng)過變壓器裝置的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)了信息的傳遞的功能，而電線電路使得信息的傳遞更加精準，使用戶的使用感更加好。負責發(fā)射信息的電路、負責將信息接受的電路以及負責匹配各種電線的電路共同構(gòu)成了電線電路[22]。具體電路如圖3-3-3（b）所示圖3-3-3（b）電線連接指紋識別模塊電路指紋識別模塊主要的構(gòu)成部分有單片機主機和AS608作為識別主芯片，錄入特定的指紋特征，形成了特定的指紋的特性數(shù)據(jù)儲存在主機中，當再次識別時將掃描到的特定指紋數(shù)據(jù)與主機中儲存的數(shù)據(jù)相對比，判斷是否打開門鎖。指紋模塊總設計指紋模塊的運行的過程大致可以分為錄入識別到的指紋的過程和再次識別指紋的過程，流程如圖3-4-1所示。圖3-4-1指紋錄入模塊流程（左）指紋識別模塊流程（右）指紋識別模塊接口指紋識別模塊AS608的引腳接口功能如表3-4-2所示表3-4-2AS608接口功能序號引腳名稱具體功能1Vi電源正輸入端口2Tx串行數(shù)據(jù)輸出3Rx串行數(shù)據(jù)輸入續(xù)表3-4-24GND信號地5WAK感應信號輸出6Vt觸摸感應電源輸入7U+USBD+8U-USBD-該模塊與主單片機的電路連接圖如圖3-4-2所示圖3-4-2指紋識別模塊電路接口圖人臉識別模塊電路人臉特征識別模塊主要組成部分是主控的單片機和人臉特征圖像的處理器，本文選取的是Respberrypi微型處理器來完成模塊中的任務，使用了采集圖片的模塊、微型處理數(shù)據(jù)的模塊、負責輔助的模塊。微型處理模塊在該模塊中，選取的是微型處理器RPi樹莓派，這一微型處理器可以被看做作為一個微型的電腦處理的主板，基于ARM，其內(nèi)置存儲器的硬盤是（Micro）SD卡，而處理器面板四周部署有一個或兩個或四個USB的接口，以及部署有10/100的以太網(wǎng)的接口，因此，使用者可以將鍵盤等拓展件連接到該模塊上，除此之外，RPi還具備了將模擬的視頻的信號輸送出去的接口以及輸送視頻的HDMI高清接口。該模塊主面板如圖3-5-1所示圖3-5-1RPi主面板人臉識別模塊總設計人臉識別模塊設計運行流程圖如圖3-5-2所示圖3-5-2人臉識別模塊檢測流程（左）運行流程（右）人臉識別模塊接口RPi的主要參數(shù)如表3-5-3所示表3-5-3RPi主要參數(shù)名稱參數(shù)SOC博通BCM2837CPUARMCortex-A531.2GHz64-bit內(nèi)存1GBUSB接口4×USBPorts視頻輸入15-針頭MIPI相機（CSI）界面影像輸出HDMI1.4分辨率為640×350至1920×1200板載存儲MicroSD卡插槽額定功率800mAH（4.0W）電源輸入5V2.5A門鎖接口連線如圖3-5-3所示，在該設計模塊中，電磁鎖的接口VCC與GND為門鎖在端口處輸入電源的接口，而D+以及D-接口是門鎖在端口處輸入信號的接口。負責輸入信號的接口接收到脈沖信號被發(fā)出的時候，電子鎖的狀態(tài)發(fā)生變化，電子鎖開啟，該模塊中完成將脈沖信號傳遞輸入功能的是繼電器裝置，該裝置的位于右邊的接口作用主要是將設計中被控制的模塊相連接，在這之中，NC接口是一個常閉觸點，而NO接口是一個常開觸點，COM接口代表的是一個公共的端口，當COM接口與NO接口相連接時整體裝置的電路斷開，而當COM接口與NC接口相連接時整體裝置電路接通。該裝置的位于左邊的接口作用主要是傳遞輸出功能的是繼電器裝置，在這之中，VCC接口代表的是接入電源的端口，GND接口代表的是接地的接口，IN接口代表的是將信號傳遞輸入的接口。當較高的電平輸入到IN接口的時候，與NO接口連接的裝置和與NC接口連接的裝置的原來的狀態(tài)被改變。而主芯片RPi的2號引腳主要作用是將5V的電壓輸送出去，6號引腳主要負責接地，12號引腳主要負責將信號輸送出去。在本模塊中，電路中將NO接口與COM接口相連接，故若較高的電平被輸入到RPi的12號接口中的時候，各模塊相連接后運行，最終門鎖模塊原先的電路斷開的狀態(tài)被改變，變?yōu)殡娐方油ǖ臓顟B(tài)，在這種情況下，電磁鎖開啟。圖3-5-3人臉識別模塊接口圖電源模塊電路電源模塊電路主要的供電為+5V的直流電源，如圖3-6所示，電流通過AMS1117-3.3低壓差的線性穩(wěn)壓器降低到3.3V，該模塊的電壓由此供給。該穩(wěn)壓器一般適用于對電池的供電性能進行管理的裝置，而該穩(wěn)壓器具有數(shù)個不同類的特別性能，例如其最大的輸入電壓為12V，其電流的限制最大可以為1A，它的存儲的溫度最高的可以達到150℃而最低的可以達到-65℃，而它的穩(wěn)定電壓的精度系數(shù)約為3%[23]，其接口的具體功能如表3-6所示在該模塊中，根據(jù)設計好的指示燈電路里二極管的光對電路的運行的工程進行判斷，而穩(wěn)壓器左側(cè)的電容的作用是對整體電路的噪聲進行清理減弱。表3-6AMS1117具體接口引腳名稱類型具體功能ADJ/GNDO/-ADJ/接地VOUTO電壓的輸出VINI電壓的輸入圖3-6電源模塊繼電器模塊電路該模塊如圖3-7-2所示，作用主要是操控特定的模塊的電路的接通或者斷開，其在自動性能的裝置中較為常見[24]，本質(zhì)性能是借用一組較小的電流操控一組較大的電流，以此對電路的接通或者斷開進行管理設置.將主機的I/O接口連接上三極管進行繼電器模塊的驅(qū)動，進而實現(xiàn)門鎖的開啟與閉合，當較高的電平被輸入時，三極管處于飽和的狀態(tài)并導通，運行后由此門鎖關閉，當較低的電平被輸入時，三極管處于截止的狀態(tài)不導通，運行后由此門鎖開啟。圖3-7-2繼電器模塊報警模塊電路報警模塊主要的組成部分是BEEP模塊，報警模塊主要負責當密碼模塊、IC卡識別模塊、指紋特征識別模塊、人臉識別模塊中未能正常順利識別后的報警提醒作用，具體的電路連接圖如圖3-8所示。圖3-8報警模塊顯示模塊電路本模塊中顯示模塊主要采用芯片的是1602液晶模塊，該顯示屏主要有16位接口，常見且使用方式簡單便捷，這個型號的顯示屏每一行顯示的字符的字數(shù)是16，可以顯示的行數(shù)是2，它的接口的主要功能如表3-9所示表3-91602主要接口序號引腳名稱具體功能序號引腳名稱具體功能1VSS接地源9D2I/O口2VDD電源正極10D3I/O口3VL調(diào)整顯示對比度11D4I/O口4RS數(shù)據(jù)/命令選擇12D5I/O口5R/W讀/寫選擇13D6I/O口6E使能信號14D7I/O口7D0I/O口15BLA背光源正極8D1I/O口16BLK背光源負極其中VL引腳主要功能是對顯示屏的對比度進行調(diào)整，當其與正電源連接時對比度最低，對比度最高的時候是其接地的時候，故連線的時候接入一個10K的可調(diào)節(jié)電阻方便調(diào)整其對比度到合適的范圍；RS引腳主要功能是進行不同的寄存器的選擇，當處于高電平的時候選擇數(shù)據(jù)寄存器、當處于低電平的時候選擇指令寄存器；RW引腳主要功能處于高電平的時候選擇讀取、處于低電平的時候選擇寫入。該模塊的電路圖連接主要由圖3-9所示。圖3-9液晶顯示電路系統(tǒng)各部分的PCB所謂PCB圖是指硬件電路的內(nèi)部的電路的版圖的設計，它是電子元件中十分重要的的一個部分，對后續(xù)電路的元件之間的連接十分的重要，它使后續(xù)的電路板的裝配與焊接的更為便捷，也使后續(xù)的工程量縮小。PCB在設計中有許多功能，它可以輔助完成硬件電路中每一種選取的器件的連接與其在電路板上的電路的布線的問題，并且后期可以完成部分出現(xiàn)一些問題的元件的問題排查，使整個電路的維修的成本降低等。1、STM32F103C8T6的PCB布線圖單片機主芯片的PCB布線圖如圖3-10-1所示圖3-10-1STM32F103C8T6電路板布線圖2、密碼模塊PCB板密碼模塊的電路板布線圖如圖3-10-2所示圖3-10-2密碼模塊電路板布線圖3、IC卡主芯片模塊布線圖IC卡主芯片模塊布線圖如圖3-10-3所示圖3-10-3IC卡模塊電路板布線圖

門禁裝置機械部分設計門禁裝置最后執(zhí)行所有的命令的裝置是與繼電器相連接的的門鎖部分，它主要負責在各個模塊運行結(jié)束，發(fā)出指令后執(zhí)行開門或關門的指令。而機械門鎖的設計要求是能安全而有效的負責門的打開與關閉，以及當執(zhí)行關閉指令時門鎖鎖死不可通過內(nèi)外機械控制打開。智能門禁系統(tǒng)門鎖結(jié)構(gòu)智能門禁系統(tǒng)的機械外殼主要有機械部分的插銷、識別部分的機械主板等各類零散的結(jié)構(gòu)部分組成，它們之間進行組合安裝以使門鎖可以正常工作。門禁系統(tǒng)主要的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-1所示。圖4-1智能門禁系統(tǒng)機械部分結(jié)構(gòu)圖示各機械部分材料選擇與簡介智能鎖大致包含以下幾個部分：一、智能鎖面板覆蓋面板構(gòu)成了鎖的大部分外殼結(jié)構(gòu)，及保護了鎖體，又有裝飾鎖體的功能，如今，較為常見的構(gòu)成面板的材質(zhì)是銅、不銹鋼、塑料、鋅合金、鋁合金等，它們的具體特點如表4-2-1所示。表4-2-1各材料特質(zhì)材質(zhì)特點價格鋁合金硬度低、易成型、分量輕不定不銹鋼硬度高、難成形、耐磨損中等銅硬度高、易成型、工藝雜亂略高鋅合金使用廣、硬度適中、易成型、易加工、工藝成熟高低不等塑料輔助使用、材質(zhì)脆、易損壞、易成型、易處理低現(xiàn)在生活中常見的智能鎖的主體面板部分主要部分采用鋅合金，其余部分采用塑料、不銹鋼等一起組合而成，如圖4-2-1所示。圖4-2-1智能鎖面板構(gòu)成二、鎖體智能門鎖主要防范加強安全的結(jié)構(gòu)是鎖體，如圖4-2-2所示，它的構(gòu)成有鎖舌、主體，鎖體主要掌握了鎖的開合以及緊閉，鎖體中鎖舌主要負責門鎖的承力，鎖舌是實心材質(zhì)的。各個不同的鎖體的尺寸是有所區(qū)別的，而現(xiàn)如今大多鎖體采用的是國際標準尺寸。不同的門鎖的鎖體結(jié)構(gòu)也有所不同，不同的門鎖有四舌的鎖體、也有五舌的鎖體、還有的使用雙鉤鎖舌等，但總而言之，對于鎖體而言鎖的點數(shù)多一點對安全系數(shù)會有所加強。圖4-2-2鎖體內(nèi)部圖鎖體的主要的結(jié)構(gòu)部分一般選用鋅合金或是不銹鋼。但兩者對比而言不銹鋼這一材料具有更好的耐磨的特性，也抗各種撞擊且不容易變形，故選取不銹鋼作為鎖體與鎖舌的材料。三、鎖芯鎖芯是鎖體中最為重要的一個部件，鎖芯與機械鑰匙相契合，是控制門鎖開合與否的最主要部分。機械的防盜鎖有一個具體的相關規(guī)定和技術指標，主要有A級鎖和B級鎖兩種，后來各類生產(chǎn)鎖具的企業(yè)又自行規(guī)定了超B級的鎖芯，它們的主要區(qū)別在于鎖孔與鑰匙的不同。A級鎖如圖4-2-3（a），B級鎖如圖4-2-3（b），A級的鎖相對而言會比較易打開、工藝會比較簡單，B級別鎖相對而言工藝會更精良一些，不能輕易被打開，超B級的鎖芯的工藝會更加復雜，更難打開，安全性更加穩(wěn)定。它們的區(qū)別具體如表4-2-3所示。表4-2-3鎖芯對比A級（國家標準）B級（國家標準）超B級（企業(yè)標準）平板/月牙型平板或月牙型平板或月牙型平板型鑰匙槽一排凹形槽兩排凹形槽兩排凹形槽以及S形槽其他型號十字型四面凸型槽圓柱型多點凹形槽內(nèi)外雙蛇形槽防盜門抵抗非正常開啟時間/分鐘153030防鉆破壞時間/分鐘153030防鋸破壞時間/分鐘51010防撬破壞時間/分鐘153030防拉破壞時間/分鐘153030防沖擊破壞時間/分鐘153030續(xù)表4-2-3防技術開啟時間/分鐘15270互開率≤0.03%≤0.01%≤0.0004%安全系數(shù)低較高高圖4-2-3（a）A級鎖圖4-2-3（b）B級鎖

門禁系統(tǒng)軟件部分設計門禁系統(tǒng)的功能實現(xiàn)需要軟件部分的設計與運算，該模塊主要是對選擇的軟件的介紹與各模塊的軟件設計流程說明,最后實現(xiàn)各模塊的成功運行。設計軟件簡介本課題中，選取了keiluVision5來實現(xiàn)前三個模塊（密碼、IC卡、指紋）程序的編寫與運行試驗，選取了matlab實現(xiàn)人臉模塊的數(shù)據(jù)運行檢測。Keil5軟件可以實現(xiàn)編譯數(shù)據(jù)，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)試與測試，它支持了很多種器件的運行，包含了如今大部分常見的運行芯片。而matlab這一軟件能完成對矩陣的編輯與運算，可以將算法與數(shù)據(jù)運行，也可以實現(xiàn)函數(shù)的繪制，還可以與其他的編程軟件相互連接。主控模塊程序設計主控模塊選取的是以STM32F103C8T6為主控核心的運行模塊，分別使用各個模塊分別控制門鎖的開合以及鎖定，使用程序分別編寫各個模塊，最后統(tǒng)一進行測試與運行,如此便可以使后續(xù)的調(diào)試與修改更加便捷[25]。智能門禁裝置的各個模塊運行總設計如流程圖5-2所示。圖5-2程序總設計流程圖本課題中控制門鎖的開合方式共四種，IC卡識別、密碼識別、指紋識別、人臉識別，而系統(tǒng)中的主程序設計包括使STM32各端口值恢復初始、讀卡模塊RC522設置為初始值、密碼鍵盤端口設置為初始值、指紋模塊AS608設置為初始值、人臉模塊RPi設置為初始值，這些程序控制共同組成了主程序，而其各個模塊分為不同的子程序，有鍵盤控制模塊的程序、IC卡控制模塊的程序、指紋模塊的識別與管理程序、人臉模塊的識別與管理程序、繼電器的運行與接受指令的程序等，所有模塊聯(lián)合控制管理主控模塊，最后共同控制門鎖的開合與否。主程序主要負責將各個模塊恢復到初始的值以及判斷與識別在有限的測定時間內(nèi)是否有打開門鎖的指令，若檢測到指令的出現(xiàn)則進入判別的步驟，若符合開啟門鎖的要求則打開門鎖，若不符合門鎖開啟的要求則啟動報警模塊，而如若在有限的時間內(nèi)沒有接收到任何打開門鎖的指令，則將系統(tǒng)的電源斷開。在程序的總設計中需要使用的部分程序：SystemInit()∥使系統(tǒng)恢復初始設置RCC_Configuration()∥將時鐘設置為初始GPIO_Configuration∥初始引腳USART_Configuration∥將串口設置為初始BEEP_Init()∥將蜂鳴器賦予初始的值LCD_Init()∥將LCD進行初始化設置AS608_Init()∥指紋模塊調(diào)整為初始的值RC522_Init()∥IC卡模塊調(diào)整為初始的值Sudoraspi-config∥人臉模塊調(diào)整為初始的值密碼模塊程序設計密碼模塊的程序設計包括了密碼的設定模塊和使用密碼進行識別以此開啟門鎖的模塊。密碼的設定模塊的程序運行流程圖以及密碼的識別模塊的程序運行的流程圖如圖5-3所示，與LCD模塊相連接。圖5-3密碼的模塊的流程圖（左）識別模塊的流程圖（右）當模塊開始運行的時候，系統(tǒng)開始供電，開始檢測密碼輸入模塊是否運行，密碼模塊對輸入密碼的時間有所要求，若超過規(guī)定時間則會判定為密碼輸入錯誤，LCD會顯示重試，若接連三次密碼輸入錯誤會啟動報警電路，門鎖關閉。而當我們進入密碼的調(diào)試模塊的時候，需要核對原始的密碼，若相一致則可以修改密碼，若不匹配則需要重新輸入[26]。在密碼模塊的部分程序：intkey(void)∥返回int類型按鍵值{intKeyVal=0; GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR&0xf0ff|0x0f00)); if((GPIOB->IDR&0xf000)==0x0000) return-1;else {delay_ms(5); if((GPIOB->IDR&0xf000)==0x0000) return-1;} GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR&0xf0ff|0x0100)); switch(GPIOB->IDR&0xf000) {case0x1000:KeyVal=1;Key_Scan[1]=1;break;∥1 case0x2000:KeyVal=2;Key_Scan[2]=2; break;∥2 case0x4000:KeyVal=3;Key_Scan[3]=3; break;∥3 case0x8000:KeyVal=11;break;∥A} GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR&0xf0ff|0x0200)); switch(GPIOB->IDR&0xf000) {case0x1000:KeyVal=4;Key_Scan[4]=4; break; case0x2000:KeyVal=5;Key_Scan[5]=5; break; case0x4000:KeyVal=6;Key_Scan[6]=6; break; case0x8000:KeyVal=12;Key_Scan[1]=0; break;} GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR&0xf0ff|0x0400)); switch(GPIOB->IDR&0xf000) {case0x1000:KeyVal=7;Key_Scan[7]=7; break; case0x2000:KeyVal=8;Key_Scan[1]=1; break; case0x4000:KeyVal=9;Key_Scan[1]=1; break; case0x8000:KeyVal=13;Key_Scan[1]=0; break; }GPIO_Write(GPIOB,(GPIOB->ODR&0xf0ff|0x0800)); switch(GPIOB->IDR&0xf000) {case0x1000:KeyVal=15;Key_Scan[1]=0; break; case0x2000:KeyVal=0;Key_Scan[0]=0; break; case0x4000:KeyVal=16; Key_Scan[1]=0;break; case0x8000:KeyVal=14;Key_Scan[1]=0; break; } returnKeyVal;}IC卡模塊程序IC卡模塊控制的程序運行步驟如圖5-4，模塊開始運行之后選取的模塊中的各個端口進行數(shù)據(jù)初始化操作，MFRC522模塊各端口都進行數(shù)據(jù)初始化處理，在將所有的數(shù)據(jù)初始化之后可以開始進行IC卡的卡片讀取與識別。最后結(jié)果在LCD模塊進行顯示，模塊控制門鎖開合與否。圖5-4指紋模塊流程圖該設計采取LCD模塊連接顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，一開始初始化之后開始識別卡片，當模塊識別到卡片的時候，判斷卡片是否為已錄入的，若對比之后發(fā)現(xiàn)信息一致，則控制門鎖結(jié)構(gòu)開啟，LCD則會將卡片的信息顯示出來，若比對失敗，則LCD顯示錯誤，報警模塊開始運行。模塊設計的一部分的程序如下所示：u8show_flag=0;∥顯示的界面unsignedcharnum;unsignedcharkey_flag;∥顯示當前IC卡需要執(zhí)行的任務unsignedchari;unsignedinttemp;unsignedcharstatus;unsignedcharg_ucTempbuf[20];unsignedcharg_ucTempbufid[20];∥對錄入的IC卡進行暫時的存放unsignedcharlcd[]="0123456789ABCDEF";∥顯示出當前IC卡的卡號unsignedchardataerr[16]={0x11,0x11,0x11,0x78,0xED,0xCB,0xA9,0x87,0x12,0x34,0x56,0x78,0x01,0xFE,0x01,0xFE};∥錯誤的IC卡unsignedchardata1[16]={0x12,0x34,0x56,0x78,0xED,0xCB,0xA9,0x87,0x12,0x34,0x56,0x78,0x01,0xFE,0x01,0xFE};∥一致的IC卡指紋模塊程序指紋模塊控制的程序運行步驟如圖5-5（a）和5-5（b），模塊開始運行之后選取的模塊中的各個端口進行數(shù)據(jù)初始化操作，AS608模塊各端口都進行數(shù)據(jù)初始化處理，在將所有的數(shù)據(jù)初始化之后可以開始進行指紋圖片的讀取與識別。該模塊中包含對特征指紋的錄入與讀取識別。圖5-5（a）個人的特征性指紋的錄入流程圖圖5-5（b）個人的特征性指紋的識別流程圖在該模塊中有錄入指紋的程序、刪除指紋的程序等，為了讓系統(tǒng)的操作更加便捷與一目明了，給檢測到的特征性指紋模塊編寫ID號錄入到對應的指紋庫中，每次錄入指紋的時候需要進行連續(xù)兩次的采集，將合適的特征性指紋儲存，錄入符合要求的特征性指紋，后續(xù)進行指紋的識別時將檢測到的指紋與數(shù)據(jù)庫中的指紋相互比對，若符合要求則將門鎖開啟，若不符合規(guī)定則報警模塊開啟。部分程序如下所示：voidpress_FR(void){SearchResultseach; u8ensure; char*str; ensure=PS_GetImage(); ∥SUO_Init(); LED_Init(); if(ensure==0x00)∥成功的得到指紋的圖像 {ensure=PS_GenChar(CharBuffer1); if(ensure==0x00)∥生成特征性指紋 {ensure=PS_HighSpeedSearch(CharBuffer1,0,300,&seach); if(ensure==0x00)∥搜索成功 {LED0=1; LED1=0;BEEP=1;delay_ms(2500);BEEP=0;SUO=0;∥開啟門鎖 LCD_Fill(0,100,lcddev.width,160,WHITE); Show_Str_Mid(0,100,"Searchfingerprintsuccess",16,240); str=mymalloc(50); sprintf(str,"MatchID:%dMatchscore:%d",seach.pageID,seach.mathscore); Show_Str_Mid(0,140,(u8*)str,16,240); myfree(str);} else {ShowErrMessage(ensure);BEEP=1;LED0=0;SUO=1;delay_ms(3000);BEEP=0;}} else {ShowErrMessage(ensure);} delay_ms(1000); LCD_Fill(0,100,lcddev.width,160,WHITE);}}人臉模塊程序人臉模塊分為人臉圖像的識別與錄入，總流程圖如5-6所示，需要先對讀取到的人臉圖像進行處理與識別，當處于錄入的步驟的時候，要進行圖片的處理，先對截取的圖片進行圖片的范圍處理，選取適當?shù)娜四樂秶?，識別特征，最后得到特征型人臉，將其錄入，形成儲存的匯總。而人臉識別步驟再次處理圖片，對圖片進行適當?shù)剞D(zhuǎn)化，最后提取特征，生成比對的樣本，與匯總的錄入的資料進行對比，判斷是否有符合要求的特征，若有符合要求的特征則門鎖開啟，若不符合要求則門鎖不開啟。圖5-6人臉模塊總流程該模塊中，人臉錄入的數(shù)據(jù)記錄的流程圖何識別的流程圖如圖5-6-1所示。其中人臉數(shù)據(jù)范圍截取的部分程序如下所示：F=imread(‘face9.jpg’);F=rgb2gray(F);∥將人臉圖片灰度化處理level=graythresh(F);BW=im2bw(F,level);∥二值化[n1n2]=size(BW);H=floor(n1/10);∥分割圖片使之成為10模塊W=floor(n2/10);h1=1;h2=H;s=H*W;∥求得塊的面積hi=H;wi=W;fori=1:10w1=1;w2=W;∥對應列初始化forj=1:10if(w1≤wi||w2≥9*W)||(h1≤hi||h2≥n1-h_i)∥截取圖片是否在四周loc=find(BW(h1:h2,w1:w2)==0)[num,~]=size(loc);pr=num*100/s;∥計算灰度為黑色的像素占的比例圖5-6-1圖片處理流程圖（左）門鎖運行流程圖（右）

結(jié)論本設計主要研究了智能門禁系統(tǒng)的四種開啟方式，如今門禁系統(tǒng)的市場規(guī)模逐步擴大，人們的需求逐日增加，對門禁系統(tǒng)的技術要求也越來越高，對其安全指數(shù)和便捷指數(shù)的需求逐步上增。本課題主要通過對各部分門鎖系統(tǒng)的研究，設計并探索了幾種較為常見的智能門鎖開啟方式。本設計的主要研究內(nèi)容是基于STM32單片機的智能門禁裝置設計，通過IC卡，密碼、指紋監(jiān)測和人臉識別實現(xiàn)門禁系統(tǒng)的運行。主要設計內(nèi)容分為四個模塊，IC卡識別、密碼識別的設計、指紋識別模塊的設計以及人臉生物特征識別模塊，最終各模塊運行控制門鎖的開合與否。在整個設計的過程中，我主要學習與練習了以下模塊：學習深入了解了STM32F103C8T6單片機的，明白其特征、內(nèi)部構(gòu)造與運行方式，初步著手進行它的簡單連接與運行；學習了解密碼識別模塊，了解學習并著手設計了4×4密碼鍵盤，學習密碼鍵盤識別運行方式，并進行電路連接和軟件程序設計，認識了電平置位的運行方式；學習了IC卡運行，初步了解MFRC522模塊，認識了頻射卡，并探索了解IC卡運行原理；學習認識了指紋特征的讀取與識別的原理，了解認識了AS608模塊，探索了指紋模塊圖片的處理與錄入算法，同時初步了解其運行模式，了解AS608各個端口；初步認識樹莓派模塊，了解了簡單的人臉識別的原理，初步學習了簡單的人臉照片的處理與計算，初步了解灰度化與二值化處理圖片的方式，也初步了解樹莓派運行方式；認識了門鎖的機械部分的組成，了解各個部分的常見材料與其優(yōu)缺點，也初步學習了機械門鎖的運行的方式，通過對械部門內(nèi)部結(jié)構(gòu)的探索分析與設計學習了常見的門鎖的機械模塊；了解了簡單的LCD模塊運行方式與連接方式，了解LCD1602的基礎特征，學習LCD1602的簡單顯示方式；研究設計了簡單的各模塊的硬件部分的電路的連接與運行過程，對選取的各個模塊進行初步的硬件部分的學習與了解；研究設計了簡單的各模塊軟件程序部分，學習認識了初級的