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基于单片机智能锁控制系统的硬件设计案例

目录

TOC\o1-3\h\u31730基于单片机智能锁控制系统的硬件设计案例 1

283901.1系统硬件整体描述 1

32481.2主控芯片的选择 2

284941.3RFID模块通信设计 3

296201.4指纹模块通信设计 4

3041.5薄膜键盘模块设计 6

272381.6舵机模块设计 7

53021.7语音模块设计 7

212791.8ESP8266-01模块搭建 8

210641.9报警模块设计 9

1.1系统硬件整体描述

本次设计可以实现指纹识别开锁，按键密码开锁，RFID刷卡识别开锁，APP连接WIFI一键解锁。设计中芯片采用了STM32F407VET6芯片作为主控芯片，通过芯片搭载丰富的接口来完成本次设计搭建，设计中使用了OLED显示屏作为按键密码输入显示功能。4x4薄膜按键来输入密码，选择相应操作。使用RFID-RC522模块通过SPI通信模式搭建了刷卡模块，指纹识别功能选择了AS608光学指纹模块来实现。这些器件的搭建实现了智能锁项目的三种开锁方式，开锁过程有相应的语音提示，主要是开锁成功是，会提示“开门”，关门也会提示“关门”，当密码输入错误，会提示密码错误。提示语音模块采用了JQ8900-16P语音模块来实现。开锁过程采用了舵机来模拟，当密码正确时舵机偏转90度，当门锁上之后在复位。WIFI通信模块采用了机智云平台+ESP8266模块来实现APP控制门锁。整体框架如图5-1所示

语音播报

语音播报

舵机显示屏

舵机

显示屏

指纹识别

指纹识别

RFID刷卡STM32F407VET6

RFID刷卡

STM32F407VET6

按键模块WIFI

按键模块

WIFI

FLASHEEPROM手

FLASH

EEPROM

手机APP

图5-1系统整体设计框架

1.2主控芯片的选择

本次设计选择STM32F407VET6作为主控芯片，主要是因为这款芯片成本比较低，使用方便，它有丰富的接口资源。STM32最小系统硬件由电源供电电路、复位电路、时钟电路、调试接口、启动电路组成

本设计主控芯片使用的是STM32F407ZGT6，它是基于ARM_Cortex-M内核设计的。它具有高性能，低成本，功耗低等优点，同时它片上资源较为丰富，在片

电源电路：一般用3.3V电压供电，在加上多个0.01uf去耦电阻.

复位电路：在STM32中有3中复位方式：上电复位、手动复位、程序自动复位。一般复位电路都是低电平有效。上电复位工作流程是在上电的瞬间，电容处于充电状态，RESET短暂处于低电平状态，低电平状态持续时间可以通过控制电容、电阻的大小来控制。计算公式如下

t=1.RC

在本次设计中采用的是复位信号持续时间为1ms左右。

1.1?10K?0.1uF=1.1ms

手动复位：按下按键时，RESET和地（GND）导通，电平变为低电平，实现复位。如图4-2所示，

图5-2复位电路

时钟电路：时钟电路主要由晶振、起振电容和反馈电阻组成

在STM32F407板子选择的是8MHz是晶振为最小系统提供最基本的时钟，同时也方便倍频。在图4-3中晶振旁的C10、C11用的是22P的电容，它们主要是保证晶振输出的振荡频率更加稳定。

图5-3时钟电路

启动电路：STM32拥有3种启动模式，主要是区别于从什么内存中启动，由BOOT1和BOOT2引脚的电平状态来决定，当BOOT0电平为低电平时，从主闪存存储器启动，在使用JTAG和SWD下载调试的时候，程序就会被下载到闪存里。当BOOT0位高电平，BOOT1位低电平时，从系统存储器启动。BOOT1为高电平时从内置SRAM启动。

1.3RFID模块通信设计

本次设计中采用RC522射频模块与S50卡片进行通信，RC522与MCU之间采用SPI通信连接，SPI串行全双工通信，

模块与MCU连接方式：

模块外接3.3V电源

MUCRFID模块

PD6SDA

PD7SCK

PC6MOSI

PC8MISO

PC12RST

以上引脚连接好以后就完成了硬件的搭建，除了RC522模块搭建外，还需要用到射频卡片S50。

图5-4RC522模块原理图

RC522模块整个模块工作的时候，它起到一个从设备的作用，而主设备是主控芯片STM32F407VET6，它们之间可以使用SPI，也可以使用UART或者IIC来建立通信，但IIC在通信过程中需要固定的数据帧格式来建立通信，它包含：起始条件+发送8bit数据+接收应答+停止条件。它传输多字节时需要在传输完一帧数据之后重复起始条件再进行下一次数据