基于STM32的智能门禁系统设计与实现

一、项目背景与功能概述

在物联网技术快速发展的今天，传统门锁正在向智能化方向演进。本系统基于STM32F103C8T6微控制器，整合多种外设模块，实现了一个具备以下核心功能的智能门禁系统：

1. 密码输入与验证（4x3矩阵键盘）
2. 用户信息存储管理（W25Q128 Flash）
3. 实时状态显示（0.96寸OLED）
4. 电磁锁控制（继电器+5V电磁锁）
5. 声光提示反馈（无源蜂鸣器）
6. 系统异常报警功能

二、硬件系统架构

1. 核心部件选型说明

模块名称	型号参数	功能说明
主控芯片	STM32F103C8T6	系统控制核心
存储模块	W25Q128	存储用户密码
显示模块	SSD1306 0.96寸OLED	显示系统状态与交互界面
输入模块	4x3矩阵键盘	密码输入与人机交互
执行机构	5V电磁锁+继电器	门锁驱动控制
提示模块	无源蜂鸣器	操作反馈与报警提示

2. 硬件连接示意图

[STM32F103C8T6]
|
├── OLED (I2C)
│    ├── SCL -> PB8
│    └── SDA -> PB9
|
├── 矩阵键盘
│    ├── Rows -> PB0-PB2
│    ├──Rows4 -> PB10
│    └── Columns -> PB11-PB13
|
├── W25Q128 (SPI)
│    ├── CS -> PA4
│    ├── CLK -> PA5
│    ├── DO-> PA6
│    └── DI-> PA7
|
├── 继电器 -> PB7
├── 蜂鸣器 -> PC13

三、软件设计框架

1. 系统工作流程图

2. 关键模块实现逻辑

（1）矩阵键盘扫描
可看上一篇文章代码。

// 部分代码
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{uint8_t row = 0, column = 0;if(key_value != 0) return;//确认行if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0)row = 0x10;else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_1)row = 0x20;else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_2)row = 0x30;else if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_10)row = 0x40;//确定列if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11) == GPIO_PIN_SET){delay_ms(10);while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_11))column = 0x01;}else if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12) == GPIO_PIN_SET){delay_ms(10);while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_12))column = 0x02;}else if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_SET){delay_ms(10);while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB, GPIO_PIN_13))column = 0x03;}if(row != 0 && column != 0)key_value = row | column;
}uint8_t keyboard_get_value(void)
{uint8_t ch = 0;if(key_value != 0){if(key_value == 0x11) ch = '1';else if(key_value == 0x12) ch = '2';else if(key_value == 0x13) ch = '3';else if(key_value == 0x21) ch = '4';else if(key_value == 0x22) ch = '5';else if(key_value == 0x23) ch = '6';else if(key_value == 0x31) ch = '7';else if(key_value == 0x32) ch = '8';else if(key_value == 0x33) ch = '9';else if(key_value == 0x41) ch = '*';else if(key_value == 0x42) ch = '0';else if(key_value == 0x43) ch = '#';delay_ms(400);key_value = 0x00;}return ch;
}

（2）存储管理设计
部分代码

//密码比对
uint8_t password_compare(void)
{uint8_t i = 0;w25q128_read_data(0x000000, pwd_read, PASSWORD_SIZE);if(strlen((char *)pwd_input) != strlen((char *)pwd_read))return FALSE;for(i = 0; i < strlen((char *)pwd_read); i++){if(pwd_input[i] != pwd_read[i])return FALSE;}return TRUE;
}

（3）电磁锁控制逻辑
部分代码：

//密码输入正确的操作
void password_input_right_action(void)
{oled_show_right();lock_on();beep_on();delay_ms(300);beep_off();delay_ms(1000);lock_off();try_times = 0;
}//闭合继电器的函数
void lock_on(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_7, GPIO_PIN_RESET);   // 拉低LED1引脚，点亮LED1
}

四、系统特色功能实现

1. 安全增强设计

   • 密码输入错误3次触发报警
   • 支持*键组合进入管理模式
   • 断电数据保护（W25Q128存储）

2. 可视化交互

   • 动态输入显示

3. 扩展功能预留

   • RFID刷卡模块接口（SPI预留）
   • 蓝牙通信模块（USART1）
   • 指纹识别模块（USART2）

五、开发注意事项

1. 软件优化建议

   • 采用状态机实现键盘扫描
   • 使用DMA加速SPI Flash读写
   • 关键操作添加看门狗保护

2. 常见问题排查

   • OLED显示异常：检查I2C地址配置（通常0x78或0x7A）
   • Flash写入失败：确保擦除操作在前
   • 继电器无法吸合：检查驱动三极管基极电阻

六、应用场景与扩展方向

本系统可应用于：

• 智能家居门禁控制
• 实验室设备柜管理
• 共享储物柜控制系统

未来可扩展：

1. 添加人脸识别模块
2. 对接云平台实现远程管理
3. 增加温度异常报警功能

七、总结

本文详细介绍了基于STM32F103C8T6的智能门禁系统设计方案。系统整合了多种常用外设模块，实现了完整的门禁控制功能。开发者可根据实际需求调整密码策略、存储容量等参数，具体实现代码可根据硬件连接关系进行适配开发。