小區(qū)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

小區(qū)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究智能門禁系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)小區(qū)自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它對(duì)小區(qū)的出入口進(jìn)行控制，確保小區(qū)的安全。本文對(duì)某小區(qū)智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)展開(kāi)了介紹，該系統(tǒng)采用STM32控制器為主控，選擇觸摸屏的方式實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了指紋認(rèn)證識(shí)別功能。標(biāo)簽：小區(qū)；智能門禁系統(tǒng)；設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及人們安全防范意識(shí)的不斷增強(qiáng)，人們對(duì)小區(qū)門禁系統(tǒng)的要求越來(lái)越高。傳統(tǒng)的小區(qū)門禁系統(tǒng)具有安全性低、維護(hù)性差等問(wèn)題，已無(wú)法滿足社會(huì)發(fā)展的需求。而智能門禁系統(tǒng)具有安全、便捷、高效等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前小區(qū)門禁系統(tǒng)的首要選擇。1.整體方案設(shè)計(jì)該系統(tǒng)以STM32為核心，人機(jī)交互界面采用觸摸屏的方式。管理員可以通過(guò)串口HMI觸摸屏界面進(jìn)行用戶信息編輯、密碼修改與重置、權(quán)限修改、門鎖控制、信息輸入與控制等操作。如果用戶輸入效驗(yàn)信息和系統(tǒng)預(yù)留信息一致，則語(yǔ)音提醒匹配成功并開(kāi)鎖，否則提示再次輸入并確認(rèn)信息；直至三次錯(cuò)誤，系統(tǒng)自動(dòng)鎖屏并發(fā)出警報(bào)。此時(shí)只有管理員方可解鎖。該智能門禁系統(tǒng)擴(kuò)展的指紋識(shí)別解鎖功能，與密碼識(shí)別構(gòu)成多重保護(hù)。該智能門禁系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)分為六個(gè)模塊，分別是STM32最小系統(tǒng)、用戶觸摸顯示屏界面、門鎖驅(qū)動(dòng)模塊、AS608指紋識(shí)別模塊、電源模塊以及SYN6288語(yǔ)音報(bào)警模塊。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。1.1主控及電源模塊根據(jù)控制要求，系統(tǒng)采用STM32F103微控制器作為控制核心。該芯片具有3個(gè)USART串口、3個(gè)16位定時(shí)器、51個(gè)多功能雙向I/O口等，開(kāi)發(fā)者可以利用其豐富的內(nèi)部資源和外設(shè)資源進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，更重要的是功耗低，非常適合對(duì)功耗敏感的智能家居、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用。系統(tǒng)采用AT24C08芯片，通過(guò)IIC接口與STM32主控芯片的PB6（I2C1_SCL）、PB7（I2C1_SDA）相連，用于掉電保存當(dāng)前狀態(tài)信息、參數(shù)、帳號(hào)和密碼等信息。整個(gè)系統(tǒng)由小功率開(kāi)關(guān)電源輸出12V，再經(jīng)低壓降LDO分別輸出5V和3.3V給各模塊供電。1.2顯示模塊為了優(yōu)化用戶體驗(yàn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，滿足用戶個(gè)性定制需求，采用3.2寸HMI串口觸摸屏作為人機(jī)交互的媒介。HMI串口觸摸屏的RXD、TXD端口分別與STM32F103控制器的USART1端口PA9、PA10直接相連進(jìn)行通信。HMI串口觸摸屏有配套的上位機(jī)軟件，可以很快完成人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)，且可以通過(guò)串口與STM32控制器完成數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控信息的實(shí)時(shí)顯示及參數(shù)設(shè)定等功能。1.3指紋模塊為提高門禁系統(tǒng)的安全性，與密碼識(shí)別進(jìn)行多重保護(hù)，采用AS608指紋識(shí)別認(rèn)證技術(shù)作為用戶登錄識(shí)別方案。AS608指紋識(shí)別模塊主要性能指標(biāo)：3.3V供電，上電初始化<0.1s，內(nèi)置指紋數(shù)量300枚，USB2.0接口，通信速率9600*N，其中N=1～12；圖像質(zhì)量256*288pixel。其中AS608模塊內(nèi)部?jī)?nèi)置了手指探測(cè)電路，用戶可讀取狀態(tài)引腳（WAK）判斷有無(wú)手指按下。1.4門鎖驅(qū)動(dòng)模塊該系統(tǒng)采用具備斷電自動(dòng)上鎖功能的電磁鐵門鎖，即只要給門鎖輸入直流12V，即可開(kāi)鎖，斷電后自動(dòng)上鎖。通過(guò)STM32主控器I/O引腳輸出高低電平來(lái)控制繼電器的通斷，進(jìn)而控制門鎖的開(kāi)合，完成自動(dòng)開(kāi)鎖和上鎖的功能。其中繼電器驅(qū)動(dòng)電路采用NPN三極管實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換和大電流驅(qū)動(dòng)。1.5語(yǔ)音報(bào)警模塊語(yǔ)音報(bào)警模塊采用SYN6288實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的提示和報(bào)警功能。該模塊具有硬件接口簡(jiǎn)單，能夠快速識(shí)別文本數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為語(yǔ)音輸出，功耗低、音色圓潤(rùn)、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，適用于終端設(shè)備語(yǔ)音播報(bào)、短信息播報(bào)等領(lǐng)域，可以很好實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示和報(bào)警功能。STM32主控制器和SYN6288語(yǔ)音合成模塊之間通過(guò)串口進(jìn)行通信。SYN6288語(yǔ)音合成模塊的RXD引腳和TXD引腳分別與STM32主控制器的USART2端口PA2（TXD）和PA3（RXD）連接，SYN6288語(yǔ)音合成模塊的BUSY忙信號(hào)與PA4相連，通過(guò)串口向SYN6288語(yǔ)音合成芯片發(fā)送需要合成的文本信息，以及相應(yīng)的控制命令，合成的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)功放后驅(qū)動(dòng)喇叭，從而實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)語(yǔ)音提示和報(bào)警功能。2.程序設(shè)計(jì)程序首先要對(duì)系統(tǒng)的硬件進(jìn)行初始化，包括STM32時(shí)鐘、GPIO端口、TIM定時(shí)器、IIC通信、USART串口通信等底層硬件配置，從EEPROM讀取賬戶密碼信息對(duì)，ATK-AS608指紋識(shí)別模塊、SYN6288語(yǔ)音識(shí)別模塊和HMI串口觸摸屏等外部設(shè)備進(jìn)行初始化。然后在主程序里讀取HMI串口觸摸屏指令，進(jìn)入指令解析處理子程序，根據(jù)返回的指令進(jìn)入相應(yīng)的用戶登錄、指紋認(rèn)證或管理員登錄界面，并執(zhí)行相應(yīng)子程序。智能門禁系統(tǒng)主程序流程如圖2所示。2.1用戶登錄處理子程序設(shè)計(jì)用戶登錄處理子程序是對(duì)用戶登陸界面輸入的帳號(hào)和密碼進(jìn)行驗(yàn)證，并完成語(yǔ)音提示和自動(dòng)開(kāi)鎖上鎖等功能。當(dāng)用戶在用戶登錄界面輸入帳號(hào)和密碼并按確認(rèn)鍵結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用用戶登錄處理子程序，從HMI串口觸摸屏讀取所輸入的帳號(hào)和密碼，并與系統(tǒng)保存的賬號(hào)密碼對(duì)進(jìn)行匹配；若一致，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示成功，并控制繼電器動(dòng)作，完成自動(dòng)開(kāi)鎖和上鎖；若不一致，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示錯(cuò)誤，且記錄輸入的錯(cuò)誤次數(shù)。若錯(cuò)誤次數(shù)<3次，返回到用戶登錄界面；當(dāng)錯(cuò)誤次數(shù)≥3次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示失敗，且鎖定該用戶。用戶登錄處理子程序流程圖如圖3所示。2.2指紋認(rèn)證處理子程序設(shè)計(jì)指紋認(rèn)證處理子程序是對(duì)指紋認(rèn)證界面輸入的指紋信息進(jìn)行驗(yàn)證，并完成語(yǔ)音提示和自動(dòng)開(kāi)鎖上鎖等功能。當(dāng)用戶在指紋認(rèn)證界面錄入指紋信息并按確認(rèn)鍵結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用指紋認(rèn)證處理子程序，匹配指紋信息；若匹配成功，提示驗(yàn)證通過(guò)，并控制繼電器動(dòng)作，完成自動(dòng)開(kāi)鎖；若匹配不成功，提示驗(yàn)證失敗，且記錄輸入的錯(cuò)誤次數(shù)。若錯(cuò)誤次數(shù)<3次，返回到指紋登陸界面；當(dāng)錯(cuò)誤次數(shù)≥3次時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)出語(yǔ)音提示錯(cuò)誤，且鎖定該用戶，此時(shí)需要管理員介入。指紋認(rèn)證處理子程序流程圖如圖4所示。2.3管理員用戶子程序設(shè)計(jì)管理員用戶子程序是驗(yàn)證管理員信息，完成后臺(tái)信息的編輯、添加、刪除、管理等基本操作。進(jìn)入管理員界面需輸入管理員帳號(hào)和密碼，信息驗(yàn)證通過(guò)后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入到管理員界面；如果驗(yàn)證失敗，系統(tǒng)會(huì)提示輸入的信息有誤，并返回到管理員登錄界面。在管理員界面會(huì)顯示所有賬戶、密碼、權(quán)限等信息，同時(shí)根據(jù)管理員操作，執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作處理程序；其中管理員操作包括：添加或刪除用戶、用戶權(quán)限的管理、用戶指紋信息的管理。管理員用戶子程序流程圖如圖5所示。2.4USARTHMI上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)HMI（HumanMachineInterface）人機(jī)界面是系統(tǒng)和用戶之間進(jìn)行信息交互的媒介。HMI串口觸摸屏人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)主要通過(guò)配套的上位機(jī)軟件“USARTHMI”進(jìn)行；而下位機(jī)STM32微控制器只需要通過(guò)串口通信向觸摸屏傳輸控制指令就可以實(shí)現(xiàn)STM32微控制器對(duì)觸摸屏的顯示與控制，開(kāi)發(fā)人員不需要編寫復(fù)雜的底層顯示代碼，極大地提高了設(shè)計(jì)者的開(kāi)發(fā)效率。3.結(jié)論綜上所述，將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)及生物認(rèn)證識(shí)別技術(shù)有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用于智能門禁系統(tǒng)中，能夠有效提高門禁系統(tǒng)的安全性和可靠性。本文設(shè)計(jì)了一款智能門禁系統(tǒng)，經(jīng)測(cè)試，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了指紋認(rèn)證識(shí)別和密碼保護(hù)的雙重功能，且滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。參考文獻(xiàn)：[1]沈炎松.基于STC12單片機(jī)