基于ArdruinoUNO開發(fā)板、esp8266wifi模塊的智能門禁系統(tǒng)的設計摘要智能安全裝置在其技術和設計思想上,以及行業(yè)市場最前沿,使得人們的工作和生活變得方便,更加智能。通過這種智能化的安全裝置,遠程用戶可以更好地維護環(huán)境和信息意識,支持這樣的安全裝置將通過軟件和數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)強。越來越多的企業(yè)家,科技公司,傳統(tǒng)廠商也加入了到安全和智能化開發(fā)和設計的應用中去,但現(xiàn)在,根據(jù)時代的發(fā)展,智能化的硬件和設備,市場早期和后期階段上的大多數(shù)產(chǎn)品都僅僅只是一個炒作空洞的概念,缺乏了繼續(xù)疊加在一個領域范圍廣泛的技術創(chuàng)新功能本次畢業(yè)設計是采用的ArdruinoUNO開發(fā)板、esp8266wifi模塊和驅(qū)動模塊來實現(xiàn)課題目標。開門有兩種方式：第一，輸入正確的密碼可以打開門，5秒后門被打開或者關閉，密碼輸入錯誤達到由顯示模塊警告三次。第二，用手機或電腦訪問esp8266聯(lián)網(wǎng)后的ip地址進行控制開門關門。關鍵詞：嵌入式門禁系統(tǒng)Arduino單片機目錄第1章引言 31.1背景和意義 31.2國內(nèi)外智能門禁發(fā)展現(xiàn)狀 4第2章工作原理 52.1總體的結構設計（硬件） 52.2電路實現(xiàn)的功能 52.2.1矩形鍵盤功能 62.2.2門的開關控制 62.2.3報警單元 62.2.4EFPROM單元 62.3電路原理圖及分析 62.4各模塊電路工作原理 62.4.1最小的系統(tǒng)模塊 62.4.2按鍵模塊 72.5主要器件介紹 72.5.1主控元器件選擇 72.5.2驅(qū)動模塊器件選擇 82.5.3顯示模塊器件選擇 82.5.4存儲模塊器件選擇 92.5.5ESP8266模塊 9第3章軟件設計 113.1主程序 113.2密碼設置子程序 133.3錯誤次數(shù)檢驗 143.4程序編程環(huán)境 15第4章電路調(diào)試方法與結果說明 164.1電路測試 164.2結果顯示 16結論 17附錄 18參考文獻 19第一章引言1.1背景和意義改革創(chuàng)新我國開放以來,我國小型專用鎖具產(chǎn)品生產(chǎn)制造設備鎖行業(yè)不斷壯大和發(fā)展迅速,從最初包括各種類型的掛鎖、執(zhí)手鎖、抽斗鑰匙工具鎖等各種類型的傳統(tǒng)小型專用鎖具逐步發(fā)展壯大至如今包括各種類型的汽車鎖具,包括各種類型的鑰匙工具鎖、柜鎖、自行車鎖的鑰匙工具鎖、門閘等各種類型的具有專門為開鎖工具而設計和使用的新型特殊專用鎖具。隨著我們城市國民經(jīng)濟快速健康穩(wěn)定的發(fā)展和我們整個城市居民家中的日常生活以及其他居民生產(chǎn)條件質(zhì)量的不斷穩(wěn)步提高,人們更加密切地重視關注室內(nèi)安全公共財產(chǎn)和我們整個城市居民每一個人身的公共生命財產(chǎn)保護的安全性,據(jù)我們的調(diào)查,當前六至七成城市居民家中所需要投入使用的的是彈子實形鎖芯,而不是那種新型號的新型彈子實形實體式鎖芯,該種新型的彈子實形鎖芯的基本工作原理結構和具體的工作功能原理已經(jīng)被一些罪犯不法分子專門深入研究的一清二楚,開啟這種新型的彈子實形鎖體的大閘門的工作時間也由幾分鐘慢慢地延長轉(zhuǎn)變?yōu)閹酌腌?這種鎖就像一個個如同虛設,給我們的家庭安全和財產(chǎn)造成了嚴重的隱病害所致。同時,對室內(nèi)門鎖在使用中的便利性也提出了新的要求。普通用戶在自己的家中尚未真正體會得到智能鎖為我們的生活所帶來的方式和便捷性,這主要歸功于國內(nèi)很多消費者對智能鎖的接受程度不高以及智能鎖其他產(chǎn)品的價格昂貴等問題。所以研制一款價格低廉、方便實用、安全可靠的高智能型電子鎖十分具有重大的現(xiàn)實意義。門禁系統(tǒng),就是一種叫做"出口管理系統(tǒng)"的數(shù)字式信息管理系統(tǒng),主要指的是一種用來管理門禁工作者和人員出入的系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)的三個主要層次:第一,感知層本身就是物聯(lián)網(wǎng)的第一層,感知層中最主要的功能之一就是對于視頻的監(jiān)控。第二,網(wǎng)絡層本身就是物聯(lián)網(wǎng)的第二個層。第三,應用層指的是物聯(lián)網(wǎng)。因為以下幾點原因:第一,圖像監(jiān)控系統(tǒng)廣泛地在各種場所的監(jiān)控中都得到了應用,第二，在物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展的前期視頻監(jiān)控系統(tǒng)的技術他的完成度也是非常高的，第三，隨著現(xiàn)在社會的蓬勃發(fā)展，同樣的每個人也對自己的財產(chǎn)安全也在人們心中越來越重視，將會推動視頻監(jiān)控系統(tǒng)的市場執(zhí)行度上升,從而使監(jiān)控技術得到強有力的發(fā)展。2012年2月14日,中國就當前世界新一輪全球化經(jīng)濟科學信息技術戰(zhàn)略制高點正式公布了"十二五"經(jīng)濟發(fā)展計劃,物聯(lián)網(wǎng)科學信息技術的發(fā)展計劃將被認為是推動科學信息技術發(fā)展最重要的,它將具有促進全球經(jīng)濟增長與發(fā)展和人類社會進步的歷史性、現(xiàn)實意義。1.2國內(nèi)外智能門禁發(fā)展現(xiàn)狀國外:20世紀70年代,美國、意大利、加拿大等在全國各地的家用微電子制造技術也在快速發(fā)展不斷地進步，并且家用電子以及通訊信息技術也有著非常快速的發(fā)展,這些快速的發(fā)展也同時為家用電子安全鎖的開發(fā)研制與設計產(chǎn)生應用打下了堅實的技術基礎,并且家用電子安全鎖在歐美、日韓等發(fā)達國家和邊遠地區(qū)都已經(jīng)得到了廣泛的應用普及,特別是在當時的歐日韓國家用電子鎖的生產(chǎn)規(guī)模化和普及率就已經(jīng)遠遠超過了10%。本世紀早期,歐美各國加密電子技術已經(jīng)逐漸趨近成熟,電子化的密碼鎖已經(jīng)逐漸開始被廣泛應用于各種類型智能化的家庭門禁系統(tǒng)中,密碼鎖最初被作為人們廣泛使用的門禁場合主要包括有門鎖保險箱、金庫等。隨著現(xiàn)代科學信息技術的進一步不斷發(fā)展和成熟,電子鎖逐漸完全替換了一些傳統(tǒng)的小型機器人電子鎖,在一些韓國和日本農(nóng)村,使用這種新型電子鎖的機器人們及其身影隨處可見。國內(nèi):進入至20世紀之后,我國的所有智能化家用電子門和鎖相關制造技術行業(yè)已經(jīng)開始得到了快速的穩(wěn)步發(fā)展,許多門鎖企業(yè)逐步已經(jīng)開始從目前傳統(tǒng)的帶有卡片式各種智能化家用電子鎖和帶有手機信號密碼式各種智能化家用電子鎖向帶有手機密碼指紋式各種智能化家用電子鎖的技術轉(zhuǎn)移,為未來智能化家用電子鎖的逐漸進入普及家居生活使用領域打下了堅實的技術基礎,2000年至2003年,我國的所有智能化家用電子門和鎖只在極少數(shù)高端住宅小區(qū)才已經(jīng)能夠完全得以批量投入使用,而且目前專門從事生產(chǎn)各種智能化家用電子鎖的專業(yè)公司總體規(guī)模一般不大,到了2006年,企業(yè)的所有智能化家用電子門和鎖相關產(chǎn)品已經(jīng)基本得以了大批量生產(chǎn),在目前中國國內(nèi)高端小區(qū)房屋裝飾市場上的產(chǎn)品使用量也慢慢地得到增加。2007年至2010年,國內(nèi)的大型智能手機專業(yè)電子化門鎖制造行業(yè)在國際市場上已經(jīng)開始出現(xiàn)了一個長期井噴式的發(fā)展現(xiàn)象,已經(jīng)從企業(yè)模仿、抄襲國外的名牌產(chǎn)品之路開始逐步走上了企業(yè)自主創(chuàng)新研發(fā)之路,已經(jīng)進一步充分明確了未來行業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向,最具具有國際代表性的例子就是2008年金牌全國首個大型智能手機專業(yè)指紋鎖生產(chǎn)制造配套工程項目正式落戶浙江杭州,以及2008年金牌五指碼、普羅巴克等二十多家門鎖企業(yè)都逐步成為了曾經(jīng)舉辦2008年北京奧運會和杭州亞運村的大型智能手機專業(yè)電子化門鎖服務提供者。從2010年之后,我國的企業(yè)智能手機專用電子鎖已經(jīng)由以前的智能指紋鎖迅速逐步發(fā)展起來上升到并成為了一個現(xiàn)代化的智能手機電子鎖,企業(yè)員工數(shù)量也迅速地逐步擴大至兩千多家。這一時期的現(xiàn)代智能手機鎖除了基本繼承著中國傳統(tǒng)的自動機械鎖、ic和磁卡鎖等即動鎖代碼之外,將先進的手機生物特征識別智能技術廣泛地深入運用融合到了一些智能化的鎖中,例如:手機人臉識別和手機虹膜指紋識別等智能技術,同時在這些現(xiàn)代新型智能鎖的整體外表裝飾設計上也重新加上了許多個性化的設計元素。第二章工作原理2.1結構的總體設計系統(tǒng)以arduinoUNO開發(fā)板為核心元件，通過兩種方式解鎖。一、在鍵盤上輸入密碼進行來解鎖，當輸入密碼正確的時候就會開門，當輸入密碼錯誤達到了由顯示模塊顯示的三次警告。二、通過物聯(lián)網(wǎng)來進行網(wǎng)絡解鎖，當用手機或者電腦訪問esp8266聯(lián)網(wǎng)后的ip地址來完成控制開門關門的動作。在圖2.1所示的整個系統(tǒng)的框圖。按鍵模塊Esp8266模塊ArduinoUNO開發(fā)板驅(qū)動模塊 按鍵模塊Esp8266模塊ArduinoUNO開發(fā)板驅(qū)動模塊存儲模塊顯示模塊存儲模塊顯示模塊圖2.1系統(tǒng)框圖 2.2電路實現(xiàn)的功能2.2.1鍵盤功能4*4鍵盤功能如表2-1所示。789456設置123退出0清除確認表2-1按鍵功能表在鍵盤上，有修改密碼功能的是設置鍵，設置按鈕被按下后，第一步輸入舊密碼，當舊密碼顯示正確后，第二步輸入新的密碼；有回到等待輸入的狀態(tài)功能的是退出鍵，在修改密碼完成之前退出密碼的修改回到相應的狀態(tài)。2.2.2門的開關控制用舵機轉(zhuǎn)動來控制門的開關。在密碼輸入正確的情況下，舵機下拉，開門。用手機或電腦訪問esp8266聯(lián)網(wǎng)后的ip地址進行控制開門關門的動作。2.2.3警告顯示單元在每次輸入用戶密碼的正常狀態(tài)下,假若連續(xù)3次之后輸入一個錯誤的用戶密碼時,屏幕上會顯示三次之前輸入過的錯誤密碼次數(shù),在連續(xù)修改新的密碼時,輸入舊有的密碼3次而當輸入出錯后,屏幕顯示警告并退出密碼修改功能。2.2.4EEPROM單元主要目的是用在保存新的密碼,當輸入的密碼被確認后,從eeprom中可以查找到所有存儲密碼的當前和未輸入的密碼之間進行相應的比較,看密碼是否正確。2.3電路原理圖及其分析DS130SPI通信序列的總電路圖；超聲波測距模塊；Esp8266存儲的密碼，經(jīng)由I2C總線微控制器通信;到端口P3，并設置密碼，用于顯示器警告。通過協(xié)調(diào)控制使用示意74LS138譯碼器，每個控制模塊Esp8266各個部分中，微控制器可有效節(jié)省端口資源，使系統(tǒng)更加簡單和有效的。(附錄A)2.4各模塊電路工作原理2.4.1最小系統(tǒng)模塊最小系統(tǒng)12M晶體，連接到+5V電源部設置以防止干擾電容器，在圖2.2中示出的最小的系統(tǒng)電路。圖2.2最小系統(tǒng)電路圖2.4.2按鍵模塊總共16按鍵，檢測按鍵掃描方法，I/O端口被占用8個。當使用鍵矩陣，有必要選擇功能鍵（J5）1,2短路。不同的功能有不同的按鍵控制著，得到不同的結果。按鍵模塊主要用在密碼的輸入，修改。在圖2.3中示出的電路圖。圖2.3矩陣按鍵電路2.5主要器件介紹2.5.1主控元器件選擇方案一STC89C516是一種高彈性,低成本的芯片,所以這種基于類的選擇這款芯片。而且它的抗干擾能力強,安全性好,難以被破解,微控制器的時鐘具備了防止外部的電磁輻射的作用。12M晶體使用時,系統(tǒng)時鐘頻率低,慢方案二采用最新Ardroid系列Esp8266芯片。它既沒有任何仿真模擬器,也沒有任何模擬機,因為isp/iap就是一個系統(tǒng)上的可編程,而且一個應用上的可編程。它的轉(zhuǎn)速很快,比普通8051快12倍左右。Esp8266芯片可以看作是8051的增強型表2-2選擇Esp8266芯片的是因為系統(tǒng)需要一個動態(tài)數(shù)字顯示鍵掃描。在圖2.4所示。圖2.4引腳圖2.5.2驅(qū)動模塊器件的選擇以下兩種方案來選擇驅(qū)動模塊實現(xiàn)們的開關裝置：方案一:采用了繼電器對門的開關控制,雖然這種解決方案的控制電路也是比較簡單,但是因為繼電器的響應持續(xù)時間很慢,在高頻率條件下使用的話,非常容易造成損壞。所以不便使用。方案二：采用SG90舵機對門的開關進行控制，這個方案的優(yōu)點是只需要一根控制線表2-3驅(qū)動模塊的選擇選擇由舵機控制開關門。所有可以使用方案二。2.5.3顯示模塊器件選擇該系統(tǒng)需要顯示當前時間有一個密碼輸入?？梢钥紤]兩種顯示程序。方案一oled液晶電視屏幕就是一種具有薄,功耗低,無輻射,更穩(wěn)定和較不影響閃爍彩色圖像顯示的單一型液晶電視屏幕顯示器,它的屏幕亮度效果好,可以同時顯示多個字符,一個很強的屏幕對抗干擾能力等。然而,因為只有這樣的一個數(shù)字符號時間密碼顯示和字符密碼,八個字符數(shù)碼管才能符合要求,和傳統(tǒng)液晶電視顯示器一樣是數(shù)字符號的一個點陣曲線圖案,有必要考慮建立一個新的字符密碼庫,由數(shù)字控制器對芯片進行編程控制工作量,控制芯片資源耗時消耗多,成本也很高。當不正常使用時受靜電源的干擾,就相對容易修改和保護,就不會將芯片燒壞。方案二數(shù)碼字顯示。是傳統(tǒng)的顯示方式，它具有低功耗，壽命長，穩(wěn)定性好，抗干擾能力強等特點;要求低到外部環(huán)境可以容易地保持;而其相對較高的精度，準確，可靠，易于編程。數(shù)字編碼的BCD數(shù)字顯示更少的資源消耗。表2-4顯示程序在這個系統(tǒng)中，采用方案一。2.5.4存儲模塊器件選擇Esp8266存儲模塊可以來儲存密碼。esp8266有256個8字節(jié)位，其中的先進技術也對裝置的電力消耗有效的減少了。Esp82668中一個具有寫保護功能的能實現(xiàn)不丟失掉電數(shù)據(jù)功能的字節(jié)寫緩沖器是通過IC總線接口來進行操作的，所以在單片機上得到廣泛應用。在圖2.5中示出的引腳。圖2.5Esp8266引腳圖2.5.5ESP8266模塊esp8266是可以實現(xiàn)遠程控制的無線串口模塊。它的串口都可以得到數(shù)據(jù)，也都可以輸出數(shù)據(jù)。當從wifi得到，那就從串口輸出；當從串口得到，就從wifi輸出。圖2.6esp8266模塊esp8266根據(jù)將模塊的不同使用方式分成了三種不同的模式：串口無線WIFI模式在此模式中,可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳,通過將模塊作為無線熱點,其他設備與模塊相連。在進行數(shù)據(jù)傳輸時,按照使用的場景不同,在這種模式下有三個子模式:TCP服務器、CP客戶端、UDP。串口無線STA模式在此模式中實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換互傳是將模塊作為無STA，讓其他設備連接到無線網(wǎng)絡，由此實現(xiàn)數(shù)據(jù)互傳。在此過程中，不同的應用場景有不同的模式，分別有以下三個:tcp服務器、cp客戶端、UDP。串口無線AP+STA模式是常泛指在一個串口無線系統(tǒng)網(wǎng)絡中的一種ap+sta(com-ap+sta)無線網(wǎng)絡模式。該機在數(shù)據(jù)雙向傳輸轉(zhuǎn)換模式下,實現(xiàn)了有線電纜數(shù)據(jù)的多個模塊雙向轉(zhuǎn)換也稱為無線數(shù)據(jù)互傳,模塊在傳輸過程中主要有兩種不同用處,既是無線也有wifiap,也是無線STA表2-4esp8266三種模式串口無線實現(xiàn)的三個模式：sta模式一臺移動設備或計算機通過esp8266與路由器組成的無線互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對設備進行遠程監(jiān)視。ap模式一臺移動手機或計算器直接和esp8266作為無線模塊進行連接。STA+A模式這種模式是兩種都能實現(xiàn)，既可以實現(xiàn)設備遠程控制也可以實現(xiàn)無線局域網(wǎng)控制。表2-5串口無線實現(xiàn)的三種模式esp8266有幾種不同的應用程序,適合各種水平的研究開發(fā)人員 圖2.7串口調(diào)試界面arduino的開發(fā)環(huán)境：通過使用Arduinoide軟件，就可以編程了,在arduinoide的環(huán)境下通過使用arduino的開發(fā)模塊方式完成開發(fā)。通過端口與開發(fā)板連接，燒寫程序。這種編程環(huán)境通常接觸過的都比較熟悉，普遍被大眾接受，容易理解以及相關資料及內(nèi)容很多，因此推薦使用這種方式。 圖2.8ArduinoIDE界面 第3章軟件設計3.1主程序模塊化編程過程中，首先檢測出的鍵，當按下一個鍵時，相應的功能被執(zhí)行;當沒有按下按鈕，;當進入輸入密碼的是否正確的判斷，密碼正確，打開門，如果你輸入了錯誤的密碼將進入輸入錯誤的數(shù)字的測試程序；當進入網(wǎng)站，執(zhí)行相應程序。從圖中圖3.1所示的整個過程。 開始開始按鍵檢測按鍵檢測密碼設置子程序密碼設置子程序是否重設密碼是否重設密碼 是 訪問esp8266創(chuàng)建的網(wǎng)站 否訪問esp8266創(chuàng)建的網(wǎng)站輸入密碼輸入密碼錯誤次數(shù)檢驗 錯誤次數(shù)檢驗 開門密碼是否正確開門密碼是否正確 否關門關門 舵機轉(zhuǎn)動 是 舵機轉(zhuǎn)動 結束結束 圖3.1主程序流程圖 3.2密碼設置子程序如果剛剛進入系統(tǒng),第一步,先在重新輸入舊的密碼,如果你沒有正確地重新輸入正確的密碼,第二步,按下密碼設置快捷鍵,然后就系統(tǒng)會自動進入一個新的密碼進行輸入管理界面,第三步,輸入一個新的密碼并將其重新保存。如果你輸入舊密碼不正確,檢查程序錯誤。如圖3.2所示程序流程圖。錯誤檢驗次數(shù)返回主程序輸入新密碼密碼是否正確輸入舊密碼開始錯誤檢驗次數(shù)返回主程序輸入新密碼密碼是否正確輸入舊密碼開始 否 是 圖3.2密碼設置流程圖3.3錯誤次數(shù)檢驗開始輸入的密碼錯誤的次數(shù)已經(jīng)到達三次,oled的顯示屏上會出現(xiàn)警告,如果前者沒有做到正確的密碼輸入錯誤三次,錯誤的次數(shù)被清0,如圖3.3所示的過程流程圖是

開始錯誤次數(shù)清0Right-flag=1？錯誤次數(shù)清0Right-flag=1？是錯誤次數(shù)加1 錯誤次數(shù)加1錯誤次數(shù)為3 否錯誤次數(shù)為3返回密碼輸入界面屏幕顯示警告 是返回密碼輸入界面屏幕顯示警告 否 圖3.3錯誤次數(shù)檢驗流程圖 3.4程序編寫環(huán)境代碼在Arduinoide軟件1.8.5版本里用C語言編寫，首先要完成Arduinoide軟件所需要的一些配置，讓Arduinoide支持WIFI芯片的開發(fā)，在附加開發(fā)板管理器里網(wǎng)址里輸入Esp8266的網(wǎng)站，再將Esp8266開發(fā)板安裝在ide里面，選擇GenericEsp8266Module開發(fā)板，接下來就將開發(fā)板連接到本地wifi。首先導入Esp8266庫，創(chuàng)建服務器使令監(jiān)聽端口。將端口COM4與Esp8266無線模塊連接，將對應的串口互相連接，編寫程序，讓無線模塊連接上手機熱點或者電腦網(wǎng)絡，通過瀏覽器訪問ip地址，開發(fā)板連接到本地wifi時會創(chuàng)建一個web服務器，開發(fā)板會返回相應的界面，實現(xiàn)遠程控制。編程頁面如圖3.4所示： 圖3.4程序編寫頁面本地wifi的用戶名和密碼：#defineSTASSID"HUAWEInova3i"#defineSTAPSK"5555566666"constchar*ssid=STASSID;constchar*password=STAPSK;setup函數(shù)連接到本地wifi：連接成功會看到開發(fā)板獲取到的ip地址。voidsetup(void){pinMode(D4,OUTPUT);digitalWrite(D4,0);Serial.begin(115200);WiFi.mode(WIFI_STA);WiFi.begin(ssid,password);Serial.println("");}第4章電路調(diào)試方法與結果說明4.1電路調(diào)試調(diào)試在軟件方面是最重要的，不同的按鍵在不同的接口有不同的功能，因此，使用不同的標志來操控按鈕的。顯示和等待時間問題的調(diào)試，亮度和時間延遲相關聯(lián)的數(shù)字控制，需要運行時間主程序，改變數(shù)字延遲的動態(tài)顯示，則led顯示達到最佳。無線連接調(diào)試，可以讓無線模塊連接上其他無線熱點的方法是修改本地wifi用戶名和密碼，修改代碼程序。4.2結果顯示上電后，ESP8266無線模塊連接到網(wǎng)絡，此時訪問ESP8266所在的頁面，就會有兩個按鈕，一個開門一個關門，然后就可以通過手機或電腦遠程控制開關門，實物圖如圖4.1所示。圖4.1訪問結果物圖第5章結論在開發(fā)智能門禁系統(tǒng)設計的過程中，我深刻認識到整個軟件開發(fā)過程中分析人們的需是非常重要的。同時也明白了大學課堂上基礎知識的重要和必要性。所以在設計出自己的系統(tǒng)的時候只有理論是不能滿足需求的，只有理論知識和實踐一起學習，并得出結論認為，要想真正了解真實的戰(zhàn)爭實踐相結合的不夠，所以要提高自己的能力和獨立思維和邏輯思維能力，程序編寫能力，電路搭建能力，維護及修改能力，在此