基于STM32單片機(jī)的門(mén)禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄TOC\o"1-3"\h\u第一章緒論 11.1課題研究的背景 11.2門(mén)禁系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 21.3本課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu) 2第二章總體方案設(shè)計(jì) 42.1題目實(shí)現(xiàn)功能及要求 42.2系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì) 4第三章硬件電路設(shè)計(jì) 53.1主控模塊設(shè)計(jì) 53.2密碼識(shí)別模塊設(shè)計(jì) 63.3指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì) 63.3.1指紋傳感器 63.3.2指紋傳感器模塊接口 73.3.3常用指令集 73.4RFID識(shí)別模塊設(shè)計(jì) 83.4.1MFRC522簡(jiǎn)介 93.4.2MFRC522接口設(shè)計(jì) 93.5系統(tǒng)電源電路 103.6繼電器模塊 113.7人臉識(shí)別模塊設(shè)計(jì) 123.8本章小結(jié) 12第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 134.1主程序模塊設(shè)計(jì) 134.2射頻模塊程序設(shè)計(jì) 144.3指紋模塊程序設(shè)計(jì) 174.4人臉模塊程序設(shè)計(jì) 194.5上位機(jī)界面設(shè)計(jì) 224.5.1系統(tǒng)登錄 224.5.2指紋識(shí)別界面設(shè)計(jì) 234.5.3人臉識(shí)別界面設(shè)計(jì) 244.5.4RFID識(shí)別界面設(shè)計(jì) 254.5.5密碼識(shí)別界面設(shè)計(jì) 254.5.6數(shù)據(jù)庫(kù)界面設(shè)計(jì) 264.6本章小結(jié) 27第五章軟硬件綜合調(diào)試 285.1硬件調(diào)試 285.2軟件調(diào)試 285.2.1登錄界面 285.2.2識(shí)別考勤主界面 285.2.3數(shù)據(jù)庫(kù)界面 29總結(jié)與展望 30第一章緒論1.1課題研究的背景由于社會(huì)發(fā)展的節(jié)奏越來(lái)越快，人們的生活方式發(fā)生著翻天覆地的變化，與此同時(shí)，人們的安全意識(shí)也在不斷地加強(qiáng)，對(duì)智能門(mén)禁系統(tǒng)安全等級(jí)的要求也越來(lái)越高。門(mén)禁系統(tǒng)在日常生活中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，同時(shí)門(mén)禁系統(tǒng)種類(lèi)也在不斷的發(fā)展，變得越來(lái)越多元化。門(mén)禁系統(tǒng)ADDINNE.Ref.{A92F0B4F-2E29-4057-8949-7BDD3B1EAD79}[1]毋庸置疑是信息時(shí)代的產(chǎn)物，是安全意識(shí)不斷提高的一種體現(xiàn)。回顧門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展，最早的門(mén)禁系統(tǒng)便是純粹的機(jī)械裝置，機(jī)械裝置無(wú)法避免被暴力等非正常的手段打開(kāi)，且這種機(jī)械裝置的門(mén)禁一旦發(fā)生丟失等情況，處理起來(lái)比較繁瑣復(fù)雜，從而使得門(mén)禁系統(tǒng)的安全性大大降低。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷地發(fā)展，繼電器電子門(mén)鎖越來(lái)越得到人們的青睞。其實(shí)也就是在開(kāi)門(mén)處裝有讀取信息的裝置，進(jìn)出人員只有經(jīng)過(guò)授權(quán)錄入合法的個(gè)人信息之后才可進(jìn)入，這就使得門(mén)禁系統(tǒng)的安全性和快捷性得到了很大的提升，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的精益不發(fā)展以及科技帶來(lái)的技術(shù)發(fā)展，生物識(shí)別的方式變得更加令人向往，生物識(shí)別包括指紋識(shí)別虹膜識(shí)別以及人臉識(shí)別等，這使得門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展變得更加多元化也為人們提供了更加安全智能的選擇。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，電子行業(yè)迎來(lái)了蓬勃的發(fā)展，而門(mén)禁系統(tǒng)更是電子行業(yè)發(fā)展的一個(gè)典型代表領(lǐng)域。由于接觸式IC卡會(huì)受到磨損等問(wèn)題的影響從而使用壽命不長(zhǎng)，這就促使著門(mén)禁系統(tǒng)朝著非接觸式的生物識(shí)別方式發(fā)展，指紋識(shí)別、人臉識(shí)別以及虹膜識(shí)別ADDINNE.Ref.{9B201C3C-6E4B-47F5-8D23-513DDDA01B4A}[2]越來(lái)越受到人們的重視。如今，我們都更應(yīng)該思考如何將門(mén)禁系統(tǒng)與其他領(lǐng)域的科技結(jié)合起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)更加多的功能，智能門(mén)禁系統(tǒng)主要依賴各種自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的支持，而無(wú)線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展為智能門(mén)禁系統(tǒng)的自動(dòng)識(shí)別提供很好的技術(shù)支持，從而使得智能門(mén)禁系統(tǒng)變得更加人性化，為社會(huì)發(fā)展做出更加多的貢獻(xiàn)。1.2門(mén)禁系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，無(wú)線通信技術(shù)以及自動(dòng)化技術(shù)都取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步與突破也帶來(lái)了智能安防行業(yè)發(fā)生了很大的變化，而智能門(mén)禁系統(tǒng)便是安防行業(yè)的一個(gè)極其重要的組成部分，門(mén)禁系統(tǒng)正在朝著智能化、非接觸式以及多重識(shí)別的方向發(fā)展。門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展歷史悠久，起初門(mén)禁就是機(jī)械鎖具，比起單純的用木插將門(mén)鎖起來(lái)，安全性得到了較大的提升，但是依舊存在很大的缺陷，會(huì)很容易被專業(yè)開(kāi)鎖人員用鑰匙進(jìn)行解鎖。為了彌補(bǔ)門(mén)鎖的缺陷，磁卡門(mén)禁系統(tǒng)由此產(chǎn)生，磁卡門(mén)禁系統(tǒng)較機(jī)械鎖具是有了一定程度上性能改善，但由于磁卡可存儲(chǔ)人員信息量小，且刷卡口很容易受到環(huán)境因素的破壞，使得磁卡越來(lái)越不能滿足用戶的需求。隨著近幾年電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，尤其是射頻IC卡技術(shù)的不斷發(fā)展，射頻IC卡識(shí)別門(mén)禁系統(tǒng)逐漸走進(jìn)人們的日常生活之中。如今，IC卡門(mén)禁系統(tǒng)已經(jīng)變得是十分普及，刷卡識(shí)別門(mén)禁已然成為了我們智能生活中息息相關(guān)的一部分。隨著人們安全意識(shí)的不斷加強(qiáng)，生物識(shí)別的方式也越來(lái)越受人們的青睞，由于指紋、人臉和虹膜等信息每個(gè)人都是獨(dú)一無(wú)二的。指紋識(shí)別和人臉識(shí)別門(mén)禁也日益普及且越來(lái)越受到人們的信任，電子安防行業(yè)尤其是智能門(mén)禁系統(tǒng)在和物聯(lián)網(wǎng)、5G以及人工智能不斷交互融合的基礎(chǔ)之上，也一步步的實(shí)現(xiàn)家庭監(jiān)控以及智能家居等很多生活場(chǎng)景之中，也一定會(huì)不斷帶來(lái)越來(lái)越多讓人們受益匪淺的產(chǎn)品。未來(lái)，我國(guó)門(mén)禁系統(tǒng)市場(chǎng)發(fā)展將會(huì)呈網(wǎng)絡(luò)化、生物識(shí)別、集成化發(fā)展ADDINNE.Ref.{5585D357-5BA8-479C-9081-EFC650288921}[2]。1.3本課題研究的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的研究與歸納，明確了本智能門(mén)禁系統(tǒng)是一種結(jié)合了多種識(shí)別方式的可查詢?nèi)藛T信息記錄的門(mén)禁系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要工作在于將密碼識(shí)別、RFID識(shí)別、指紋識(shí)別以及人臉識(shí)別總和為一個(gè)整體，完成對(duì)人員實(shí)施有效的考勤，提高智能門(mén)禁系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全性。首先對(duì)四種識(shí)別方式涉及到的理論知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)總結(jié)并完成總體方案設(shè)計(jì)，接著對(duì)智能門(mén)禁系統(tǒng)的硬件與軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。根據(jù)本系統(tǒng)的多重識(shí)別方式的要求，為相應(yīng)模塊選擇相應(yīng)的元器件，完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，從而為之后的軟件設(shè)計(jì)部分打下基礎(chǔ)。主控模塊選擇STM32F103系列芯片作為微處理器指紋識(shí)別部分采用了AS608模塊，人臉識(shí)別部分采用PY-K210模塊及其配套的LCD屏幕，射頻識(shí)別部分采用的是MFRC522,密碼識(shí)別部分采用的是2x4按鍵模塊，除此之外，本智能門(mén)禁系統(tǒng)還包括電源模塊以及繼電器模塊。本文首先對(duì)實(shí)現(xiàn)智能門(mén)禁系統(tǒng)各功能模塊涉及到的技術(shù)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的分析并由此構(gòu)建出本智能門(mén)禁系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，接著分析了該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)以及各識(shí)別部分軟件設(shè)計(jì)。本文各章節(jié)主要內(nèi)容如下：第一章，對(duì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)研究的背景意義以及國(guó)內(nèi)外門(mén)禁系統(tǒng)的發(fā)展做簡(jiǎn)單的闡述。第二章，熟悉本次設(shè)計(jì)的功能要求，根據(jù)各識(shí)別部分需要實(shí)現(xiàn)的功能畫(huà)出總體設(shè)計(jì)方案框圖，便于之后軟硬件設(shè)計(jì)順利進(jìn)展。第三章，完成本智能門(mén)禁系統(tǒng)硬件電路部分設(shè)計(jì)。對(duì)主控模塊、指紋識(shí)別模塊、RFID識(shí)別模塊、人臉識(shí)別模塊以及電源和繼電器模塊硬件電路進(jìn)行介紹。第四章，完成本智能門(mén)禁系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)部分。利用Pycharm軟件實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別部分代碼的編寫(xiě)，上位機(jī)界面使用QtCreator編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)了各模塊界面設(shè)計(jì)以及數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，可查詢合法人員進(jìn)入的手段及時(shí)間等信息。第五章,完成對(duì)系統(tǒng)軟硬件的調(diào)試，使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行基本流暢。第二章總體方案設(shè)計(jì)2.1題目實(shí)現(xiàn)功能及要求1、基于STM32設(shè)計(jì)一個(gè)門(mén)禁系統(tǒng)2、能進(jìn)行人臉、指紋、IC卡、密碼等識(shí)別3、能控制打開(kāi)電子鎖4、能用電池供電5、能錄入合法人員信息6、能導(dǎo)出進(jìn)入人員時(shí)間、開(kāi)門(mén)手段等信息2.2系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)2.2.1指紋識(shí)別模塊目前指紋識(shí)別的種類(lèi)主要有三種，分別是光學(xué)指紋識(shí)別、電容式指紋識(shí)別以及超聲波指紋識(shí)別。三種方案對(duì)比如下表2-1三種指紋識(shí)別方案對(duì)比2.2.2總體方案設(shè)計(jì)該智能門(mén)禁系統(tǒng)由六大模塊組成：stm32主控模塊、k210人臉識(shí)別模塊、AS608指紋識(shí)別模塊、RC-522IC卡識(shí)別模塊、密碼識(shí)別模塊以及繼電器模塊。能夠基本實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入人員的多重識(shí)別，并進(jìn)行合法人員信息的錄入以便后期進(jìn)行查詢刪除等操作?？傮w系統(tǒng)框圖如下圖2-1所示圖2.1系統(tǒng)總體框圖第三章硬件電路設(shè)計(jì)3.1主控模塊設(shè)計(jì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)主控模塊選擇的是STM32F103ZET6芯片,該芯片具有多引腳以及外設(shè)資源豐富等特點(diǎn),便于本智能門(mén)禁系統(tǒng)中四種門(mén)禁識(shí)別模塊與主控模塊之間進(jìn)行引腳連接以及通信。本智能門(mén)禁系統(tǒng)根據(jù)四種識(shí)別模塊不同的功能需求,為各個(gè)識(shí)別模塊選擇合適的引腳,實(shí)現(xiàn)各識(shí)別模塊與主控模塊之間的通信從而完成對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員門(mén)禁考勤的目的。主控芯片部分原理圖如圖3-1所示圖3-1主控模塊原理圖3.2密碼識(shí)別模塊設(shè)計(jì)將按鍵模塊的按鍵1至按鍵8分別接PC0-PC7，接地端接地。系統(tǒng)設(shè)置初始密碼后，進(jìn)入門(mén)禁人員通過(guò)按鍵輸入相應(yīng)數(shù)字實(shí)現(xiàn)密碼開(kāi)門(mén)。3.3指紋識(shí)別模塊設(shè)計(jì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)中指紋識(shí)別部分在對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行身份識(shí)別時(shí)，首先要采集進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋到系統(tǒng)中，然后再對(duì)采集到的進(jìn)入門(mén)禁人員指紋圖像生成對(duì)應(yīng)的指紋特征圖像，最后基于圖像匹配算法ADDINNE.Ref.{3F1356DE-D05E-4080-9886-101B411D0C96}[5-7]判定該指紋是否來(lái)自同一個(gè)進(jìn)入門(mén)禁人員，從而決定本系統(tǒng)門(mén)禁是否開(kāi)啟。3.3.1指紋傳感器為了提高本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別的準(zhǔn)確性，最大程度上減少由于進(jìn)入門(mén)禁人員手指指紋磨損等因素帶來(lái)識(shí)別結(jié)果不準(zhǔn)確的誤差，本系統(tǒng)采用AS608光學(xué)指紋模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋識(shí)別，由第二章的方案選擇中也可知光學(xué)指紋模塊具有體積小、功耗低以及識(shí)別率高的特點(diǎn)，能較好滿足本智能門(mén)禁系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員指紋識(shí)別的需求。3.3.2指紋傳感器模塊接口表3-1ATK-AS608模塊引腳描述圖3-2AS608與主控模塊接口電路指紋傳感器模塊引腳描述如表3-1所示。指紋模塊與微控制器接口電路設(shè)計(jì)如圖3-2所示。本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別模塊內(nèi)部含有進(jìn)入門(mén)禁人員手指探測(cè)電路，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)進(jìn)出門(mén)禁人員手指是否按下來(lái)讀取WAK的觸摸感應(yīng)狀態(tài)，當(dāng)其為高電平時(shí)，有手指按下；否則，沒(méi)有手指按下。該模塊配有串口通信接口和USB通信接口，本智能門(mén)禁系統(tǒng)是采用串口通信的方式實(shí)現(xiàn)其與主控芯片之間的通信。3.3.3指紋識(shí)別常用指令集本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別模塊功能豐富，指令也相對(duì)較多，表3-2介紹了幾種常用的對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員指紋的操作指令和指令所具有的功能。表3-2指紋識(shí)別幾種常用的指令3.4RFID識(shí)別模塊設(shè)計(jì)由于指紋識(shí)別容易受到指紋磨損以及手指干等情況造成的不能準(zhǔn)確識(shí)別，從而降低了智能門(mén)禁系統(tǒng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性?；谶@種原因，本智能門(mén)禁系統(tǒng)還增添了RFID識(shí)別的方式以便進(jìn)入門(mén)禁人員采用，該模塊是采用感應(yīng)式技術(shù)，無(wú)需像指紋識(shí)別那樣需要接觸便可完成識(shí)別的目的，從而可在一定程度上避免進(jìn)入門(mén)禁人員由于接觸設(shè)備磨損以致識(shí)別結(jié)果不準(zhǔn)確的情況發(fā)生。本智能門(mén)禁系統(tǒng)的RFID識(shí)別模塊采用的是MFRC522集成射頻芯片，其尋卡方式默認(rèn)的是自動(dòng)尋卡。在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，由于天線長(zhǎng)度以及調(diào)諧的影響造成讀寫(xiě)的距離誤差可能達(dá)到5cm，所以進(jìn)入門(mén)禁人員在進(jìn)入本智能門(mén)禁系統(tǒng)時(shí)需將自己的卡放在適當(dāng)?shù)奈恢靡员苊饪赡艽嬖诘恼`差。3.4.1MFRC522接口設(shè)計(jì)MFRC522模塊支持不同的微控制器接口，如SPI、I2C和串行UART接口等。本智能門(mén)禁系統(tǒng)中的主控模塊通過(guò)SPI總線方式與MFRC522模塊連接。MFRC522模塊的MISO、MOSI以及SCK引腳分別連接主控模塊的PA5-PA7引腳。本系統(tǒng)RFID識(shí)別模塊接口電路圖如圖3-3所示。圖3-3MFRC522接口圖本系統(tǒng)中主控模塊可通過(guò)MOSI向MFRC522發(fā)送數(shù)據(jù)，通過(guò)MISO接受來(lái)自MFRC522的數(shù)據(jù)，并且為了實(shí)現(xiàn)主控模塊與RFID識(shí)別模塊同步發(fā)送和接收進(jìn)入門(mén)禁人員數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用將主控模塊的一個(gè)IO口與MFRC522的SCK也就是時(shí)鐘接口相連接。RFID識(shí)別模塊的時(shí)鐘設(shè)置完畢之后，就可以通過(guò)MOSI、MISO、SCK、NSS四條線與主控模塊之間進(jìn)行進(jìn)入門(mén)禁人員數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)操作。在時(shí)鐘上升沿到來(lái)的時(shí)候，MOSI、MISO這兩條線上的數(shù)據(jù)保持不變；在時(shí)鐘下降沿到來(lái)的時(shí)候，MOSI上的數(shù)據(jù)發(fā)生改變，MISO上的數(shù)據(jù)由MFRC522模塊提供。3.5系統(tǒng)電源電路系統(tǒng)電源電路硬件原理圖如圖3-4所示，本智能門(mén)禁系統(tǒng)電源采用+5V直流電源供電，通過(guò)正向低壓降穩(wěn)壓器AMS1117-3.3輸出電壓為3.3V的穩(wěn)定的直流電壓，為該智能門(mén)禁系統(tǒng)提供電源電壓ADDINNE.Ref.{D672581F-9233-427F-A1D1-064CA06EB73E}[9]。圖3-4系統(tǒng)電源電路3.6繼電器模塊繼電器作為一種電控制類(lèi)器件ADDINNE.Ref.{97442F25-9B3D-4457-8A1B-798FC859A39D}[11]，在智能門(mén)禁系統(tǒng)中主要起到控制門(mén)禁的打開(kāi)與關(guān)閉的作用。其控制的原理便是通過(guò)輸入的信號(hào)（可以是電壓或者電流）高低電平的變換實(shí)現(xiàn)控制電路的通斷從而達(dá)到門(mén)禁系統(tǒng)開(kāi)關(guān)門(mén)的作用。繼電器模塊原理圖如下圖所示，在該系統(tǒng)中主控模塊的I/O口是與繼電器模塊的三極管相連，進(jìn)而利用三極管的導(dǎo)通與否來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)開(kāi)關(guān)門(mén)的控制。當(dāng)主控芯片輸入低電平至三極管基極，三極管截止，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁系統(tǒng)開(kāi)門(mén)的效果；當(dāng)主控芯片輸入高電平至三極管基極，三極管導(dǎo)通，從而導(dǎo)致開(kāi)關(guān)閉合，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁系統(tǒng)關(guān)門(mén)的效果，本智能門(mén)禁系統(tǒng)以繼電器開(kāi)關(guān)閉合與否模擬進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)入門(mén)禁與否。圖3-5繼電器驅(qū)動(dòng)模塊3.7人臉識(shí)別模塊設(shè)計(jì)圖3-6人臉識(shí)別引腳連接圖本智能門(mén)禁系統(tǒng)中人臉識(shí)別模塊與主控模塊采用的是串口通信，主控模塊配置的是串口2且波特率設(shè)置的是115200，人臉識(shí)別模塊設(shè)置相應(yīng)的RX和TX引腳，在串口通信的過(guò)程中，連接的引腳需要反轉(zhuǎn)，RX和TX相連接,TX和RX引腳相連接，在人臉識(shí)別IDE中我們也可以將人臉識(shí)別運(yùn)行文件保存到開(kāi)發(fā)板中，便于在本智能門(mén)禁系統(tǒng)上電之后即可運(yùn)行程序。3.8本章小結(jié)為了便于智能門(mén)禁系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)，本章主要對(duì)智能門(mén)禁系統(tǒng)中主控模塊以及四種識(shí)別模塊的硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，對(duì)各個(gè)識(shí)別模塊與主控模塊之間的引腳連接以及通信的過(guò)程做了較為詳細(xì)的分析，為本智能門(mén)禁系統(tǒng)軟件程序設(shè)計(jì)以及上位機(jī)界面設(shè)計(jì)提供了較好的硬件基礎(chǔ)。第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本章對(duì)智能門(mén)禁系統(tǒng)軟件部分進(jìn)行介紹。軟件部分的設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容：智能門(mén)禁系統(tǒng)主控模塊及各個(gè)識(shí)別功能模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。本智能門(mén)禁系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件功能框圖如圖4-1所示圖4-1系統(tǒng)軟件功能框圖圖4-1系統(tǒng)軟件功能框圖4.1主程序模塊設(shè)計(jì)由本智能門(mén)禁系統(tǒng)的軟件功能框圖可知，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行四種方式的識(shí)別，并通過(guò)串口通信的方式與智能門(mén)禁系統(tǒng)上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)門(mén)禁信息可視化，通過(guò)上位機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)界面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員信息統(tǒng)計(jì)。首先，需要對(duì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)各識(shí)別模塊函數(shù)以及串口進(jìn)行初始化，繼而根據(jù)串口發(fā)送不同的指令，從四種識(shí)別方式中選擇不同的門(mén)禁識(shí)別方式完成對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的考勤，上位機(jī)接收串口發(fā)送的指令，對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員完成四種不同方式的識(shí)別操作并將信息存于數(shù)據(jù)庫(kù)中方便查詢。系統(tǒng)除主函數(shù)之外，定義了四個(gè)子函數(shù)（rfidevent、faceevent、passevent以及zhiwenevent）分別對(duì)應(yīng)本智能門(mén)禁系統(tǒng)四種識(shí)別方式。主程序流程圖如圖4-2所示圖4-2主程序流程圖4.2RFID識(shí)別模塊程序設(shè)計(jì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)RFID識(shí)別部分程序的設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示。進(jìn)行IC卡識(shí)別時(shí)，首先對(duì)主控模塊以及RC522模塊的各個(gè)函數(shù)進(jìn)行初始化，接著對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的IC卡進(jìn)行錄入以便下次進(jìn)行識(shí)別考勤，進(jìn)行識(shí)別時(shí)首先會(huì)檢測(cè)是否存在IC卡，檢測(cè)到進(jìn)入門(mén)禁人員的IC卡之后，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行防沖突程序，進(jìn)而進(jìn)入進(jìn)入門(mén)禁人員IC卡驗(yàn)證階段，在系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員IC卡進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，若成功驗(yàn)證則開(kāi)啟門(mén)禁，否則會(huì)判斷驗(yàn)證次數(shù)是否到達(dá)三次，驗(yàn)證次數(shù)超過(guò)三次之后系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)鎖定，等待十分鐘之后才可進(jìn)行再次檢測(cè)進(jìn)入門(mén)禁人員的IC卡，同時(shí)上位機(jī)界面也會(huì)顯示考勤失敗的信息并記錄于數(shù)據(jù)庫(kù)中。圖4-3RFID識(shí)別流程圖4.3指紋模塊程序設(shè)計(jì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別考勤模塊主要完成進(jìn)入門(mén)禁人員指紋錄入、進(jìn)入門(mén)禁人員指紋識(shí)別以及進(jìn)入門(mén)禁人員指紋刪除等主要操作，并通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行通信，用QTCreator自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采用指紋識(shí)別方式進(jìn)入門(mén)禁的人員信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，便于之后的查詢以及刪除等操作。在進(jìn)行進(jìn)入門(mén)禁人員指紋錄入時(shí)，首先進(jìn)入門(mén)禁人員需要將手指放在指紋模塊光學(xué)指紋采集窗口，系統(tǒng)根據(jù)窗口觸摸感應(yīng)電平的變化進(jìn)行判斷有無(wú)手指按下。若檢測(cè)到有手指按下，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_GetImage函數(shù)將該進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋圖像存儲(chǔ)到圖像緩沖區(qū)。存儲(chǔ)指紋圖像之后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_GenChar函數(shù)對(duì)存入的指紋圖像進(jìn)行特征生成，由于本系統(tǒng)所采用的指紋識(shí)別模塊內(nèi)部含有兩個(gè)特征圖像緩沖區(qū)，第一次對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行指紋圖形特征生成時(shí)存儲(chǔ)至緩沖區(qū)1即CharBuffer1。再次重復(fù)之前的操作，第二次錄入同一個(gè)進(jìn)出門(mén)禁人員的指紋圖像并進(jìn)行特征生成，第二次的指紋圖像特征會(huì)存儲(chǔ)至緩沖區(qū)2即CharBuffer2。當(dāng)緩沖區(qū)1和緩沖區(qū)2都存儲(chǔ)了進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋圖像特征之后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_Match函數(shù)進(jìn)行兩個(gè)緩沖區(qū)的同一個(gè)進(jìn)入門(mén)禁人員指紋圖像特征的比對(duì)，若比對(duì)成功，則系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_RegModel函數(shù)將緩沖區(qū)1以及緩沖區(qū)2的指紋圖像特征和并生成一個(gè)該進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋模板便于其下次進(jìn)入門(mén)禁系統(tǒng)時(shí)進(jìn)行識(shí)別驗(yàn)證。進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋特征模板生成之后，系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_StoreChar函數(shù)將進(jìn)入門(mén)禁人員指紋模板存儲(chǔ)到flash指紋庫(kù)中。本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別部分錄入進(jìn)入門(mén)禁人員指紋流程圖如圖4-4所示。在進(jìn)行進(jìn)入門(mén)禁人員指紋識(shí)別時(shí)，首先與進(jìn)入門(mén)禁人員指紋錄入的操作一樣，需要對(duì)待識(shí)別的進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋圖像進(jìn)行存儲(chǔ)并生成指紋圖像特征，生成的進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋圖像特征存儲(chǔ)在緩沖區(qū)1或緩沖區(qū)2。接著系統(tǒng)會(huì)調(diào)用PS_Search函數(shù)將已存在flash指紋庫(kù)中的進(jìn)入門(mén)禁人員指紋模板與存儲(chǔ)在緩沖區(qū)1或緩沖區(qū)2里的指紋圖像特征進(jìn)行比對(duì)，若比對(duì)成功，則會(huì)返回該進(jìn)入門(mén)禁人員指紋模板所對(duì)應(yīng)的ID號(hào)。本智能門(mén)禁系統(tǒng)指紋識(shí)別部分識(shí)別進(jìn)入門(mén)禁人員指紋流程圖如圖4-4所示。在進(jìn)行進(jìn)入門(mén)禁人員指紋刪除時(shí)，系統(tǒng)提供兩個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)入門(mén)禁人員指紋刪除，分別是PS_DeletChar函數(shù)和PS_WriteReg函數(shù)，不同的是PS_DeletChar函數(shù)實(shí)現(xiàn)的是刪除某個(gè)或某些進(jìn)入門(mén)禁人員的指紋圖像數(shù)據(jù)，PS_WriteReg函數(shù)實(shí)現(xiàn)的是所有進(jìn)入門(mén)禁人員指紋圖像數(shù)據(jù)的刪除圖4-4錄入指紋流程圖圖4-5識(shí)別指紋流程圖4.4人臉模塊程序設(shè)計(jì)本智能門(mén)禁系統(tǒng)人臉識(shí)別部分采用的是PY-K210模塊及其配套的LCD屏幕來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉識(shí)別考勤，首先需要先加載一下模塊中人臉檢測(cè)模型（本智能門(mén)禁系統(tǒng)人臉識(shí)別部分采用的是YOLO2算法對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉進(jìn)行識(shí)別），接著運(yùn)行加載好的人臉檢測(cè)模型對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行人臉識(shí)別，找出進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉位置并進(jìn)行框出。將框出的進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉圖片轉(zhuǎn)換成KPU接受的格式從而方便之后的進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)，人臉關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)包括對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的左眼、右眼、鼻子、左嘴角以及右嘴角的位置。對(duì)框出的進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉圖片進(jìn)行仿射變換，轉(zhuǎn)換成進(jìn)入門(mén)禁人員的正臉圖像進(jìn)而轉(zhuǎn)換成KPU接收的格式，接著需要計(jì)算獲得的進(jìn)入門(mén)禁人員的正臉圖片的196維特征值，將獲得的進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉特征與之前模塊中保存的進(jìn)入門(mén)禁人員人臉特征進(jìn)行對(duì)比得到一組分?jǐn)?shù)，并為該分?jǐn)?shù)設(shè)置一個(gè)閾值，當(dāng)對(duì)比的結(jié)果值大于此閾值時(shí)則判定為同一個(gè)進(jìn)入門(mén)禁人員，從而返回識(shí)別結(jié)果完成進(jìn)入門(mén)禁人員的人臉識(shí)別考勤本智能門(mén)禁系統(tǒng)人臉識(shí)別考勤模塊主要完成進(jìn)入門(mén)禁人員人臉?shù)浫搿⑦M(jìn)入門(mén)禁人員指人臉識(shí)別以及進(jìn)入門(mén)禁人員人臉刪除等主要操作，并通過(guò)串口與上位機(jī)進(jìn)行通信，用QTCreator自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采用人臉識(shí)別方式進(jìn)入門(mén)禁的人員信息進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，便于之后的查詢以及刪除等操作。圖4-5人臉識(shí)別流程圖4.5上位機(jī)界面設(shè)計(jì)該門(mén)禁系統(tǒng)的管理軟件主要分為六個(gè)模塊，它們分別是門(mén)禁系統(tǒng)登錄界面、四種識(shí)別界面以及數(shù)據(jù)庫(kù)查詢界面。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-6所示。圖4-6上位機(jī)界面結(jié)構(gòu)圖4.5.1系統(tǒng)登錄登錄模塊是上位機(jī)系統(tǒng)的入口，為了提高系統(tǒng)的安全性能，操作者需要輸入賬號(hào)和密碼進(jìn)行身份驗(yàn)證，單擊“登錄”按鈕進(jìn)入系統(tǒng)。在登錄“登錄”按鈕的單擊事件中，實(shí)現(xiàn)用戶的登陸功能，沒(méi)有輸入用戶名和密碼的時(shí)候，提醒輸入用戶信息，若準(zhǔn)確則進(jìn)入系統(tǒng)，提示登錄成功。4.5.2指紋識(shí)別界面設(shè)計(jì)進(jìn)入指紋識(shí)別模式，初次使用本系統(tǒng)的人員需要錄入自己的ID號(hào)以及姓名等信息。系統(tǒng)也可以對(duì)已錄入指紋進(jìn)行刪除。進(jìn)入指紋考勤狀態(tài)之后，合法人員會(huì)顯示正常，而非法人員會(huì)顯示失敗，無(wú)論考勤成功與否，系統(tǒng)都會(huì)將人員信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便之后的查詢等操作。圖4-8指紋識(shí)別界面4.5.3人臉識(shí)別界面設(shè)計(jì)進(jìn)入人臉識(shí)別模式，初次使用本系統(tǒng)的人員需要錄入自己的ID號(hào)以及姓名等信息。系統(tǒng)也可以對(duì)已錄入的人臉進(jìn)行刪除。進(jìn)入人臉考勤狀態(tài)之后，合法人員會(huì)顯示正常，而非法人員會(huì)顯示失敗，無(wú)論考勤成功與否，系統(tǒng)都會(huì)將人員信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便之后的查詢等操作。圖4-9人臉識(shí)別界面4.5.4RFID識(shí)別界面設(shè)計(jì)進(jìn)入RFID識(shí)別模式，初次使用本系統(tǒng)的人員需要錄入自己的RFID卡號(hào)等信息。系統(tǒng)也可以對(duì)已錄入的卡號(hào)進(jìn)行刪除。進(jìn)入RFID考勤狀態(tài)之后，合法人員會(huì)顯示正常，而非法人員會(huì)顯示失敗，無(wú)論考勤成功與否，系統(tǒng)都會(huì)將人員信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便之后的查詢等操作。圖4-10RFID識(shí)別界面4.5.5密碼識(shí)別界面設(shè)計(jì) 進(jìn)入密碼識(shí)別模式，系統(tǒng)初始密碼設(shè)置為12345678。系統(tǒng)可以對(duì)設(shè)置的密碼進(jìn)行重置。進(jìn)入密碼考勤狀態(tài)之后，輸入正確密碼會(huì)顯示正常，而密碼輸入有誤會(huì)顯示失敗，無(wú)論考勤成功與否，系統(tǒng)都會(huì)將進(jìn)入門(mén)禁人員信息記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中，方便之后的查詢等操作。圖4-11密碼識(shí)別界面4.5.6數(shù)據(jù)庫(kù)界面設(shè)計(jì)使用QtCreator自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)ADDINNE.Ref.{B8E4C61C-06B3-4A31-9B2E-9A66486E631A}[13]實(shí)現(xiàn)對(duì)四種考勤方式人員信息的記錄，信息包括人員的名稱、考勤狀態(tài)、考勤方式以及考勤時(shí)間圖4-12數(shù)據(jù)庫(kù)界面4.5.7考勤時(shí)間界面設(shè)計(jì)圖4-13考勤時(shí)間設(shè)置界面更新考勤時(shí)間程序：starttime=ui->timeEdit_up->time();stoptime=ui->timeEdit_down->time();status=starttime.secsTo(stoptime);if(status<=0){QMessageBox::about(this,tr("警告"),tr("下課時(shí)間不能小于等于上課時(shí)間"));qDebug()<<"下課時(shí)間不能小于等于上課時(shí)間";}根據(jù)考勤時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間的差值正負(fù)判斷是否遲到：如果超過(guò)開(kāi)始時(shí)間則認(rèn)為考勤遲到，反之則為正常。statusstart=starttime.secsTo(QTime::currentTime());statusstop=stoptime.secsTo(QTime::currentTime());if(statusstart>0){ui->label_zhiwenstate->setText("遲到");}else{ui->label_zhiwenstate->setText("正常");}4.6本章小結(jié)本章主要介紹了本智能門(mén)禁系統(tǒng)的軟件程序設(shè)計(jì)部分，對(duì)四種識(shí)別模塊以及上位機(jī)界面的設(shè)計(jì)也進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行四種不同方式的識(shí)別并通過(guò)串口顯示在上位機(jī)界面上，并對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員的信息進(jìn)行記錄以便系統(tǒng)管理員查詢?？偨Y(jié)與展望隨著人們的安全意識(shí)不斷加強(qiáng)，對(duì)于門(mén)禁系統(tǒng)的安全等級(jí)要求自然也就越來(lái)越高。基于這樣的需求作為出發(fā)點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)了一種具有多重識(shí)別方式的智能門(mén)禁系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行多重識(shí)別，有利于提高門(mén)禁系統(tǒng)的安全性。目前常見(jiàn)的識(shí)別方式有密碼識(shí)別，射頻識(shí)別以及生物識(shí)別（主要有指紋識(shí)別、人臉識(shí)別以及虹膜識(shí)別）。本設(shè)計(jì)綜合了基于STM32具有四種識(shí)別方式的智能門(mén)禁系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入門(mén)禁人員進(jìn)行指紋、人臉和IC卡的識(shí)別，并可以查詢進(jìn)入門(mén)禁人員的合法信息。本論文主要完成了以下幾部分的工作：1.首先完成系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，明確各個(gè)功能模塊所選用的元器件以及所需實(shí)現(xiàn)的功能，并畫(huà)出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。2.對(duì)指紋識(shí)別、RFID識(shí)別以及人臉識(shí)別的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，指紋識(shí)別主要是進(jìn)入門(mén)禁人員指紋的采集、預(yù)處理、特征提取以及特征匹配，其中預(yù)處理階段中主要是對(duì)讀取到的指紋圖像進(jìn)行分割、平滑以及二值化等操作。3.進(jìn)行系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)，采用STM32F103作為系統(tǒng)電路的主控芯片，在此基礎(chǔ)上加入各個(gè)功能模塊，完成各模塊與主控芯片之間的通信，指紋模塊采用AT-AS608模塊，進(jìn)入人員可通過(guò)自己的指紋進(jìn)行識(shí)別開(kāi)門(mén)；射頻識(shí)別選用MFRC522模塊，進(jìn)入人員可通過(guò)刷卡進(jìn)入，人臉識(shí)別模塊采用PY-K210模塊，進(jìn)入人員可通過(guò)識(shí)別自己的人臉進(jìn)行開(kāi)門(mén)。4.進(jìn)行系統(tǒng)軟件程