基于stm32的可视化门禁系统

毕业论文 (设计)题 目 基于 STM32 的可视化门禁系统学生姓名 丁闯学 号 20121309040学 院 电子与信息工程专 业 信息工程指导教师 高超职 称 副教授二一六 年 五 月 二十 日1目录第一章 绪论 .31.1 可视化智能家居门禁 .31.1.1 研究背景 .31.1.2 研究意义 .31.2 嵌入式概述 .31.2.1 嵌入式简介 .31.2.2 嵌入式应用 .41.3 智能家居概述 .51.4 国内外研究现状 .5第二章 系统分析 .52.1 系统总体需求 .62.2 功能模块 .62.3 典型应用场景示意图 .6第三章 硬件设计与实现 .73.1 硬件总体设计 .73.2 门禁终端硬件设计 .73.2.1 微处理器单元模块 .83.2.2 访客呼叫模块 .93.2.3 摄像头模块 .93.2.4 无线传输模块 .103.2.5 语音通讯模块 .123.3 移动手持模块设计 .143.4 KILL4 的安装与使用 .15第四章 软件设计与实现 .154.1 总体设计 .154.2 门禁终端软件设计 .164.3 移动手持设备模块软件设计 .184.4 数据传输 .18第五章 成果与测试 .205.1 成果展示 .205.2 系统测试 .225.2.1 系统主要功能模块测试 .225.2.2 测试结果 .232第六章 特色与展望 .24参 考 文 献 :.251基于 STM32 的可视化门禁系统丁闯南京信息工程大学电子与信息工程学院信息工程系，南京 210044摘要：随着智能技术的飞速发展和计算机应用的普遍推广，视频门禁系统在我们生活随处可见，住户的安全性得到大大的提高，也体现了门禁系统向智能方向发展的特点。本系统由上位机和下位机两部分组成，下位机采用了 Cortex-M3 教学科研平台 UP-CUP-STM32-DVP 作为硬件开发平台，采用STM32F103ZET6 作为核心处理器，上位机也为以 ARM 为核心的移动手持模块，两者通过 WI-FI 相互通信并配备摄像头等模块，实现了一种基于 ARM 的可视化智能家居门禁系统。该系统操作简便，使用灵活，智能化程度高，节省物力、人力和时间，用户可以随时随地通过手机辨识来访者并控制门禁系统，视屏门禁的应用使家居安防的智能水平得到了提升，具有广阔的应用市场。 关键词：可视化;门禁系统;STM32;单片机 2Abstract :With the rapid development of intelligent technology and the popularization of computer application, access control system can be seen everywhere in our life. Household security has been greatly improved, which also reflects the development of access control system to intelligent direction. This system is composed of two parts, the upper computer and the lower computer. The lower computer uses the Cortex-M3 teaching and research platform UP-CUP-STM32-DVP as the hardware development platform, using STM32F103ZET6 as the core processor. The upper computer is a mobile handheld module with ARM as its core, both communicate through WI-FI and equipped with cameras and other modules. Which implement of a ARM based visual intelligent home access control system. The system is easy to operate, flexible to use, high degree of intelligence, saving material, manpower and time. Users can access and control the access control system at any time and at any time by mobile phone. The application of video access control to make home security intelligent level has been improved, with a broad application market.Key words: Visualization; System of access control; STM32; ARM3第一章 绪论随着国民经济的发展，计算机逐渐普及，智能技术得到了进一步的发展，社会信息化程度的迅速提高，人们的生活变得越来越便捷。越来越多的高新技术被应用到生活中，本章将介绍可视化智能家居门禁系统的背景和意义。以及嵌入式的简介、智能家居的概述和海内外研究近况。1.1 可视化智能家居门禁1.1.1 研究背景随着科学技术的发展，ARM 处理器的功能快速的增多，性能也变得更加优秀。而且，通过 ARM 处理器实现的一些相关功能，不仅基于本科生的课程学习，而且不会超过本科生的设计能力。智能门禁系统的发展越来越多元化，逐渐成为发达的地区重要场所必备的安防系统之一。传统的门禁安全设备仅仅是被动的监控，与之不同的是，智能家居门禁系统具有主动监控和报警控制的功能，是小区住户安全防范措施必不可少的，能够提高住户的安全感。以是，越来越多的人会在安防控制设备领域中使用它。随着智能小区的普及，越来越多的用户装起了门禁系统。而门禁系统的通讯也从语言通讯向视频通讯方面逐步转变。视频门禁系统的出现，不仅提升了住户内心的安全感，使得住户在工作时可以放心的把亲人留在家中，而且体现了门禁系统向智能方向发展的趋势。但是目前的视频通话住户必须起身站在门禁设备旁使用，这样的情况给用户体验带来了一定的不适感。1.1.2 研究意义通过对研究背景中目前门禁系统不足之处的提出，本系统提出一种基于 ARM 的可视化智能家居门禁系统。该新型可视化智能家居门禁系统在以往门禁系统的基础上，以Cortex-M3 教学科研平台 UP-CUP-STM32-DVP 作为硬件开发平台，使用 STM32F103ZET6 作为核心处理器并配以基于 ARM 的移动手持模块进行视频通讯。本设计进一步体现智能家居的人性化，用户可以通过移动手持模块方便的观察访客，并且可以通过手持模块来控制房门的开关，而不需要频繁动身亲自开门，节省时间、人力、和物力，给用户提供了更简要的方便。1.2 嵌入式概述1.2.1 嵌入式简介嵌入式系统（Embedded system）按照英国电气工程师协会的定义是：“用于控制、监视或者辅助操作机器和设备的装置” 1。嵌入式系统一般不是个人计算机系统，是固化在特定的设备里面的，不可以随意安装或卸载，需要使用专业的工具把系统代码写入到存储芯片上，比如，MP3 、手机里面的系统。4通用计算机是每个行业都可以使用的，功能比较齐全，适应性很强。嵌入式计算机是一种计算机的存在形式，从计算机技术发展中分离出来的。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术与各个行业的具体应用相结合后的产物。它的一些主要的特征如下：（1）嵌入到应用系统。运行速度快、低功耗、集成度高、体积比较小可以方便的嵌入到应用系统和电子产品中。（2）可以在工业现场环境中可靠的运行。（3）面对控制的对象。面对传感器信号的输入；面对人机交互的操作控制；面对对象的伺服驱动和控制。（4）优良的控制性能。对外部各种模拟和数字信号能及时的捕捉，对多种不同的控制对象的实时控制。可以看出嵌入式计算机与通用计算机系统在应用目标上有巨大的差别。通用计算机系统运行效率、速度和经济性依据不同的应用对象会受到不同程度的影响。在通用计算机中，巨型机是运算最快的。而嵌入式计算机系统要求的是对象的智能化控制能力；技术发展方向是与对象系统密切相关的嵌入式性能、控制能力与控制的可靠性 2。嵌入式系统是有着严格要求的，有着完整的系统测试和可靠地评估体系。使用的资源较少，但需要专用的开发工具，可完成诸如实时控制、监测管理、数据处理等各种自动化处理任务。它的核心是应用，基础是计算机技术，相对的硬件、软件是可以缩扩的。嵌入式系统是软硬结合的东西，实际上嵌入式说白了就是一个硬件电路加上一个实时操作系统，这种系统因为软硬件都必须高效的设计，所以它拥有的软件的程序段较小、自动化度较高，响应速率快等优势，非常适应于面向对象要求实时和多任务的应用。传统的嵌入式系统是是以单片机为基础的，多数显示为以可编程控制器的形式。嵌入式系统的成长分为三个时间段：简单操作系统阶段：70 年代到 80 年代，最初的 70 年代，单片机的出现，我们通过汇编语言对系统进行控制，这类系统结构和功能相对单一，处理效率较低。到了 80 年代，微控制器的出现，推动了嵌入式系统的发展，此时嵌入式操作系统还是相对简单，但功能不再单一，而且效率较高。实时操作系统：90 年代，嵌入式系统一飞冲天，因为硬件对实时性要求的提高，嵌入式系统又是软硬结合的，软件的规模也随之不停的扩大。这一阶段的特征是改善了操作系统的实时性，具备了一系列的功能，使软件开发变得简单。面向 Internet:21 世纪，互相网道路的不断前进，嵌入式要想做出进一步的突破，就必须和互联网结合起来。操作系统的自身结构设计要便于移植，而且应用嵌入式设备的结构变得复杂，功能更加多样化。未来，嵌入式系统不停地向前迈步。1.2.2 嵌入式应用5嵌入式系统有独特的结构和性能，充斥在国家的各个发展领域。人们生活中将无处不接触到嵌入式产品。小到家里的家用电器，大到军工、航天等一些重要军事领域。在很多领域中，嵌入式着重在控制方面的应用。在嵌入式应用中，家电方面的应用有着广阔的前景。越来越多的家用电器嵌有处理器，实现多功能、远程控制、智能管理，方便人们的生活。现在就可视化智能门禁系统而言，它是属于远程控制的。不仅需要实现无线数据传输，还需要统一的控制协议。1.3 智能家居概述智能家居（英文：smart home, home automation）是以住宅作为服务平台，通过一系列的技术处理，将与家居有关的子系统结合起来，达到智能管理的目的。方便人们的生活，帮助人们更好的分配自己的业余时间，享受自己的生活。主体在于家庭自动化，通过家电统一是一个开关、远程控制家里电器设备、又如自动控制空调的开关（在温度低于多少度开始制热，高于多少度开始制冷，使房间处在一个舒适的温度内）等，以此来优化人们生活。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，把电器设备联合成是一个有机的整体。本系统也是智能家族里面的一小部分，用到了监控系统和开门（主要是监控系统） 。1.4 国内外研究现状最近几年，门禁系统在海内外得到普及，也随处可见。例如：学校的宿舍有着刷卡门禁系统、宾馆的刷卡房门、开车进出小区要刷卡认证等等。美国是最先提出“智能家居”这个概念的，也是目前在智能家居方面领先的国家之一，越来越多国家的一些大型企业把重心移向个人家庭智能化的研发，竞争这个有着无限潜力的市场。智能家居最初的发展是以电气设备远程控制为主，主要的着重点在于控制。随着电脑行业的发展，嵌入式的不断前进，无线系统慢慢的取代有线系统，我国的无线系统也慢慢赶上西方发达国家的水平。这也就推动了国内家居智能化的发展。我国是有着广大的人口资源，所以在智能化家居这个市场上可以获得巨大的利润，虽然现在国家经济正在飞速发展，但相对西方国家，我国人均还是比较贫穷的，大部分的消费放在日常生活，没有能力去对家庭进行智能化改进。所以我国有着大量的资源，当大家都奔小康，追求精神上的享受时，这个行业的潜力才会真正显露出来。随着国家经济不断发展，技术的进步，智能化会越来越高端，人们对生活有了新的追求，这也就暗示智能家居市场有着不可限量的发展前景。第二章 系统分析本章将对课题的系统进行简单的分析，对系统各功能模块及其功能的进行明确的介绍，6以方便日后对系统进行设计和实现。2.1 系统总体需求针对目前的门禁系统住户必须起身走到门口站在门禁设备旁使用，这样的情况给用户体验带来了一定的不适感。本设计利用日渐成熟的嵌入式系统结合传感器技术，高性能ARM 处理器和视频技术，开发出基于 ARM 的可视化智能家居门禁系统，可以远程实时控制。可视化智能家居门禁系统，是在现有门禁系统的基础上，配上摄像头模块进行观察访问者。当有访客访问时，由访客通过键盘模块触发系统，系统开始运行。首先要初始化各个模块，使各个模块处于待机状态，如果住户通过手持设备模块返回控制信息，中央处理器使用摄像头模块开始采集数据，然后数据经中央处理器处理过后通过 WI-FI 传送到移动手持模块上，通过显示屏可以观察访客，并通知用户远程控制门禁系统；用户也可以通过WI-FI 与访客进行单方面的视频语音通讯，更方便的探寻访客来访意图。2.2 功能模块系统需要的功能模块有微处理器单元模块、访客呼叫模块、摄像头模块、语音通讯模块、无线传输模块和移动手持模块。 微处理器模块使用的教学科研平台是 UP-CUP-STM32-DVP，此平台采用 STM32F103ZET6作为核心处理器（硬件介绍见下一章） 。微处理器模块主要功能是数据的采集与处理以及通讯模式选择。当访客要求通讯时，该模块将请求信息通过串口 WI-FI 发送给用户。 访客呼叫模块：访客通过访客呼叫模块拨打住户的号码，并由微处理器单元模块将呼叫信息通过 WI-FI 向移动手持模块发出请求通讯的信息。 摄像头模块：由用户通过移动手持模块授权打开，进行与访客的单方面视频通讯。 语音通讯模块：用于