基于指纹识别的机械某实验室门禁系统设计

基于指纹识别的机械某实验室门禁系统设计

摘  要

门禁系统是利用计算机和自动化控制设备对各类出入口通道进行控制和管理的智能化管理系统。直观地讲，就是系统前端利用门禁控制设备（门禁控制器）和身份识别设备（如读卡器、密码键盘、指纹识别器等）对进出的人员进行身份识别，并控制门的开关状态；后台管理软件监控各个出入口（也就是各个门禁点）的人员进出情况并进行记录，同时对各种非法侵入和开门超时等异常情况进行监测，及时上传告警信息，方便管理。改变了以往如闭路监控、防盗报警等安防产品被动的安防模式，以主动控制替代了被动监视。本课题“机械某实验室智能安防系统系统设计”是建立在此背景基础上，以stm32单片机为控制核心，通过传感器的相互的协调，和无线信息传输技术的应用，设计一套智能化，人性化的智能门禁控制系统。

关键字：stm32单片机，指纹识别系统，超声波，控制系统

Abstract

The entrance guard system is an intelligent management system which uses computer and automation control equipment to control and manage all kinds of entrance and exit channels. Intuitively speaking, is using the system front-end access control equipment (controller) and identification devices (e.g., card reader, keyboard password, fingerprint reader etc.) for the identification of import personnel, switch state and control gate; the backstage management software to monitor every entrance (i.e. each access point) of the staff out of the situation and make a record, while a variety of illegal intrusion and open the door to monitor the timeout and abnormal situation, timely upload alarm information, convenient management. Changes in the past, such as closed-circuit monitoring, anti-theft alarm and other security products passive security mode, active control instead of passive surveillance. The research of 'Mechanical Lab intelligent security system design system is built on the background based on STM32 microcontroller to control the core, through the coordination of each sensor, and the application of wireless information transmission technology, design a set of intelligent, user-friendly intelligent access control system. 

Keywords:  stm32； mono-chip；   supersonic；  wave；  control system

目    录

摘  要I

AbstractII

第1章 绪论1

1.1智能安防系统介绍1

1.2对智能家居现状及对其未来发展探究1

1.3本章小结1

第2章 系统整体方案构建设计2

2.1系统实现功能及要求2

2.2 系统整体方案设计2

2.2.1 MFRC522与IC卡概述2

2.2.2 总体方案设计2

2.3 本章小结4

第3章 系统硬件电路设计5

3.1  stm32单片机介绍5

3.2 单片机最小系统设计7

3.2.1 稳压电源电路设计7

3.2.2晶振电路设计7

3.2.3复位电路设计8

3.3 IC卡模块介绍10

3.3.1 MFRC522模块介绍10

3.3.2 MFRC522模块引脚功能简介11

3.3.3 MFRC522模块控制简介11

3.4超声波模块介绍12

3.5温度采集介绍13

3.6 LCD1602显示屏介绍13

3.7 nRF24L01无线模块的应用14

3.8本章小结15

第4章 PCB设计与焊接16

4.1 PCB布局与布线基本原则16

4.2系统布局布线图16

4.3 焊接电路总结18

4.4 本章小结18

第5章  电路调试19

5.1 硬件电路调试19

5.1.1 稳压电源电路20

5.2 nRF24L01模块调试20

5.3 MFRC522模块模块调试21

5.4 本章小结22

第6章 编译软件23

6.1 编译软件的应用23

6.2 Jlink的应用23

6.3 本章小结24

结论25

参考文献26

致谢27

第1章 绪论

1.1智能安防系统介绍

随着计算机、嵌入式技术的飞速发展，及高等院校信息化建设进程的加快，门禁管理信息在国内各大高校及一些科研院所的应用已经非常普及，如云南大学的“一卡通”机房门禁管理系统［1］，四川大学的远程门禁控制及视频监查系统等。显然，门禁信息系统为更新、提高实验装备，有效组织科研协作等起到了积极的作用，也为广大教师、科研人员、学生提供了进行科研实验的有利条件和可靠的保障.

  通过在管理中不断地探索、研究及分析，特别是长期对自主门禁系统的研究开发，结合广东石油化工学院计算机与电子信息学院实验教学模式及管理的特点，以先进的感应式IC 卡技术，配合指纹识别信息系统，将IC 卡的应用、嵌入式技术［4］与计算机信息管理系统结合起来，自主设计并实现了高校实验室门禁管理系统。 

    1 高校实验室门禁管理的问题分析 

    门禁系统的应用虽然使高校实验室各管理部门工作更加简单明了，效率更高，但在日常管理应用中，仍然暴露出很多问题和漏洞。从管理模式上分析，问题具体如下: 

    1) 市面上门禁系统高成本是制约高校实验室信息化普及和发展的瓶颈。现阶段，虽然门禁管理系统在市场上已有较为成熟的产品，但价格往往较高，这与高校实验室限于经济基础的规划模式不相符。在高校范围内，各领域、各学科都拥有各自不同的专业实验室，少则数十个，多则几十个。例如，每个实验室均购买一套门禁系统，则需动辄数十或者几十万元的成本，还需承担后期的维护、调试、安装等费用。 

    2) 市面上门禁系统的工作流程与高校实验教学模式不相符。高等院校的实验课程，为保证实验教学的效果与秩序，实验时是不允许非该时间段实验的班级学生进入实验室的。但在实际的管理过程中，这种情况非常难控制。以广东石油化工学院电子信息工程系现代通信重点实验室为例，目前，该实验室一次仅能容纳一个班级的专业实验。但系里2 个专业，4 个年级16 个班级的学生如果均持有进入实验室的IC 卡，为保障实验的正常进行，只能加大管理力度，派人时刻提醒非该时间段实验的学生不能进入实验室。这样无形中就增加了人力和劳动强度，没有从根本上实现现代化管理模式。 

    3) 市面上门禁系统的智能信息化程度不能满足高校实验室高强度、高节奏的人员流动性。如目前的门禁系统对考勤功能的设置仅限于某个具体对象，这与高校实验室必须具备考勤任务设置、考勤人数统计的功能要求相差较远。以广东石油化工学院计算机系软件工程实验室为例，每年承担的实验课程( 不包含重复课程) 总数达30 多门，开设各种实验项目200 多个，年实验任务高达12 万人机学时以上，说明周1 ～ 5，每日1 ～ 8 节课基本都有上机安排。实验室高强度、高节奏的运作往往使得上节实验课的学生还没指纹识别离开实验室，下节课的学生已经指纹识别进入实验室开始实验了。而门禁系统只能从读取器中导出数据，再从指纹识别进入、离开的时间列表中统计分析各个班级学生人数，这显然为教师的考勤工作造成了非常大的困扰。 

    4) 市面上门禁系统简单的呼应设置不适应高校开放性实验室的日常管理模式。多年来，随着实验室开放力度的加大，学生对实践能力重要性的认识的不断提升，学生申请使用实验室的次数也大幅度增加，实验室管理人员经常要中断手中的工作为前来申请使用实验室或请教问题的学生开门，并告之其他专业教师的具体办公位置。另外，实验室针对学生课外创新活动需要，面向各专业学生开放了相关实验，同时根据专业教师的研究方向，学生已经允许根据自己的学习兴趣选择实验分室和相关实验，这些都给实验室的管理增加了难度，实验室管理人员经常要花大量的时间来处理协调。 

    此外，从技术手段上分析，现阶段高校实验室门禁系统的漏洞如下: 

    ( 1) 可扩展性差。目前市面上的门禁系统不能根据高校后续的教学模式、实验需求增加相应的功能，或者修改相当的困难，同时也会增加一定的扩展费用。 

    ( 2) 非实时性。传统的基于单片机控制系统的不足和基于PC 的控制系统非实时性的缺点，与上下机指纹识别的高速度不匹配，使得数据读取缓冲不够，数据传输不到位。 

    鉴于以上情况，开发一种成本较低、可自行扩展维护，并符合各自高校教学、管理模式的实验室门禁管理系统是高校实验室信息化建设的必然要求，也是实现实验室有效开放的必要手段和方法。

以“智能门禁系统设计”的设计的话题，这一个方案以“智能门禁”这一理念，所以在这里有必要对“智能门禁”做一个简单的介绍。

现在家庭生活质量追求不断提升。现在技术不断提升比如：PCB板的精细、无线通信、微电子的发展。现在的单片机的速度在不断加速，加上传感器的精密度不断提升。这一系列的资源为提升一个智能门禁系统就很容易实现。智能门禁离不开语音的提示的系统，市场上的语音的芯片特别是语音的解码部分的性能的提升。小区实现一个智能门禁系统就能很简单了，人们的生活环境不断提升。

智能门禁的特点，它是融合了PCB板的精细、无线通信、网络的通信等等。小区用了智能门禁的手段来管理控制出入来往的客人，比如，通过指纹识别、无线传送、电话、互联网或者语音识别控制，通过这一类的传感器的控制，并将它们柔和在一个系统中。另一方面，一般高级一点的智能门禁系统，都是实现多块单片机的通信，用到无线的通信是比较方便。这样会系统的效率提高一个档次。