原標(biāo)題：【畢業(yè)設(shè)計】Stm32的RFID智能門禁系統(tǒng)設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計（原理圖+代碼+PCB原理圖+仿真+教程）

STM32的RFID智能門禁系統(tǒng)設(shè)計

1. 項目背景與目標(biāo)

隨著智能技術(shù)的飛速發(fā)展，RFID（無線射頻識別）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于門禁系統(tǒng)、物品追蹤、人員定位等領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中，STM32微控制器因其高效能、低功耗、豐富的外設(shè)支持及強(qiáng)大的開發(fā)工具支持，成為設(shè)計智能門禁系統(tǒng)的首選平臺。

本設(shè)計旨在基于STM32微控制器，開發(fā)一款智能門禁系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對人員進(jìn)出門禁的自動識別與管理。系統(tǒng)將通過RFID技術(shù)讀取卡片信息，識別合法用戶后開鎖，非法用戶則拒絕進(jìn)入。系統(tǒng)的主要組成包括：RFID讀寫器、STM32主控板、電子鎖、顯示屏以及按鍵輸入模塊。

2. STM32主控芯片型號及其在設(shè)計中的作用

STM32系列微控制器由意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）推出，屬于32位ARM Cortex-M系列芯片。STM32芯片廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，具備高性能、低功耗和豐富的外設(shè)接口，適合用于各類復(fù)雜控制任務(wù)。在本項目中，選擇了STM32F103系列作為主控芯片。

2.1 STM32F103系列主控芯片概述

STM32F103系列是基于ARM Cortex-M3內(nèi)核的微控制器，最高主頻可達(dá)72MHz，具有豐富的外設(shè)接口，包括UART、SPI、I2C、ADC、PWM等，適用于各種嵌入式應(yīng)用。STM32F103芯片具有以下主要特點：

• 內(nèi)核：ARM Cortex-M3，32位，支持Thumb指令集。

• 運行頻率：最高72MHz，支持高速性能的運算處理。

• 內(nèi)存配置：具有不同的內(nèi)存配置，如64KB Flash、20KB RAM等。

• 豐富的外設(shè)：包括多個SPI、UART、I2C接口，以及多通道PWM和ADC。

• 低功耗：支持低功耗模式，適合電池供電的設(shè)備。

2.2 STM32F103在智能門禁系統(tǒng)中的作用

STM32F103系列在本系統(tǒng)中充當(dāng)了核心控制單元，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的邏輯控制、數(shù)據(jù)處理和外設(shè)接口的管理。具體作用包括：

• RFID讀卡器接口控制：系統(tǒng)通過SPI或USART接口與RFID讀卡器進(jìn)行通信，讀取卡片信息。STM32F103負(fù)責(zé)將讀到的RFID信息傳輸?shù)胶笈_進(jìn)行驗證，并控制是否開鎖。

• 開鎖控制：根據(jù)RFID識別結(jié)果，STM32F103通過GPIO控制繼電器或電子鎖模塊的開關(guān)，進(jìn)行門禁的開鎖或拒絕操作。

• 顯示與輸入管理：系統(tǒng)通過液晶顯示屏（如LCD1602）向用戶顯示操作信息（如“歡迎”、“非法用戶”等），并通過按鍵輸入模塊獲取用戶操作，STM32F103通過掃描按鍵來處理用戶輸入。

• 數(shù)據(jù)存儲與處理：系統(tǒng)內(nèi)存中存儲合法用戶的RFID卡號，STM32F103負(fù)責(zé)管理和比對卡號，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫驗證結(jié)果作出相應(yīng)處理。

2.3 其他可能選擇的STM32主控型號

除STM32F103系列外，針對不同的需求，還可以選擇以下STM32主控型號：

• STM32F407系列：這款芯片性能更強(qiáng)，擁有更高的主頻（高達(dá)168MHz），更多的外設(shè)資源，適用于需要更高處理能力的門禁系統(tǒng)。

• STM32L4系列：如果項目需要低功耗設(shè)計，STM32L4系列提供了優(yōu)異的低功耗特性，適合需要延長電池使用時間的門禁系統(tǒng)。

• STM32F072系列：適合需要USB接口支持的門禁系統(tǒng)，具有豐富的USB外設(shè)接口，可以方便地與PC或其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

3. 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 RFID模塊

RFID模塊在本系統(tǒng)中用于讀取用戶的卡片信息。常見的RFID模塊有MFRC522、RC522、RDM6300等。在本設(shè)計中，選用了MFRC522模塊，它通過SPI接口與STM32進(jìn)行通信。MFRC522可以讀取13.56 MHz頻率的RFID卡，支持ISO 14443A/MIFARE協(xié)議，具備良好的穩(wěn)定性和較強(qiáng)的抗干擾能力。

3.2 電子鎖模塊

電子鎖模塊是智能門禁系統(tǒng)的重要部分，用于控制門的開啟與關(guān)閉。常見的電子鎖模塊有繼電器驅(qū)動的電磁鎖和直流電機(jī)控制的智能鎖。在本設(shè)計中，采用了繼電器控制的電磁鎖，通過STM32的GPIO引腳控制繼電器的開關(guān)，從而控制門鎖的開合。

3.3 顯示與輸入模塊

顯示模塊用于向用戶顯示系統(tǒng)狀態(tài)，如歡迎信息、非法訪問警告等。本設(shè)計采用了LCD1602顯示屏，通過I2C接口與STM32進(jìn)行通信。輸入模塊包括一個簡單的按鍵模塊，用戶可以通過按鍵重置系統(tǒng)或進(jìn)入配置模式。按鍵輸入通過STM32的GPIO進(jìn)行掃描和處理。

4. 電路原理圖與PCB設(shè)計

4.1 電路原理圖

電路原理圖的設(shè)計是整個系統(tǒng)的核心，涉及到電源模塊、主控芯片、外設(shè)連接等部分。STM32F103芯片通過SPI與MFRC522模塊通信，同時GPIO控制電子鎖模塊的開關(guān)。LCD1602通過I2C與STM32連接，按鍵通過GPIO掃描。

4.2 PCB設(shè)計

根據(jù)電路原理圖，使用PCB設(shè)計軟件（如Altium Designer或KiCad）進(jìn)行PCB板設(shè)計。在設(shè)計過程中，要注意電源布線、信號線布線的抗干擾設(shè)計，保證RFID信號和其他信號不受干擾。布局時要考慮外設(shè)的合理布置，以及信號的正確連接。

5. 軟件設(shè)計與代碼實現(xiàn)

5.1 系統(tǒng)初始化

在系統(tǒng)啟動時，STM32會進(jìn)行外設(shè)初始化，配置GPIO、SPI、I2C等接口，為后續(xù)的操作做好準(zhǔn)備。初始化過程中，STM32還會配置時鐘、復(fù)位外設(shè)，并啟動系統(tǒng)的主循環(huán)。

5.2 RFID讀取與識別

當(dāng)RFID卡片靠近讀卡器時，MFRC522模塊通過SPI接口將卡片信息傳輸給STM32。STM32通過比對卡片信息與存儲的合法卡號數(shù)據(jù)庫，判斷是否允許開鎖。如果卡號匹配，則控制電子鎖模塊打開門鎖；否則，顯示非法用戶警告。

5.3 用戶界面與輸入處理

在顯示屏上，STM32會根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)顯示不同的信息，如“歡迎使用智能門禁”、“非法用戶”等。同時，通過按鍵模塊，用戶可以進(jìn)行重置或配置操作。按鍵的處理通過掃描GPIO端口來實現(xiàn)。

5.4 電子鎖控制

電子鎖模塊通過繼電器與STM32控制的GPIO引腳連接，STM32通過輸出高電平或低電平來控制繼電器開關(guān)，從而實現(xiàn)門鎖的開關(guān)操作。

6. 系統(tǒng)測試與調(diào)試

在完成硬件連接和軟件編寫后，系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試階段。首先測試RFID讀取模塊是否能夠準(zhǔn)確讀取卡片信息，隨后驗證STM32的識別與處理邏輯是否正確。接著測試電子鎖模塊的控制效果，最后進(jìn)行整系統(tǒng)的綜合測試，確保門禁系統(tǒng)在不同條件下能夠正常工作。

7. 總結(jié)與展望

本設(shè)計基于STM32微控制器和RFID技術(shù)，成功實現(xiàn)了一款智能門禁系統(tǒng)。通過本項目的開發(fā)，不僅加深了對STM32主控芯片及其外設(shè)配置的理解，也提高了在實際項目中解決問題的能力。未來，系統(tǒng)可以進(jìn)一步優(yōu)化，如增加網(wǎng)絡(luò)通信功能、實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、增加多種用戶驗證方式（如指紋識別等）。

通過這些技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用，智能門禁系統(tǒng)將變得更加智能化和便捷化，滿足更廣泛的用戶需求。