智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷開展，信息技術(shù)己經(jīng)深入人類生活的各個(gè)領(lǐng)域特別是住宅區(qū)的需要。伴隨著防盜與財(cái)物的平安的意識(shí)的不斷提高，人們對(duì)高級(jí)的住宅區(qū)平安程度和門禁的系統(tǒng)人性化要求越來(lái)越高。本課題“智能安防系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”是建立在此背景根底上，以stm32f103c8t6單片機(jī)為控制核心，通過(guò)傳感器的相互的協(xié)調(diào)，和無(wú)線信息傳輸技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計(jì)一套智能化，人性化的智能門禁控制系統(tǒng)。關(guān)鍵字：stm32f103c8t6單片機(jī)，刷卡系統(tǒng)，超聲波，控制系統(tǒng)AbstractWiththedevelopmentofeconomyandscience,informationtechnologyhasbeenappliedineverypartofpeople’sdailylife,especiallyinresidentialarea.People’sdemandsofexclusiveresidentialsecurityanduser-friendlyaccesscontrolsystemareincreasingbythedevelopingawarenessoftheanti-theftandpropertysecurity.Basedonthistrend,mypaper,IntelligentSecuritySystemDesign,isgoingtodesignanintelligent,user-friendlyaccesscontrolsystem.Themaincontrollerofthesystemisstm32f103c8t6mono-chip,helpedbythecoordinationofthesensorsandthewirelessinformationtransmissiontechnology.Keywords:stm32f103c8t6；mono-chip；

supersonic；

wave；controlsystem目錄摘要IAbstractII第1章緒論11.1智能安防系統(tǒng)介紹11.2對(duì)智能家居現(xiàn)狀及對(duì)其未來(lái)開展探究11.3本章小結(jié)1第2章系統(tǒng)整體方案構(gòu)建設(shè)計(jì)22.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及要求22.2系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)22.2.1MFRC522與IC卡概述22.2.2總體方案設(shè)計(jì)22.3本章小結(jié)4第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)53.1STM32F103C8T6單片機(jī)介紹53.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)73.2.1穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)7晶振電路設(shè)計(jì)7復(fù)位電路設(shè)計(jì)83.3IC卡模塊介紹103.3.1MFRC522模塊介紹103.3.2MFRC522模塊引腳功能簡(jiǎn)介113.3.3MFRC522模塊控制簡(jiǎn)介113.4超聲波模塊介紹123.5溫度采集介紹133.6LCD1602顯示屏介紹133.7nRF24L01無(wú)線模塊的應(yīng)用143.8本章小結(jié)15第4章PCB設(shè)計(jì)與焊接164.1PCB布局與布線根本原那么164.2系統(tǒng)布局布線圖164.3焊接電路總結(jié)184.4本章小結(jié)18第5章電路調(diào)試195.1硬件電路調(diào)試195.1.1穩(wěn)壓電源電路205.2nRF24L01模塊調(diào)試205.3MFRC522模塊模塊調(diào)試215.4本章小結(jié)22第6章編譯軟件236.1編譯軟件的應(yīng)用236.2Jlink的應(yīng)用236.3本章小結(jié)24結(jié)論25參考文獻(xiàn)26致謝27第1章緒論1.1智能安防系統(tǒng)介紹以“智能門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的設(shè)計(jì)的話題，這一個(gè)方案以“智能門禁”這一理念，所以在這里有必要對(duì)“智能門禁”做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹?，F(xiàn)在家庭生活質(zhì)量追求不斷提升。現(xiàn)在技術(shù)不斷提升比方：PCB板的精細(xì)、無(wú)線通信、微電子的開展?，F(xiàn)在的單片機(jī)的速度在不斷加速，加上傳感器的精密度不斷提升。這一系列的資源為提升一個(gè)智能門禁系統(tǒng)就很容易實(shí)現(xiàn)。智能門禁離不開語(yǔ)音的提示的系統(tǒng)，市場(chǎng)上的語(yǔ)音的芯片特別是語(yǔ)音的解碼局部的性能的提升。小區(qū)實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能門禁系統(tǒng)就能很簡(jiǎn)單了，人們的生活環(huán)境不斷提升。智能門禁的特點(diǎn)，它是融合了PCB板的精細(xì)、無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)的通信等等。小區(qū)用了智能門禁的手段來(lái)管理控制出入來(lái)往的客人，比方，通過(guò)指紋識(shí)別、無(wú)線傳送、、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識(shí)別控制，通過(guò)這一類的傳感器的控制，并將它們?nèi)岷驮谝粋€(gè)系統(tǒng)中。另一方面，一般高級(jí)一點(diǎn)的智能門禁系統(tǒng)，都是實(shí)現(xiàn)多塊單片機(jī)的通信，用到無(wú)線的通信是比擬方便。這樣會(huì)系統(tǒng)的效率提高一個(gè)檔次。1.2對(duì)智能門禁開展歷史與現(xiàn)在的開展智能門禁起源很早，中國(guó)的古人就創(chuàng)造門與鎖，為自己的家提供一個(gè)安寧的生活環(huán)境。這一個(gè)創(chuàng)造，為生活改變了很多，生產(chǎn)的效率不斷提高。因?yàn)橐郧皼](méi)有出現(xiàn)門與鎖，看守家里面的錢財(cái)，是要專人看守，浪費(fèi)了人力物力。上一把鎖就可以平安保護(hù)好財(cái)產(chǎn)。隨著時(shí)間的不斷的推移，人們對(duì)智能化的要求越來(lái)越高，普通的門禁系統(tǒng)滿足不了人們的需要。所以現(xiàn)在的電子技術(shù)的開展起來(lái)了，現(xiàn)在的社會(huì)的商品房小區(qū)越來(lái)越多了，平安的問(wèn)題越來(lái)越困擾著人們，還有國(guó)家的一些的政策，比方建設(shè)小康社會(huì)。所以智能化得到不斷地推廣，從原始的零指標(biāo)到現(xiàn)在80%小區(qū)用上了智能門禁系統(tǒng)。還有現(xiàn)在的其他領(lǐng)域得到大幅度的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在有不少的國(guó)家都向智能化的門禁系統(tǒng)開展，現(xiàn)在都在研究智能機(jī)器人，通過(guò)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)能力和機(jī)器人的圖像的識(shí)別，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的門禁系統(tǒng)。1.3本章小結(jié)本章主要概述了智能門禁系統(tǒng)，由來(lái)，開展，及智能門禁對(duì)人們的平安的影響。闡述了智能門禁在我國(guó)開展的良好勢(shì)頭和廣闊的前景，為論文和“智能門禁系統(tǒng)”提供很好的設(shè)計(jì)思路。第2章系統(tǒng)整體方案構(gòu)建設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能及要求本設(shè)計(jì)是基于智能門禁系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，其功能有：(1)利用IC的刷卡系統(tǒng)檢測(cè)是否有人進(jìn)出門，并進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線報(bào)警；(2)系統(tǒng)工作通過(guò)1602顯示；(3)通過(guò)240L1通信實(shí)現(xiàn)2塊單片機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控的功能。(4)運(yùn)用DMA功能實(shí)現(xiàn)溫度的采集和超聲波的上下電平的采集。2.2系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)基于上面四點(diǎn)功能要求，本系統(tǒng)最后確定設(shè)計(jì)以stm32f103c8t6單片機(jī)為控制核心，基于MFRC522非接觸式讀卡器系統(tǒng)。2.2.1MFRC522與IC卡概述MFRC522是高度集成的非接觸式的讀卡芯片。此發(fā)送模塊是利用調(diào)制和解調(diào)的原理，里面有支持很多種的通信方式有SPI，I2C，UART。這樣的讀卡器支持ISO14443/MIFARE卡?，F(xiàn)在很多收費(fèi)系統(tǒng)都用這一塊芯片，因?yàn)橐粡埧ň涂梢缘竭_(dá)借計(jì)的方式，特別現(xiàn)在的很流行一卡通的概念，所以這就滿足群眾的需求。IC是高集密度的卡片，里面是一個(gè)電路芯片封裝在一張塑料卡片里面。20世紀(jì)日本的一名工程師提出的，并獲得這一項(xiàng)的專利。后來(lái)有幾名工程師不斷為這一方面的知識(shí)點(diǎn)專研，并得到一次又一次的飛躍，最終得到今天人們熟悉的IC卡。防磁、防靜電、防機(jī)械損壞和防化學(xué)腐蝕的特效，這都是IC卡的一個(gè)特點(diǎn)。其中卡中的信息可以存上一百年以上，可以讀寫10萬(wàn)次以上，一般的可以使用10年。IC卡的扇門多達(dá)16個(gè)，每一個(gè)扇區(qū)有4塊，每一塊有16個(gè)字節(jié)，與一塊為一個(gè)單位，進(jìn)行讀寫。其中每一張卡有唯一的序列號(hào)為16位，可以大多數(shù)的客戶需求，所以在很多方面都用到IC卡系統(tǒng)，比方：金融理財(cái)，門禁系統(tǒng)，水電費(fèi)收取，效勞恒業(yè)的白金卡等等領(lǐng)域。2.2.2總體方案設(shè)計(jì)本文研究的內(nèi)容是基于IC卡無(wú)線門禁系統(tǒng)。在結(jié)合現(xiàn)在人們的需求現(xiàn)狀，綜合比擬常用的門禁系統(tǒng)的根底上，進(jìn)行對(duì)IC卡進(jìn)行另一方面的應(yīng)用的提升。這一個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)里面包括了硬件的設(shè)計(jì)，軟件的設(shè)計(jì)，并將硬軟件綜合調(diào)試成一個(gè)系統(tǒng)。用nRF24l01的無(wú)線的模塊將兩塊單片機(jī)通信連接在一起，進(jìn)行對(duì)IC卡的系列號(hào)傳送。通過(guò)外圍搭建的電路，對(duì)一些電路的硬件的干擾進(jìn)行分析，形成的設(shè)計(jì)方案：(1)硬件設(shè)計(jì)主要包括單片機(jī)及其外圍電路、nRF24L01、傳感器電路、通信接口設(shè)計(jì)、MFRCC522,等。如圖2-1所示：SSTM32MFRC522穩(wěn)壓電路超聲波熱敏電阻STM32穩(wěn)壓電路NRF24L01NRF24L011602按鍵語(yǔ)音圖2-1硬件設(shè)計(jì)邏輯框圖(2)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)之一是發(fā)射單片機(jī)模塊。軟件設(shè)計(jì)主要包括24L01無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊控制、溫度采集、超聲波的距離的采集、刷卡系統(tǒng)的采集。如圖2-2所示：開始開始接收規(guī)定IC號(hào)初始化DMA采集溫度、超聲波距離采集IC卡采集卡號(hào)24L01發(fā)射數(shù)據(jù)24L01接收數(shù)據(jù)蜂鳴器鳴一下表示開門接收指令1YYNN圖2–2發(fā)射模塊軟件設(shè)計(jì)圖(3)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)之二接收單片機(jī)模塊。軟件設(shè)計(jì)主要包括24L01無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊控1602的顯示、LED、按鍵。如圖2-3所示：開始開始240L01接收數(shù)據(jù)240L01接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)1602顯示發(fā)送數(shù)據(jù)1602顯示按下按鍵S1規(guī)定IC號(hào)N按下按鍵S1規(guī)定IC號(hào)YNY圖2-3接收模塊軟件設(shè)計(jì)圖(4)首先是著手系統(tǒng)的測(cè)試與優(yōu)化設(shè)計(jì)。主要的框架有無(wú)線通信，IC卡的系列號(hào)的采集，等等的硬件的模塊。還有對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是否合理進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合出一條可行的方案。2.3本章小結(jié)本章統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，主要從軟硬件，測(cè)試優(yōu)化等方面進(jìn)行總體闡述，以下各章內(nèi)容均以本章為中心展開。第3章系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)3.1STM32F103C8T6單片機(jī)介紹STM32F103C8T6是ARM公司的高性能“Cortex-M3”內(nèi)核，是32位處理器，可以升頻到72MHZ。。主要特性如下：1.STM32F103C8T6單片機(jī)的工作的時(shí)鐘可以從外部時(shí)鐘的8MHZ升頻到72MHZ的32位微處理器。2.工作電壓：2.0～3.6V〔3V單片機(jī)〕3.用戶應(yīng)用程序空間為64K字節(jié)4.片上集成6K字節(jié)RAM5.通用I/O口〔32個(gè)〕PA、PB這32個(gè)IO口有8種的輸入輸出的方式分別為：模擬輸入〔GPIO_Mode_AIN〕、浮空輸入模式〔GPIO_Mode_IN_FLOATING〕、下拉輸入模式〔GPIO_Mode_IPD〕、上拉輸入模式〔GPIO_Mode_IPU〕、通用開漏輸出〔GPIO_Mode_Out_OD〕、通用推挽輸出〔GPIO_Mode_Out_PP〕、復(fù)用〔開漏)輸出〔GPIO_Mode_AF_OD〕復(fù)用〔推挽)輸出〔GPIO_Mode_AF_PP〕，滿足不同工程的需求，同時(shí)這些的IO的驅(qū)動(dòng)能力是非常強(qiáng)可以輸出30mA電流，對(duì)于加強(qiáng)灌電流時(shí)無(wú)什么問(wèn)題。6.這一款芯片是編程的時(shí)候是調(diào)用底層封裝好的庫(kù)函數(shù)，是非常方便快捷。7.2串口是這一款單片機(jī)的追根本的通信方式，還比擬強(qiáng)大的我。都擁有普通串口的根本的功能還具有LIN總線功能〔局部互聯(lián)網(wǎng)〕、IRDA功能〔紅外通信〕、SmartCard功能。8.集成ADC的功能，內(nèi)嵌1個(gè)12位的ADC，每個(gè)ADC有16個(gè)外部通道，可以實(shí)現(xiàn)單次或?qū)掖螔呙柁D(zhuǎn)換。9.在里面還有2個(gè)DMA，重而更加加快芯片的運(yùn)行的速度；10.有RTC的功能，外部接一個(gè)鋰電池，加上一個(gè)外部的32.768KHZ的晶振，有一個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘11.具有看門狗功能12.共有8個(gè)定時(shí)器，TIM1和TIM8是16位的高級(jí)定時(shí)器，TIM2、TIM3、TIM4、TIM5是通用定時(shí)器。13.芯片里面硬件已經(jīng)集成兩個(gè)I2C的功能，控制所有I2C總線特定的時(shí)序、協(xié)議、定時(shí)。同時(shí)可以用使用DMA方式操作。14.具有2個(gè)SPI通信接口，可以工作在全雙工，單向發(fā)送，單向接收模式，同時(shí)可以DMA方式操作。15.自帶一個(gè)CAN控制器。16.內(nèi)核具有強(qiáng)大的異常相應(yīng)系統(tǒng)，它可以能夠打斷當(dāng)前代碼執(zhí)行流程的事件分為異常〔exception〕和中斷〔interrupt〕。有上升沿模式〔EXTI_Trigger_Rising〕有上升沿模式〔EXTI_Trigger_Falling〕有低電平模式〔EXTI_Trigger_Rising_Falling〕13.工作溫度范圍：-40～+85℃〔工業(yè)級(jí)〕/0～75℃〔商業(yè)級(jí)〕14.DIP48封裝STM32F103C8T6引腳功能說(shuō)明：VDDA〔24引腳〕、VDD_1〔24引腳〕、VDD_2〔36引腳〕、VDD_3〔48引腳〕：電源電壓VSS_1〔23引腳〕、VSS_2〔35引腳〕、VSS_3〔47引腳〕：接地有三個(gè)固件分配的UART，分別:PA2、PA3定義為UART2；PA9、PA10定義為UART1；PB10、PB11定義為UART3；有兩個(gè)固件分配的SPI，分別：PA4、PA5、PA6、PA7定義為SPI1；PB12、PB13、PB14、PB15定義為SPI2.有兩個(gè)固件分配的I2C，分別：PB6、PB7定義為I2C1；PB10、PB11定義為I2C2.ADC的通道有10個(gè)分別為：PA0～PA7、PB0、PB1。固件配置一個(gè)CAN引腳分別為：PB8、PB9NRST〔9引腳〕：復(fù)位輸入。當(dāng)輸入低電平時(shí)為有效，用來(lái)完成單片機(jī)單片機(jī)的復(fù)位初始化操作。PC15和PC14是外部晶振32.768KHZ的輸入，PD0和PD1是外部晶振8MHZ的輸入。這一款主控的運(yùn)行的速度是可以通過(guò)程序升分頻其時(shí)鐘控制如下列圖3-1圖圖3-1時(shí)鐘控制圖3.2單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)的最小系統(tǒng)由電源供電模塊、復(fù)位電路、晶體振蕩電路組成。3.2.1穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)輸入電壓及各主要模塊工作電壓范圍(1)系統(tǒng)輸入電壓：DC5V(2)stm32f103c8t6單片機(jī)工作電壓范圍：3.3V(3)24L01模塊工作電壓范圍：3.3–3.6V(4)超聲波模塊工作電壓：5V穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)各個(gè)模塊工作電壓范圍，本系統(tǒng)采用開關(guān)穩(wěn)壓芯片1117M3.3V搭建穩(wěn)壓電源模塊，其外部電路相對(duì)是比擬簡(jiǎn)單，使其輸出適合本系統(tǒng)各模塊工作的電壓：3.3V。1117M3.3V穩(wěn)壓芯片的具體資料：(1)輸入電壓范圍：4–18V(2)輸出電壓范圍：3.3V(3)最大輸出電流：1.5A(4)外部只需4電容分別為上下頻濾波設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源模塊原理圖如下列圖3-2圖所示：圖3-2穩(wěn)壓電路圖晶振電路設(shè)計(jì)晶振電路是為單片機(jī)提供一個(gè)工作的脈沖，單片機(jī)PD0OSC_IN是晶振8MHZ輸入端，單片機(jī)PD0OSC_OUT是晶振8MHZ輸出端。晶振電路是通過(guò)并聯(lián)兩個(gè)電容構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器，電容的取值范圍〔5pF~30pF〕。這一個(gè)是單片機(jī)的根本的晶振根本頻率，單片機(jī)通過(guò)這一個(gè)根本的頻率設(shè)置內(nèi)部的庫(kù)函數(shù)的參數(shù)升頻。STM32內(nèi)部是有一個(gè)內(nèi)置的晶振8MHZ，在單片機(jī)復(fù)位的時(shí)候首先檢測(cè)單片機(jī)外部是否有外部8MHZ晶振，如果沒(méi)有外部的晶振的時(shí)候就啟動(dòng)內(nèi)部晶振運(yùn)作，但是調(diào)用內(nèi)部晶振的時(shí)候同樣也要設(shè)置內(nèi)部升頻的庫(kù)函數(shù)。這樣就很好保證單片機(jī)工作穩(wěn)定如圖3-3所示：圖3-3晶振電路圖復(fù)位電路設(shè)計(jì)復(fù)位的功能都是使程序從開始跑起來(lái)，一般當(dāng)程序出現(xiàn)了跑飛的現(xiàn)象的時(shí)候就要按復(fù)位鍵，或者讓單片機(jī)從新上電。STM32是低電平復(fù)位的。不按復(fù)位鍵的時(shí)候，NRST是高電平的。單片機(jī)剛上電的時(shí)候，電解電容的，就通過(guò)電源，流過(guò)R2的10K給電解電容充電，因?yàn)榱鬟^(guò)R2的電流是比擬小的，所以給電解電容充電是要一段時(shí)間的。當(dāng)電容充滿電的時(shí)候，NRST是高電平。當(dāng)按下復(fù)位鍵的時(shí)候電容貯存的電量不是一瞬間留空的，按下復(fù)位鍵，和單片機(jī)復(fù)位是有一個(gè)時(shí)間差的。同時(shí)這一個(gè)電解電容有很好的抗干擾的作用，單片機(jī)工作的環(huán)境可能是比擬多靜電，假設(shè)沒(méi)有這一個(gè)電解電容的時(shí)候，當(dāng)復(fù)位信號(hào)線的周圍的靜電突然增大的，會(huì)造成突然間變高電平或低電平，這樣單片機(jī)就不停進(jìn)行復(fù)位，導(dǎo)致單片機(jī)不能正常工作。當(dāng)加上電解電容，復(fù)位信號(hào)線的周圍突然增大的時(shí)候，電解電容有足夠的電量給靜電吸收，不會(huì)導(dǎo)致復(fù)位鍵的上下電平的跳變。這樣就為單片機(jī)提供一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。復(fù)位電路如圖3-4所示。圖3-4復(fù)位電路圖1、STM32F103C8T6單片機(jī)以及與之匹配的時(shí)鐘電路、復(fù)位電路組合一起組成的發(fā)射模塊，形成STM32F103C8T6單片機(jī)最小系統(tǒng)。電路設(shè)計(jì)如下列圖3-4所示。圖3-4集合發(fā)射模塊圖2、通過(guò)STM32F103C8T6的最小系統(tǒng)采用插針的方式使各個(gè)模塊連接在一塊板上，系統(tǒng)采用跳接帽來(lái)進(jìn)行各個(gè)通訊模式的轉(zhuǎn)換，總體發(fā)射圖如圖3-5所示：圖3-5總體發(fā)射圖P3為超聲波模塊接口，P2為溫度采集接口，J1下載模塊接口，U1為IC卡的刷卡系統(tǒng)，U4無(wú)線模塊24L01接口。3、接收模塊的單片機(jī)的最小系統(tǒng)同發(fā)射模塊的最小系統(tǒng)，所以接收的接收的最小系統(tǒng)就不展示了，下面展示一下接收模塊的其他接口如圖3-6圖圖3-6顯示接收模塊圖P4無(wú)線模塊24L01接口，P3為1602顯示屏模塊的接口。3.3IC卡模塊介紹通過(guò)采集卡號(hào)的號(hào)碼，來(lái)檢測(cè)卡號(hào)的多少來(lái)確定這一個(gè)卡號(hào)是否在開門的卡號(hào)范圍內(nèi)，通過(guò)與主控進(jìn)行通信，將IC的號(hào)碼傳給主控，通過(guò)采集芯片的比擬，MFRC522是功能比擬強(qiáng)大的。3.3.1MFRC522模塊介紹MFRC522是應(yīng)用于13.56MHZ非接觸式通信中集成度讀寫卡系列芯片中的一員。支持ISO14443A的多層應(yīng)用。其內(nèi)部發(fā)送器局部可驅(qū)動(dòng)讀寫器天線與ISO14443A/MIFARE卡和應(yīng)答機(jī)的通信，無(wú)需要其他的電路。接收器局部提供一個(gè)鞏固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于處理ISO14443兼容的應(yīng)答器信號(hào)。數(shù)字局部處理ISO14443A幀和錯(cuò)誤檢測(cè)〔奇偶&CRC〕。此外，雙向數(shù)據(jù)傳輸速度率424Kbit/s作為13.56MHZ高集成度讀寫卡系列芯片家族的新成員，MFRC522與MFRC500和MFRC530有不少相似之處，同時(shí)也具備諸多特點(diǎn)和差異。它與主機(jī)間的通信采用連線較少的串行通信，且可根據(jù)不同的用戶需要，選取SPI、I2C或串行口UART模式之一，有利于減少連線，縮小PCB板體積。3.3.2MFRC522模塊引腳功能簡(jiǎn)介這一個(gè)模塊用SPI的通信的協(xié)議與單片機(jī)通信，這樣的通信相對(duì)是比擬穩(wěn)定可靠的。接口GND是電源的地，VC3.3是接電源的3.3V，SDA是接SPI的片選功能，MSO是SPI的輸出的輸出端，MSOI是SPI的輸入端，SCK是接SPI的時(shí)鐘控制，在時(shí)鐘的空閑的時(shí)候?yàn)榈碗娖健?.3.3MFRC522模塊控制簡(jiǎn)介通過(guò)STM32F103C8T6的單片機(jī)模擬出SPI的通信協(xié)議，因?yàn)楣碳系腟PI的速度是比擬快，所以模擬出來(lái)的SPI的速度是比擬方便調(diào)整的。PB15口是控制SPI的時(shí)鐘的輸出，PB12是MFRC522芯片的復(fù)位的控制，PB11是SPI的片選的功能，PB13是SPI的輸入端，PB14是SPI的輸出端。這是IO口的配置的關(guān)系。對(duì)IC卡的操作分為五個(gè)步驟：尋卡，防沖撞，選卡，讀卡，卡進(jìn)休眠狀態(tài)。因?yàn)槭情T禁系統(tǒng)不進(jìn)行寫卡的步驟，門禁的用戶也是比擬少，我們只讀回4個(gè)字節(jié)的數(shù)卡序號(hào)就行了，尋卡的函數(shù)分析一下：向MFRC522的FIFO的緩沖器寫進(jìn)一個(gè)命令PICC_REQIDL,通過(guò)PCD_TRANSCEIVE命令將FIFO中數(shù)據(jù)通過(guò)天線發(fā)送出去，此時(shí)假設(shè)有卡在天線作用范圍內(nèi)，將識(shí)別命令，并返回卡號(hào)類型。從而知道是什么類型的卡號(hào)。防沖撞的分析：能返回4字節(jié)卡片序列號(hào)，這一段程序可以防止有多張卡的出現(xiàn)的時(shí)候，防止出現(xiàn)干擾，同時(shí)讀多張卡是會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的代碼回來(lái)?？ㄟM(jìn)入休眠的狀態(tài)分析：當(dāng)卡片還在刷卡器上，刷卡器刷一次就行了，不要不停刷卡，刷了一次就讓卡片進(jìn)入休眠的狀態(tài)。這樣有利于芯片的平安工作。開始其中程序的流程圖為圖3-7所示。開始初始化初始化ＮＹ讀卡號(hào)選擇IC防沖撞尋到IC卡ＮＹ讀卡號(hào)選擇IC防沖撞尋到IC卡卡進(jìn)休眠卡進(jìn)休眠狀態(tài)圖3-7刷卡模塊程序流程圖3.4超聲波模塊介紹超聲波是一種高于20kHz的聲波，以波的形式做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，超聲波能在各種不同媒質(zhì)中傳播，且可傳播足夠遠(yuǎn)的距離。超聲波與傳聲媒質(zhì)的相互作用適中。本模塊的超聲波是運(yùn)用40kHz，一個(gè)超聲波發(fā)射頭，一個(gè)超聲波的接收頭。這一個(gè)模塊上有一個(gè)低端的主控芯片，同時(shí)為超聲波提供40kHz的PWM方波，在這一塊芯片中有放大電流的效果，接收回來(lái)的超聲波也要40kHz頻率的聲波，才能產(chǎn)生電壓，但是產(chǎn)生的電壓時(shí)比擬小只有10mv左右的，要通過(guò)2層運(yùn)放放大100倍才能到達(dá)需要的上下電平的效果。這兩個(gè)運(yùn)發(fā)也是集成在主控上。這樣做成超聲波的模塊電路比擬簡(jiǎn)單。通過(guò)STM32的主控發(fā)射20US的高電平脈沖就能觸發(fā)超聲波主控發(fā)出40KHZ的PWM驅(qū)動(dòng)發(fā)射方超聲波頭。當(dāng)超聲波主控接收到超聲波發(fā)射回來(lái)就會(huì)將Trig接口拉成低電平。STM32主控在發(fā)送完20US的脈沖之后就啟動(dòng)TIM2定時(shí)器〔TIM_Cmd(TIM2,ENABLE)〕，當(dāng)接在Trig上PA8口拉成低電平的時(shí)候就關(guān)閉TIM2定時(shí)器〔TIM_Cmd(TIM2,DISABLE)〕，再?gòu)亩〞r(shí)器中讀取定時(shí)的時(shí)間為〔TIM_GetCounter(TIM2)〕。因?yàn)槁曇粼谝钥諝鉃榻橘|(zhì)的速度為340m/s，但是聲波在空中來(lái)回運(yùn)動(dòng)一下，這就相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)的距離是實(shí)際測(cè)量的距離的兩倍。所以計(jì)算實(shí)際測(cè)量距離為TIM_GetCounter(TIM2)*5*34/2000，因?yàn)槎〞r(shí)器的分頻時(shí)鐘是200KHZ。STM32的定時(shí)是16位，這樣精度就大大增大了。其程序的流程圖為圖3-8所示。開始開始初始化初始化發(fā)送20us高電平脈沖發(fā)送20us高電平脈沖啟動(dòng)TIM3啟動(dòng)TIM3是否采集超聲波是否采集超聲波NNYY關(guān)閉TIM3關(guān)閉TIM3計(jì)算距離計(jì)算距離圖3-8超聲波模塊程序流程圖3.5溫度采集介紹其電路是比擬簡(jiǎn)單如圖3-9所示圖3-9溫度模塊電路圖采用10K歐姆的熱敏電阻與10K電阻串聯(lián)在5V的電路上，W腳是接主控的ADC通道0〔PA0〕，STM里面自帶一個(gè)AD轉(zhuǎn)換，不需要另外加AD轉(zhuǎn)換的芯片。這樣本錢就大大降低了，同時(shí)也降低外圍電路的復(fù)雜的程度。同時(shí)在ADC的采集不是通過(guò)主程序采集，而是通過(guò)DMA的模式采集，我設(shè)定DMA采集的AD值放在單片機(jī)的一個(gè)地址上，同時(shí)我設(shè)定這一個(gè)AD采集的周期是50us的速度，即50us就刷新一次這一個(gè)地址儲(chǔ)存的值，但用到這一個(gè)AD值的時(shí)候可能程序運(yùn)行一個(gè)周期才調(diào)用一次AD值。這一個(gè)周期的時(shí)間是50ms。這通過(guò)DMA采集的，用到AD值可能就這樣就不占用主程序的時(shí)間，大大提高程序的運(yùn)行速度。通過(guò)自己的調(diào)試當(dāng)室內(nèi)的溫度為24度的時(shí)候，ADC采集回來(lái)的電壓是2.442V；當(dāng)37度的時(shí)候，ADC采集回來(lái)的電壓是2.801V。熱敏電阻的阻值是隨溫度的變化呈現(xiàn)出線性的變化效果。我可以總結(jié)出一條計(jì)算溫度的算法為：(ADC_ConvertedValueLocal-2.44)*36+24;其中ADC_ConvertedValueLocal是轉(zhuǎn)換好的AD電壓值。3.6LCD1602顯示屏介紹LCD1602的根本參數(shù)如下：LCD1602顯示容量：16*2個(gè)符；芯片工作電壓：4.5~5.5V；工作電流：2.0mA(5V)；最正確工作電壓：5V；LCD1602的各個(gè)引腳的功能如表表3-2LCD1602引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2DATAI/O2VDD電源正極10D3DATAI/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4DATAI/O4RS數(shù)據(jù)命令選擇端〔H/L〕12D5DATAI/O5R/W讀寫數(shù)據(jù)端〔H/L〕13D6DATAI/O6E使能信號(hào)14D7DATAI/O7D0DATAI/O15BLA背光源正極8D1DATAI/O16BLK背光源負(fù)極1602顯示屏的讀寫操作是比擬簡(jiǎn)單，而且其中占用的ＩＯ口的引腳是較少的，市場(chǎng)的價(jià)格比擬低。顯示模塊采用LCD1602顯示屏，要求顯示IC卡的卡號(hào)；溫度；超聲波測(cè)距等各種信信。LCD1602的根本控制方式：首先要進(jìn)行對(duì)這一塊顯示屏初始化，寫進(jìn)初始代碼的時(shí)候不用進(jìn)行檢測(cè)顯示屏的工作狀態(tài)，所以兩個(gè)指令的時(shí)候都要隔10ms，這樣才能保證顯示屏芯片工作在不忙時(shí)，才能有效接收主控發(fā)送的數(shù)據(jù)。但是經(jīng)過(guò)初始化之后，主控每一次輸進(jìn)指令之前，讀一次的顯示屏芯片狀態(tài)。當(dāng)顯示芯片在不忙的時(shí)候就可以正常接收到數(shù)據(jù)，檢測(cè)顯示芯片是的狀態(tài)，要忙等到主控讀回來(lái)是不忙的狀態(tài)的時(shí)候。這時(shí)候就可以發(fā)送控制的指令到顯示屏里面。要在顯示屏里面顯示需要的數(shù)據(jù)，首先是輸入顯示屏的地址指令，再輸入要顯示的數(shù)據(jù)。3.7nRF24L01無(wú)線模塊的應(yīng)用其引腳如下：CE：使能發(fā)射或接收；CSN，SCK，MOSI，MISO：SPI引腳端，微處理器可通過(guò)此引腳配置nRF24L01：IRQ：中斷；VDD：電源輸入端；VSS：電源地：其中跟stm32通信時(shí)要用到的引腳有：CE,CSN,SCK,MOSI,MISO以及IRQ。注意硬件上的電源不要超過(guò)3.3V，下面是nRF24L01的時(shí)序圖3-10圖為SPI的讀模式：圖3-10SPI的讀模式時(shí)序圖下面是24L01的時(shí)序圖3-8圖為SPI的寫模式：圖3-11SPI寫模式時(shí)序圖STM32F103C8T6固件上有SPI硬件，定義庫(kù)函數(shù)里面結(jié)構(gòu)體參數(shù)為：將SPI定義為雙線全雙工，雙向通信的；主控肯定是主模式，這一個(gè)模式可以用一個(gè)SPI通信線控制幾個(gè)受控制的SPI的芯片，這樣就省很多ＩＯ口；這一個(gè)SPI每一次輸送的數(shù)據(jù)為８位，控制ＳＣＫ的時(shí)鐘設(shè)置空閑時(shí)為低電平；接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)都是時(shí)鐘的上升沿有效；設(shè)置傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)候是高位在前的方式傳送數(shù)據(jù)；片選的選擇是通過(guò)軟件選擇，而不是用SPI固件選擇。nRF24L01的SPI通信的速度比擬慢，所以把SPI的時(shí)鐘進(jìn)行8分頻，就變成9MHz。保證通信的穩(wěn)定性。每次開始SPI寫進(jìn)一個(gè)數(shù)據(jù)都會(huì)讀回來(lái)的都是狀態(tài)值，通過(guò)這一個(gè)狀態(tài)值知道nRF24L01的工作狀態(tài)，通過(guò)不同的工作狀態(tài)，主控采用不同的指令。射頻收發(fā)工作在2.4~2.4835G收發(fā)共用天線接口GFSK調(diào)制250k，1M，2M的空中速率發(fā)射輸出功率最高0dBm，即1mW3.8本章小結(jié)本章以STM32F103C8T6單片機(jī)為中心控制器，設(shè)計(jì)了基于MFRC522模塊的遠(yuǎn)程門禁系統(tǒng)的電路原理圖及PCB圖的設(shè)計(jì)。第4章PCB設(shè)計(jì)與焊接4.1PCB布局與布線根本原那么數(shù)字地和模擬地分開布局，通過(guò)用磁珠將這兩個(gè)地連接在一起，磁珠有濾波的作用同時(shí)數(shù)字地和模擬地的信號(hào)就不能相互干擾，就使信號(hào)相互之間的穩(wěn)定。2.模擬信號(hào)模塊電路和數(shù)字電路信號(hào)要分開來(lái)，因?yàn)槟M信號(hào)受靜電的干擾比擬大，而數(shù)字信號(hào)就是上下電平控制關(guān)系，受靜電的干擾很小。所以模擬信號(hào)一定將地覆蓋在整一塊PCB，這樣就很好通過(guò)地吸收靜電。3.在按鍵的下方，不要走信號(hào)線。因?yàn)楫?dāng)按鍵按下的時(shí)候，按鍵的電流突然間變大，這一瞬間電平的變化，就會(huì)直接影響到信號(hào)線的信號(hào)的傳送。4.單片機(jī)的晶振電路中，電路不能隨意布線。晶振要離單片機(jī)比擬近，這樣才能保證晶振發(fā)出高頻信號(hào)單片機(jī)采集到。因?yàn)閱纹瑱C(jī)是要穩(wěn)定晶振的信號(hào)，所以其他的電路走線不要穿過(guò)晶振，影響單片機(jī)工作。

5.線路的走線，要求是比擬嚴(yán)格的，特別是在高頻信號(hào)的布線的時(shí)候，電路走線不能出現(xiàn)銳角，有時(shí)候?qū)π盘?hào)要求比擬高，把走線的轉(zhuǎn)彎，轉(zhuǎn)成圓滑轉(zhuǎn)彎走線，這樣就很好防止銳角的尖端的放電，同時(shí)減少干擾電路的信號(hào)。

6.在電源電路中，有一些芯片發(fā)熱比擬厲害的，可以通過(guò)PCB板上鋪銅貼在發(fā)熱的一塊芯片中，有很好的散熱的效果。7.現(xiàn)在在學(xué)校做PCB板，這都是手工做的PCB板，所以PCB板的走線的線寬最小為10mil，走線之間線距最小間隔是10mil。這個(gè)最根本的走線規(guī)那么，但是工廠做的PCB板時(shí)候，線寬和線距都可以做得很小。

8.線寬為多大是適宜，可以通過(guò)一個(gè)規(guī)那么計(jì)算10mil最大能負(fù)載1A的電流，這樣就很好合理設(shè)計(jì)電路的走線的線寬。4.2系統(tǒng)布局布線圖1.這個(gè)顯示模塊的PCB的布局4-1圖所示。圖4-1顯示模塊的PCB的布局圖采集模塊的電路圖為4-2圖圖4-2采集模塊的電路圖4.3焊接電路總結(jié)通過(guò)手工做好對(duì)PCB之后要第一時(shí)間要給PCB板上涂上一層松香，這松香是一種助焊劑。很好使電路的焊錫粘在線路的銅線上。在焊接電路前提是要檢查一下電路是否有短斷路的現(xiàn)象。如果是有斷短路的現(xiàn)象就用刀片將短路的銅線劃開，是斷路的地方通過(guò)用焊錫比斷路變成通路。首先這是一塊雙面電路板，里面是比擬多過(guò)孔。但是這一塊板上的主控STM32F103C8T6的引腳是比擬細(xì)小的，焊接起來(lái)是比擬困難的，一不小心就會(huì)焊壞主控。用刀頭電烙鐵焊接貼片芯片是比擬容易控制焊錫的多少。首先將芯片貼在對(duì)PCB板上指定的元器件位上，再用鑷子把這一塊芯片預(yù)固定一下。電烙鐵的溫度不要調(diào)太高300度以下，因?yàn)楹附淤N片芯片的時(shí)間是比擬長(zhǎng)的，怕電烙鐵燒壞芯片。把電烙鐵粘一下松香，往主控的地方點(diǎn)一下。然后在電烙鐵上粘一小點(diǎn)焊錫，把電烙鐵頭在一個(gè)芯片的引腳上劃一下，把一個(gè)芯片引腳固定下來(lái)。因?yàn)橹拌囎庸潭ǖ男酒奈恢檬强赡苡衅?，現(xiàn)在芯片的有一個(gè)腳固定在PCB板上，再整體調(diào)整芯片的位置，使芯片正確貼在準(zhǔn)確的位置上。把電烙鐵上多一點(diǎn)焊錫，在芯片的一排引腳上一拉，就把一排的引腳固定在PCB板上，通過(guò)這一種的方法把剩下的三排的引腳都焊接在PCB板上。這一塊PCB是雙面板，有很多過(guò)孔要焊接，用一根導(dǎo)線穿過(guò)過(guò)孔，過(guò)孔的兩端都要焊接，保證過(guò)孔底層和頂層構(gòu)成導(dǎo)通。焊接PCB板規(guī)那么，是先焊接貼片的芯片，再焊接過(guò)孔，再焊接體積大的芯片。4.4本章小結(jié)本章對(duì)PCB設(shè)計(jì)及其抗干擾進(jìn)行闡述和焊接技術(shù)的總結(jié)，這一步是非常重要的，直接影響到整一個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)到整個(gè)系開發(fā)設(shè)計(jì)的成敗。第5章電路調(diào)試5.1硬件電路調(diào)試硬件電路的調(diào)試本著“先模塊再整體”的原那么，依次調(diào)試穩(wěn)壓電源電路、單片機(jī)電路、nRF24L01模塊、MFRC522模塊、溫度模塊及整體調(diào)試。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)整機(jī)如下列圖5-1所示圖5-1系統(tǒng)實(shí)物圖 數(shù)據(jù)顯示模塊里面集成了nRF24L01模塊，1602顯示屏，穩(wěn)壓電路，按鍵等電路。其中實(shí)物圖為圖5-1-1圖5-1-15.1.1穩(wěn)壓電源電路(1)上電，觀察左上角紅色指示燈是否點(diǎn)亮(2)假設(shè)指示燈被點(diǎn)亮那么說(shuō)明電源有電壓輸入，用萬(wàn)用表測(cè)量一下1117芯片的輸出端的輸出電壓是否是3.3v。(3)穩(wěn)壓電源測(cè)試通過(guò)。5.2nRF24L01模塊調(diào)試nRF24L01的電路要接3.3V的電壓，檢測(cè)一下這一個(gè)模塊是否是正常工作，首先要通過(guò)串口電路，將SPI的讀回來(lái)nRF24L01的狀態(tài)顯示在串口助手上。STM32的串口也是一個(gè)硬件化，通過(guò)USB轉(zhuǎn)串口芯片2003工具，把主控要傳回電腦的信息傳回電腦上顯示。我通過(guò)nRF24L01的緩沖器的功能，來(lái)檢測(cè)nRF24L01與主控是否連接正常。將一個(gè)數(shù)組寫到緩沖區(qū)上，再通過(guò)讀緩沖區(qū)的指令讀出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，將讀出的數(shù)據(jù)打印在串口助手上，比擬讀出來(lái)的數(shù)據(jù)和輸入的緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是否相同。如果是相同的，就表示nRF24L01與主控正常連接起來(lái)了。這樣就調(diào)好一塊主控與nRF24L01連接，下一步是調(diào)試nRF24L01與nRF24L01之間通信是否正常。將串口的通信設(shè)置在接收模塊上，首先在發(fā)射模塊上寫好要發(fā)射的數(shù)組的值，再通過(guò)接收模塊接收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口打印在串口助手上，比擬一下發(fā)射的數(shù)據(jù)是否和串口打印的數(shù)據(jù)相同，來(lái)確定nRF24L01之間的通信是否正常。串口助手如圖5-2所示。圖5-2串口助手圖5.3MFRC522模塊模塊調(diào)試當(dāng)MFRC522模塊上電的時(shí)候，這一個(gè)模塊上的LED燈會(huì)亮起來(lái)，電路是接3.3V的電壓。因?yàn)镸FRC522模塊程序里面包括了：尋卡，防沖撞，選卡，讀卡，卡進(jìn)入休眠狀態(tài)。首先調(diào)一下尋卡的功能，尋卡是能讀回來(lái)卡的類型號(hào)。也通過(guò)串口功能把類型號(hào)打印在串口助手上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，看尋卡的功能是否能在芯片中運(yùn)行。當(dāng)尋卡的功能是調(diào)好了，就直接去調(diào)讀卡的步驟，同樣也是講讀回的序列號(hào)打印在串口助手上。進(jìn)行數(shù)據(jù)的比擬，讀回來(lái)的數(shù)據(jù)是否和卡的序列號(hào)相同。這一個(gè)模塊是SPI的通信方式，是上升沿輸入輸出數(shù)據(jù)。SPI的通信要確保MFRC522與STM32F103C8T6的時(shí)序是否兼容。所以在調(diào)這一個(gè)模塊的時(shí)候，選不用STM32F103C8T6硬件上的SPI模式，而是通過(guò)IO口模擬出一個(gè)SPI的通信時(shí)序，里面的時(shí)序可以通過(guò)延時(shí)函數(shù)調(diào)節(jié)，從而提高M(jìn)FRC522與STM32F