基于STM32單片機的一種防跟隨智能門禁系統設計摘要：隨著新世紀的科技的發展，生活質量的不斷提升，人們在社區生活的質量上的需求也有所提高，公共場所及社區的自動化水平也不斷提升，內部人員或者居民對場所的環境、公共設施及安保方面的要求也在提高，目前很多社區的安保設施仍然存在多方面的問題，有的依舊沒有智能門禁，更不要說防跟隨智能門禁的系統了，因此居民的安全性沒有得到足夠的保障，而且在使用門禁過程中對可能存在的蹭卡，尾隨方式沒有很好的解決辦法。因此本設計的防跟隨方面做出了極大的改動與研究，我采用把RFID技術與步進電機二者運用合理的方法結合，使之達到防尾隨目的的研究，從而提出了一種在STM32單片機的基礎上的一種防跟隨的智能門禁設計方案，采用RFID的識別技術完成身份的校驗，然后經過STM32的控制，只允許步進電機旋轉1/4，留出只讓一個人通過的通道，從而實現防跟隨的目的，提高了系統的安全性與保護性，為社區的安保方面奠定了堅實的基礎。硬件方面采用STM32F103作為主控制模塊，結合RFID作為識別模塊，執行模塊采用步進電機的方式，這三大類主要模塊，共同構成防跟隨智能門禁的整體系統，軟件方面會使用到KeiluVision5對STM32進行編程mcuisp軟件把修改好程序燒入STM32開發板，以及C語言類的上級軟件對三大模塊的具體程序的編程與修改，最終完成整個系統的使用與調節。在信息與智能化的快速發展中，防跟隨的功能也需要向智能化的方向靠近，盡可能擺脫對人力的要求，爭取把智能門禁的未來增添防跟隨的獨特的一面，在安全的環境下，給人類提供更完善的服務與更完美的系統。關鍵字：防跟隨智能門禁STM32RFID步進電機目錄摘要 IAbstract II第一章 緒論 11.1 課題研究的背景 11.2 門禁系統的種類 11.3 國內外研究現狀 11.4 國內外研究發展趨勢 21.5 國內外研究存在問題 21.6 論文章節安排 2第二章 總體方案設計 42.1 識別模塊RFID的工作原理 42.2 防跟隨方案 52.2.1 雙閘檢測檢測 52.2.2 電機門扇方案 6第三章 硬件設計 73.1 硬件部份總體方案 73.2 IC卡識別模塊 73.3 主控芯片模塊 93.3.1 主控制芯片的選擇 93.3.2 芯片參數 103.3.3 單片機最小系統設計 113.4 執行模塊 123.4.1 步進電機的使用 133.4.2 驅動模塊的限流 13第四章 軟件設計 154.1 RC522的程序流程 154.2 步進電機的程序流程 154.3 開發環境的使用 164.4 本章小結 18第五章 總結與展望 195.1 總結 195.2 展望 19參考文獻 21緒論課題研究的背景隨著21世紀的到來，人類社會逐漸進入科技信息的時代，信息交流化，人工智能化成為這個時代的突出標簽。人們一方面享受科學技術帶來的對社會生活方面的改變，一方面對智能生活的要求也漸漸逐步提高。智能化在生活的各個方面都有重要的體現，尤其突出的是在城市人口的急劇上升的這個方面，人們對社區安保防護的要求也在提升，傳統的安防措施已經逐漸跟不上時代的步伐，這時候智能門禁的觀念油然而生，它是人類生活的守護者，保護著我們的一方凈土。智能門禁系統是自動識別技術與有效的執行方法高效的結合，涉及到了多個領域的技術，包括電子學、機械、計算機、通信技術等等，通過這些手段從而對進出人員的情況進行控制與辨別。門禁系統的種類 門禁系統的開關門防護技術認證升級，因為身份識別技術和各種密碼識別技術的提升，門禁的系統也不斷提升，系統的穩固性、安穩性、便捷性也有一定方面的增強。近些年來，生物識別技術和無線射頻技術RFID的發展，指紋技術的識別、眼睛虹膜識別、IC卡識別的技術也延申出相應的用來升級智能門禁的系統。根據目前的國內外技術發展的現狀，門禁系統分為三大類，密碼式、門卡類、生物技術識別方面的類別。密碼門禁：它通過分辨密碼是否與系統內存儲的密碼信息相同，從而判斷是否可以安全的打開門。一方面使用者只需要較低的花費跟記住密碼，但是可能存在的問題是，運行速度較慢，使用者的密碼容易忘記或者其他方面的干擾，因此又較大的局限性。門卡類：接觸卡式容易外界使用過程中的磨損與被不法分子通過不法手段給復制的糟糕情況，而且因為自身沒有很好的濾波方面的處理因此容易遭受外界磁場的干擾，因此也不能廣泛的應用。感受器接觸式的IC卡解決了接觸式IC卡的各種在用戶使用過程中存在的靈敏度不好，時間用久了會被消磁的現象以及各種問題的不足，卡片在使用過程中不需要與感受器直接接觸，因此不容被外界污染、損壞、具有空間占比小、使用時間長、識別素緞快、卡片的信息不易被復制盜取、能夠記錄刷卡的信息的優點，實現主控制器控制IC卡，以及客戶端控制的雙向控制，是當今社會的智能門禁系統的主流。生物技術識別類門禁系統：采用的是人類固有的身體特征，因此具有隨身攜帶，安全性較高，不易被盜取或者偽造的天然優勢。但是成本高，識別率低，容易受環境或者使用人的外貌改變也不方便。所以局限性太大，不能用在公眾場所等人流量大的場所。國內外研究現狀在這個電子科技迅速發展的全球科技的社會背景下，智能門禁不只是單單字面上門禁倆個字表面意思所闡述的這樣簡單，而且是一套擁有實現各種關于安全門禁功能系統。目前智能門禁系統主要用于行人的出入口管理，在我國加速推動智能城市、農村智能化、智能社區等多種場所的智能化建設迅速發展的時代背景下，所運用的門禁系統智能化升級的趨勢也成為大勢所向，是每個對智能門禁的要求跟需要也會提升，其智能門禁的普遍率和運用率也進一步提高，這也為智能門禁的發展空間提供了更為寬廣的機會。門禁行業在智能IC卡、高級生物識別、無線控制門禁等先進科學技術的時代帶領下，門禁行業也將會迎來第二春，重新煥發新的活力與無窮的潛力。目前我國工廠依舊在市面上流通的門禁類型包括：密碼式門禁、卡類的門禁、生物類的門禁例如瞳孔眼膜類、指紋門禁系統等，但是目前我們使用的門禁都是IC卡門禁，一方面使因為價格方面的原因，另一方面也是使用過程的響應速度，對環境的要求。伴隨著科學技術的發展，人門對于門禁的安全也有了不同的要求與提議，根據每個用戶或者社區人員的不同情況需要設計出不同的符合個性化的智能門禁系統，同時智能門禁的密保性，安全防護性，以及關于各種識別技術的要求也需要得到保障。與國外的智能門禁的發展比較，我國確實不占優勢，國外的科學技術大幅度領先我國的技術，因此在智能門禁的發展起步也比中國的門禁發展快，尤其是IC卡技術最先起源于外國，因此憑借著早先的關于無線射頻的技術的研究，比中國更簡單的把IC卡與智能門禁的技術相結合，因此我們的智能門禁技術還處于落后于外國的技術，但是我門虛心請教虛心學習，就可以在外國的技術上升級和發展，等于站在巨人的肩膀上。我們國家的關于門禁系統不在只是借助別人的設備了，開始自主研發關于智能門禁的核心技術設備，例如開爾瑞、泰尚信息等。跟外國的技術發展比較，我們的國家技術還有許多需要學習的地方。可以學習外國的知名廠商有美國HID、NTK，德國Destele等的。這些外國廠家他們生產的產品不是一整套系統，認識系統中的某一個模塊，通過制定一定的協議，可以確保連接技術可以統一。通過這樣特殊的模式，一方面減少對自己不擅長的方面技術的研究，另一方面可以加強對自己核心技術的產品，有更加強勁的競爭李，而且也方便了用戶需求，每個人可以根據自己不同的個性化要求，做出自己更合理的搭配。我們國家也可以如此模仿學習。國內外研究存在問題隨著科學技術的發展，在不同的應用場所，不同的社區，對安全防護的要求也不盡相同，但是都是向著更先進，更多元化的目標前進，更好的服務人民。除此之外，門禁系統不單單是一個獨立的個體物品存在，而是伴隨著物聯網的一部分，可能在以后的生活過程中稱為我門開啟智能家居的一個起點。在當今的安全保護系統中，已經是智能化發展的一部分，以后可能把把更多的智能射頻識別卡片的技術，或著是警衛防護措施更先進的技術與智能門禁有效的結合，服務人類。論文章節安排本文的主要內容為基于STM32的非接觸式IC卡社區門禁系統設計，全文一共分為五個部分，各部分的標題及主要內容結構如下：第一章：緒論。簡單的介紹該系統設計目的及意義，然后是國內外門禁系統的發展現狀，最后并對本文的結構安排進行介紹。第二章：總體設計方案。首先介紹了各個模塊的元器件參數和功能，緊接著對該系統的各個模塊進行了具體的解釋，接下來介紹了自己對防跟隨方案并進行了抉擇。第三章：硬件設計。介紹MFRC522芯片與STM32單片機的元件參數與應用原理還有電機驅動芯片的參數，以及與步進電機和主控制芯片之間的連接，還有重要的電源模塊。第四章：軟件設計。每次模塊需要運行起來，需要一定的程序代碼與之相匹配，程序就像是給冰冷的機器注入鮮活的血液，使之能夠運行與操作相應的關系。任何程序的開發以及機器的運行都需要相應的一個牢靠的環境，為它提供各種保障使之能夠生存與發展的基礎，而keil5就是一款相當好用的開發環境軟件本章也做了詳細介紹。第五章：總結和展望。總結全文的主要內容，對該系統的情況做總體說明和不足之處。總體方案設計本系統是在STM32F103單片機的基礎上設計出來的一套防跟隨智能門禁系統，系統由倆部分構成：硬件部分和軟件部分，硬件部分包括三大模塊：識別模塊，主控制模塊，執行模塊。軟件部分包括每個器件的驅動程序跟整個系統的調試與運行。這套系統的主要功能是門禁以及防跟隨的目的為主要突出特點，因此要選擇合適的器件作為系統的一部分，考慮不同的困難和問題我最終決定整個系統的大體框架為：門禁刷卡選用RFID技術中的MFRC522芯片，主控制模塊選擇的是STM32F103RBT6的單片機，為了達到防跟隨的目的，采用的方法為通過限制進出人的數量而實現目標，所以通過單片機控制電機的轉動角度從而達到限制一次性通過門禁人數的目的。整個防跟隨智能門禁系統的框圖如下圖2-1。圖2-1整體系統組成框圖識別模塊RFID的工作原理無線射頻識別系統的工作原理：門禁識別設備周圍散發的電磁場在識別到磁場中有電子標簽進入，然后就可以與相對應的讀寫器產生共鳴，與之交流信息。無源電子標簽利用大自然的磁場產生能夠提供給讀卡器的能量，然后再把被測物體所蘊含的信息發送出去。有源電子標簽則不需要這么麻煩，因為內部有電源，不需要經過磁生電這樣麻煩的方式，就可以自己傳送發信息。讀寫器接收到相對應的信息經過解碼處理，傳輸給應用系統。應用系統根據自身內部的相關數據，做出相應的執行。其具體的工作原理示意圖如圖2-2所示。圖2-2無線射頻識別系統的工作原理電子標簽：電子標簽的這個東西里面蘊含著被測物體的電子信息，起到一個類似身份證一樣的象征身份的信息作用。電子標簽自身攜帶天線模塊，因此與讀卡器之間的通信可以無限傳播，用來交流電子標簽所攜帶的身份信息，方便快捷，電子標簽的類型有倆種，一般使用的為無源電子標簽，，沒有電源的電子標簽可以通過磁生電用來提供能量，從而為自己保持能量守恒，總所周知能量守恒定理，因此它的電源既不能無緣無故的出現，需要通過磁生電的方式來維持能量的平衡。另一種有源電子標簽，因為自己有能量，所以具有能夠本自身發出無線電信號的特點，以用來自身提供信號，供閱讀器識別。讀寫器：這部分是系統至關重要的的一部分，而且它另一個稱號為閱讀器，它可以閱讀出來不同電子標簽內所蘊含的不同的身份信息，同時可以把計算機的編碼經過調制再次傳送給電子標簽。它們之間的空中接口是倆種不同的耦合方式：電磁反向耦合和電感耦合。電感耦合：根據電磁感應定律分析電感耦合，利用在任何時候，任何空間中頻率交變產生的電磁場實現的電感耦合。它的識別間距具有一定局限性，只能使用在非高頻的工作場所，因此這種電磁場自己產生的耦合方式，所以最大限度1米，常見的實際作用距離是10至20厘米，距離不是很遠，因此使用的產生過也具有局限性不能廣泛使用。電磁反向散射耦合：這種耦合的識別距離大于1米，常見的作用距離為3~10米與上述的電感耦合有時候一起使用會有不一樣的奇特效果。防跟隨方案雙閘檢測檢測這個方案是通過在通過門禁的過程中，運用檢測手段分辨出是否有人跟隨的情況。具體操作方案為：首先用使用IC卡進入感受器范圍，然后系統識別身份卡是否在系統內存儲，即確定此IC卡的擁有者是否為安全的進入者，如果判斷為合理，則打開一道防護欄，但是第二道防護欄的門禁仍然是關閉狀態，接下來在中間通過門禁的過程中，然后再通過紅外識別的方式決定此次使用IC卡的用戶是否只有使用者一個人，沒有存在蹭卡或者被跟隨的情況則打開第二道防護門，否則，檢測到不是一個在通道內，從而引發報警裝置，給周圍的起到警示的作用并且呼叫安保人員的維護秩序，起到安全防護的作用。電機門扇方案通過被動措施，制作成只允許一個人通過的門禁，從而被動的達到防止跟隨的目的，因次可以采用的方法為，識別模塊仍然選擇具有RFID技術的IC卡，通過感受器接收到的信息，然后把卡片信息然后發送主控制器，經過主控器的判別是否為正確的用戶信息，然后在把信號發生至執行裝置步進電機，控制電機轉動1/4的角度，從而到達只允許一個人能通過的門禁狀態。根據上面思考的倆種方案，結合實際狀況。首先考慮到這個設備所放置的環境基本上為公共措施，人流量較大的場所，如果采用方案一，因為紅外識別的器件裝置的反應時間會給龐大的人流量造成擁擠的困擾，在考慮到一些場所的經濟方面，采用倆個閘門跟一個紅外識別人數的裝置，所耗費的資金有點得不償失。而方案二因為設備的局限性就很好解決了上面的倆個難題，裝置簡單，操作方便，因此輕松解決了資金的問題以及通過門禁所消耗的時間，因為它是一個簡單的機械裝置，通過控制電機轉動的角度控制門禁狀態，從而達到讓人通過的一個機械裝置硬件設計硬件部份總體方案防跟隨智能門禁系統這個系統的重點是防跟隨這個功能，因此我的識別模塊選擇的是比較常用的傳感器的RFID技術，用的是比較常用的MFRC522,主控制芯片選用的則是我以前學習過的STM32F103做為主控制芯片，其中執行模塊體現的是我的防跟隨功能的體現，我的執行模塊運用的是驅動芯片A4988驅動步進電機，通過讀卡器識別IC卡，給主控制芯片發送一個是否允許通行的信號，在由控制芯片給驅動芯片發送指令命令步進電機旋轉90°，這個操作因為只允許一個人通過從而達到防跟隨的目的，大體上的系統執行示意圖如圖3-1所示。圖3-1系統運行圖IC卡識別模塊IC卡識別模塊使用的是MFRC522讀寫卡模塊，該模塊是一種高集成度的可以無線通信的讀寫卡芯片，他與主機之間采取的通信方式為SPI。因為這類芯片耗電低，花費少，而且因為體積很小便于操作，所以我經過考慮選擇的此類芯片，并且由于采用SPI方式，對平常的連線要求更少，更為簡單，減少主控芯片的I/O口，縮小PCB板子設計尺寸，節省了在制作過程中的消耗成本。該讀寫卡芯片不但可以接收14443A應答器信號，支持的包括ISO14443A幀和錯誤檢測這倆中方式，無線通信的MIFARE系列也是可以支持的。綜合考慮以上的特點，該MFRC522讀寫卡芯片是社區防跟隨智能門禁系統設備研發的較好選擇，圖3-2是本次使用的的MFRC522模塊實物圖片。圖3-2MFRC522實物圖對于該讀寫卡模塊的使用，其核心是對該模塊引腳的使用，具體了解每個引腳的功能是更好掌握該模塊的使用方法。下面表3-1是對該模塊引腳的詳細說明。表3-1IC卡的引腳功能表除此之外，為了更好的使用該模塊，我們需要了解該模塊的主要電氣參數，這對器件的使用也是不可缺少的一部分，否則會導致器件的不能達到額定功率，或者超過額定功率。下表3-2是MFRC522在使用過程中的的每個使用情況的電流電氣狀況。表32MFRC522的電氣參數根據上面的數據參數與使用情況，我設計了RFID模塊與單片機的連接，其具體的電路原理圖如圖3-3所示。圖3-3RFID模塊電路原理圖主控芯片模塊主控制芯片的選擇單片機的全布名程為小型的單片微型計算機，為了方便人門的稱呼，我們一般稱呼它為單片機。它整體上來說由起到運算和控制作用的CPU、具有數據儲存或者說是內存的RAM、ROM具有儲存功能、以及相應的I/O串口、不可缺少的是當中的中斷系統，集以上多種功能于一個電子器件的具有多功能的芯片，我們平時所用的都是每個CPU、RAM、ROM等單獨的芯片通過特殊的方式連接然后在焊節共同的一個電路板上，而單片機是一個小型計算機，它把各種功能集中到一個小小的芯片上。既方便了的使用者在使用過程的便利，同時也增加了單片機在各種方面的應用，集萬千優點與一身的高質量芯片，對時代發展和科技的進步具有不可磨滅的功能，是人類智慧的結晶。在學習過程中接觸到的倆類單片機一種是51單片機另一種則是STM32單片機，51單片機作為最早的被使用和制作的單片機，這個芯片最早由因特爾公司研發制作出來，這個芯片是早幾年前最廣泛使用的，因為它采用比較傳統的結構和比較老舊的總線寄存器，但是這個也有許多功能控制的指令和邏輯位操作功能。，可以堪稱典中典了，它的優缺點特性也是不可或缺的： 位處理器這個功能跟它的名字一樣，是一個關于位處理的系統，這個系統既有軟件也有硬件的按位操作系統，這個器件可以進行位的邏輯運算和特殊功能的位進行處理。具有非常完善的功能，使新手用起來如魚得水，非常的順手于方便。 其次51單片機的開發者還在片內的RAM區間開發了一個具有倆個功能的特別的地址區間，方便使用者的使用，使操作空間變的極為靈活，為作為第一次使用單片機的使新手提供了極大的援助之手和便利，同時也附加了乘法跟處罰的基礎指令，對編程者來說是極大的福音，因為這是有很多的8位單片機都沒有此功能的重大突破，只能通過一部分的子程序來實現乘法或者除法的功能。 51單片機的缺點是編程過程中數據指針速度慢，給編程人員造成了較大的煩惱；它的數模板塊的功能需要外加拓展模塊，可能會對系統增加負擔，而且也沒有高電平的輸出能力并且在使用過程中，51單片機的內部沒有保護措施保護內部的芯片，因此如果在超負荷的運轉下或者長時間的工作情況下，容易燒毀芯片內部的元件。 而本次設計選擇的是一款超高性價比的單片機STM32，是目前最好的單片機沒有能與之匹敵的一款機型擁有強大的機型。因為它有一個強大的內核ARMCortex-M，這個內核具有比較高的性能、成本相較其他同性能的內核也有較大的優勢，并且在使用過程中耗能方面也有較大的優勢，耗能低的一款嵌入式應用設計，同時板子上也攜帶著挺高的外設，1μs的雙12的ADC，4兆位/秒的UART、18兆位/秒的SPI通道等因為簡單的結構和容易使用的工具以及干凈方面的開發環境，因此集萬眾優點與一身的單片機稱為我的不二選擇。本設計采用的STM32F103RBT6,如圖3-4所示。這個主控制模塊是基于ARM的32位控制器，芯片內部有USB內設，一方面節約成本、省錢，另一方面可以極大的提升系統的通信過程中信號的穩定性，相比較其它的里面是ARM芯片，STM32的優點為：運行速度快、更多的脈沖信號、更簡單、準確的控制24位步進電機，而且待機喚醒狀態功能系統功耗比其它的少，各方面滿足本次設計需求，因此最合適的主控芯片。圖3-4STM32單片機的實物圖芯片參數一個基于ARM的32位微控制器，具有通用類型的產品類型，而且下屬的子系列是一在生活中及科研中經常用到的103增強類型，并且根據名稱“R”可以看出是一個具有64引腳，是具有一個從128K字節的容量的閃存存儲器，外部的封裝位LQFP，并且所處的工作環境也是工業級別的溫度范圍，-40℃~85℃。DCode總線、ARM32位的Cortex-M3的內核總線以及系統總線（S-bus）以及DMA1、DMA2這四個單元的驅動在系統中起著關鍵意義，SRAM、閃存存儲器、AHB到APB橋還有FSMC這四個是系統的內部被動單元同樣也十分重要。內置式一個128kb的Flash，能夠有鑲嵌20KB的SRAM，在平常的使用過程中0狀態等待，伴隨著CPU時鐘速度訪問，石英振蕩器提供了時鐘模塊，電源模塊運用的是POR/PDR電源電壓檢測器以及3.3V電壓。它內部的模數轉化16個通道，DMA控制器一般支持的外設包括定時器、A/D口、D/A口、還有各種不同模式的接口的7個通道。單片機最小系統設計時鐘源作為芯片的心臟部分，沒有時鐘模塊，芯片就是一堆廢鐵。時鐘源可以分為四個部分，高速外部時鐘HSE，高速內部時鐘HEI，低速外部時鐘LSE，底速內部時鐘LSI，前倆個的頻率一般為8MHz，后面的一般為32.768KHz，本次課題設計使用的時鐘電路如圖3-5所示。圖3-5時鐘電路圖單片機系統從運行狀態到初始狀態所需要的復位電路如圖3-6所示。計算的三種復位方式為上電、系統、備份區域三種復位方式。當系統處于上電掉電的狀態，任何關于電方面的模式轉化時，都會產生電源復位這個現象。其中功能最強大的復位方式為系統復位，包括各種復位例如低功耗復位，外部復位等，它能復位除時鐘控制寄存器和備份區域的寄存器之外的所有寄存器。備份區域復位：一方面是在使用過程中掉電存在的情況，另一方面為軟件在使用過程中的區域控制寄存器復位。圖3-6復位電路圖 電源管理模塊的電路原理圖如圖3-7所示。本系統采用USB接口進行供電，外部接入5V的直流，由AMS1117-3.3V穩壓芯片轉換至3.3V,圖中C1和C2這里個電容起到的是輸入作用，目的是保護裝置在斷電過程中可能因為電壓倒置影響裝置，C3和C4這倆個電容是濾波的作用，目的是抑制穩壓器的自激震蕩。圖3-7電源管理模塊接線圖執行模塊本次研究設計使用的微步電動機的驅動器是A4988這個型號，這種驅動器具有較多功能，其實物圖如圖3-8所示。轉換器是本身所具有的，可以很方便的用來操作驅動步進電機，控制轉速，角度之類的。在穩態電壓為35V與穩態電流±1A的情況下，該器件用有全、1/2、1/4、1/8及1/16步進模式時操作雙極步進電動機。轉換器A4988是方便行動的重要部件，一個單位的脈沖是使步進電機產生相應執行動作的一個必要條件，這里不需要過于復雜的編程界面或者超高頻率的控制等其他多余措施就可以使電機做出相應的措施以供使用和操作。圖3-8A4988實物圖步進電機的使用步長每轉1.8°或200步是我這次采用的步進電機的規格，適用于全步長。通過設置控制中間步進位置來實現A4988的步進電機驅動出現較高頻率的情況，它的工作原理這是通過用中間電流電平為線圈通電來實現的。例如，通過使用四種不同的電流水平，每轉達到200不的要求為用四分之一的步進模式驅動。步長選擇器輸入MS1、MS2和MS3，一般情況是根據下表從五個步長分辨率中進行選擇。MS1和MS3具有內部100kΩ下拉電阻，MS2具有內部50kΩ下拉電阻，因此，讓MS1與MS3這倆個微步選擇引腳斷開連接，讓MS2引腳連接則處于第四步進模式。最后A4988與STM32的引腳連接如圖3-9所示。線路板中的引腳STEP輸入的每個脈沖對應于步進電機在DIR引腳選擇的方向上的一個微步進。這里需要注意的的是STEP和DIR引腳不會在內部被拉至任何特定電壓，因此在應用中不能讓其中任何一個引腳懸空。因為我只想在單個方向上旋轉，因此我只需要將DIR直接連接到VCC或GND的這倆當中的任意一個就好了。該芯片具有三種不同的輸入，用于控制其許多電源狀態：復位，服務定位和使能。圖3-9A4988與STM32引腳的連接驅動模塊的限流有一種最大限度地提高步進電機性能的一種方法是使用進可能高的電壓，以滿足我在使用需求，但是也不需要太高，任何事物都有個度，不能盲目的追求點要求過高，從而沒有考慮電機額定電壓，這樣就會把電機燒壞，容易造成安全事故，得不償失，尤其注意的是，增加電壓一般情況下允許更高的步進速率和步進轉矩，因為每次步進后線圈中的電流變化更快。但是就像我前面闡述的那樣，為了安全地使用高于步進電機額定電壓的電壓，必須主動限制線圈電流，以防止其超過使用電機的額定電流。功耗考慮因素A4988驅動器IC的最大額定電流為每線圈2A，但實際電流取決于使用者保持IC冷卻的程度。載體的印刷電路板設計用于從IC中吸收熱量，但為了提供每個線圈超過約1A的電流，需要散熱器或其他冷卻方法特別強調一點：電源處的電流消耗與線圈電流一般情況下是不相等的這是因為由于驅動器的輸入電壓明顯高于線圈電壓，因此電源上的測量電流可以比線圈電流低得多，此外，如果電源電壓與電機實現設定電流所需的電壓相比非常高，則占空比將非常低，這也會導致平均電流和RMS電流之間存在顯著差異。但是我選擇較新的A4988提供有過流保護的裝置，并在MS1微步選擇引腳上有一個內部100k下拉按鈕。可以很方便使用者的使用。軟件設計RC522的程序流程RC522的主要功能是檢測刷卡、驗證密碼、使卡片進入休眠狀態、防止多卡沖撞的功能。這些功能的主要通過單片機向RC522中的RC632寄存器通過SPI總線傳輸命令和讀取RC522寄存器實現，具體程序流程如圖4-1所示。圖4-1RC522流程圖步進電機的程序流程 首相要明白A4988驅動板與電機，以及單片機控制器之間的聯系，GEN引腳可以與開發板的GND相連，VDD與開發板的3.3相連與之相對應的程序流程如下圖4-2所示。圖4-2步進電機編程及調試步驟開發環境的使用主要過程如下：打開KEIL,創建一個工程,選擇單片機STM32F103RB，點擊確定，如圖4-3圖4-3創建工程文件接著我們新建文件，編寫代碼，設置好啟動文件、庫文件路徑、編譯選項后點擊編譯程序，編譯成功則可以燒寫，出現問題則繼續調試修改。如圖4-4圖4-4編譯代碼過程編譯結束，沒有錯誤，編譯程序會生成.hex文件。我們由于我們使用了STlink點擊下載圖標即可燒錄程序如圖4-5所示。圖4-5燒錄程序過程在使用Stlink時如果軟件運行出現錯誤，我們可以點擊按鈕進行硬件仿真調試，可通過設置斷點和使用左上角的軟件調試欄進行調試，調試過程如圖4-6所示。圖4-6軟件調試過程本章小結本章的主要內容是系統軟件方面的設計，軟件方面是本系統的設計的核心重點，需要先根據已有的硬件構思出大綱，然后構思出具體細節功能，最后通過對硬件的操作一步一步的完善系統的功能，對硬件的操作本質是對引腳I/O的控制,軟件設計的原則是在完成主要功能的同時盡可能的使程序簡潔、可讀以便于修改。

總結與展望總結下面是我通過完成這個設計獲得的一些感想。本次設計的門禁系統可以滿足所需要的基本功能。但是還是有一些缺點，例如我的智能門禁的功能起到了放跟隨的功能，沒有其他報警裝置，或者溫濕度傳感器模塊。通過自己設計硬件電路，我對電子設計和單片機有了更深入的了解，同時也驚嘆于單片機強大的功能：強大的外設功能，極低的功耗、和極低的價格，這正是嵌入式的優勢所在。同時我也學會了一些設計電路的小知識，例如：設計PCB板時，不能用直角鋪線，要用地線鋪銅降低壓降、防止寄生電容等等。在軟件設計方面，通過使用ST官方庫函數，我也學到了一些程序設計的思想：把較為復雜的功能實現過程或者不易讀懂的操作過程，例如寄存器操作，算法燈，封裝成便于閱讀和使用的函數，這種模塊化思想可以有效減少編寫程序和尋找BUG的時間，同時又能使主函數整潔易讀。隨時編寫注釋的習慣也能使代碼顯得更人性化。通過這次設計，我學會了靈活使用大學里面學到的知識。對于沒有掌握的知識，由于在大學養成的良好的學習能力，我又能通過網絡快速學習，通過動手實驗，完成了理論知識和實踐的雙結合，在鞏固知識的同時，也拓寬了認知范圍，提高了個人能力。展望門禁系統在今后的社會發展中會有更廣闊的應用，例如可以把步進電機改為繼電器在賓館制作智能門鎖，保護旅客的財產安全。當然，我知道我的設計還有不足之處，隨著科技的快速發展，現在的很多門禁系統都已經建立在于人臉識別，和指紋識別功能之上了，在人臉和指紋識別功能方面有著更多的知識等著我去學習和了解。參考文獻[1]楊晶晶.基于STM32的智能門禁系統的設計[D].華北理工大學