基于STM32的智能门锁(UCOSlll)

一、项目概述

本智能门锁系统基于STM32F4系列微控制器设计，整合了多种传感器模块和通信协议，实现了智能化门禁管理、环境监测、安防报警等核心功能。系统采用模块化设计思想，主要功能包括：

1. 身份验证：支持RFID刷卡认证（MFRC522模块）
2. 环境监测：实时采集温湿度（DHT11）、烟雾浓度（ADC）
3. 安防系统：超声波测距（HCSR04）结合光敏电阻实现入侵检测
4. 用户交互：OLED显示屏配合按键实现多级菜单操作
5. 数据存储：AT24C02 EEPROM存储系统参数，W25Q128 Flash记录操作日志
6. 远程通信：蓝牙串口支持手机端控制
7. 报警系统：蜂鸣器报警、LED状态指示、PWM控制门锁电机

二、硬件系统设计

2.1 硬件组成框图

https://img-blog.csdnimg.cn/202109201628533.png

2.2 核心器件选型

模块	型号	通信协议	功能说明
主控芯片	STM32F407ZGT6	-	168MHz主频，1MB Flash
RFID读卡器	MFRC522	SPI	13.56MHz射频识别
环境传感器	DHT11	单总线	温湿度测量
存储模块	AT24C02	I2C	256字节参数存储
显示屏	0.96寸OLED	I2C/SPI	128x64分辨率显示
超声波模块	HC-SR04	GPIO	2cm-4m距离检测
烟雾传感器	MQ-2	ADC	模拟量输出

三、软件系统架构

3.1 操作系统选择

系统采用uC/OS-III实时操作系统，实现多任务管理：

c

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// 任务优先级定义
#define START_TASK_PRIO     3   // 启动任务
#define MAIN_TASK_PRIO      4   // 主控制任务
#define SENSOR_TASK_PRIO    5   // 传感器采集任务// 任务堆栈分配
CPU_STK START_TASK_STK[START_STK_SIZE];
CPU_STK MAIN_TASK_STK[MAIN_STK_SIZE];

3.2 软件模块划分

1. 驱动层：硬件抽象层（HAL）封装

2. 中间件：RTOS系统服务、通信协议栈

应用层

：

• 用户界面管理系统
• 安全认证模块
• 环境监测系统
• 数据存储服务

四、关键模块实现详解

4.1 RFID身份认证模块

硬件连接：

MFRC522 <--> SPI1
CS   -> PA4
SCK  -> PA5
MISO -> PA6
MOSI -> PA7
RST  -> PE3

初始化流程：

c

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void RC522_Init(void)
{SPI1_Init();          // 配置SPI1接口RC522_Reset();        // 硬件复位M500PcdConfigISOType('A'); // 设置ISO 14443A标准RC522_AntennaOn();    // 开启天线
}

刷卡处理逻辑：

c

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uint8_t RFID_Check(void)
{if (PcdRequest(PICC_REQIDL, &TagType) == MI_OK) {if (PcdAnticoll(Uid) == MI_OK) {if (Check_Card(Uid) == TRUE) {BEEP_Alert(1); // 验证成功提示音return 1;}}}return 0;
}

4.2 菜单管理系统

采用状态机模式实现四级菜单结构：

c

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typedef struct {uint8_t currentState;void (*EnterHandler)(void);void (*ExitHandler)(void);MenuItem *items;uint8_t itemCount;
} MenuState;const MenuItem MainMenu[] = {{"System Setup", &SystemSetupMenu},{"View Records", &ShowLogs},{"Lock Control", &LockOperation}
};

按键扫描处理：

c

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uint8_t KEY_Scan(void)
{static uint8_t key_up = 1;if(key_up && (KEY0==0 || KEY1==0 || KEY2==0)){delay_ms(10);key_up = 0;if(KEY0 == 0) return 1;else if(KEY1 == 0) return 2;else if(KEY2 == 0) return 3;} else if(KEY0==1 && KEY1==1 && KEY2==1) key_up = 1;return 0;
}

4.3 环境监测系统

DHT11数据采集：

c

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uint8_t DHT11_ReadData(uint8_t *temp, uint8_t *humi)
{DHT11_IO_OUT();DHT11_DQ_OUT(0);delay_ms(18);DHT11_DQ_OUT(1);delay_us(30);DHT11_IO_IN();if(DHT11_DQ_IN()==0){while(DHT11_DQ_IN()==0); // 等待低电平结束while(DHT11_DQ_IN()==1); // 等待高电平结束// 数据采集过程...return 1;}return 0;
}

烟雾阈值报警：

c

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void Smoke_Check(void)
{uint16_t adc_val = Get_ADC_Value(ADC_CHANNEL_5);if(adc_val > smoke_upperValue){BEEP_Alert(3); // 连续3声报警LED_Alert(RED_LED, BLINK_MODE);Save_EventLog(SMOKE_ALARM);}
}

五、系统配置流程详解

5.1 开发环境搭建

1. 安装Keil MDK-ARM V5
2. 导入STM32F4标准外设库
3. 配置uC/OS-III源码
4. 安装ST-Link驱动

5.2 外设初始化配置

I2C接口配置（OLED & EEPROM）：

c

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void I2C1_Init(void)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct;// 使能时钟RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOB, ENABLE);// 配置PB6-SCL, PB7-SDAGPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);// I2C参数配置I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;I2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;I2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;I2C_InitStruct.I2C_OwnAddress1 = 0x00;I2C_InitStruct.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStruct);I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}

定时器配置（超声波测距）：

c

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void TIM3_Init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);TIM_InitStruct.TIM_Prescaler = psc;TIM_InitStruct.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;TIM_InitStruct.TIM_Period = arr;TIM_InitStruct.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_InitStruct);TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);
}

六、开发经验与问题解决

6.1 常见问题排查

1. RFID读卡不稳定
   • 检查天线线圈焊接质量
   • 调整MFRC562的增益设置
   • 确保SPI时钟不超过10MHz
2. OLED显示花屏
   • 确认初始化序列正确
   • 检查I2C上拉电阻（4.7KΩ）
   • 调整刷新频率避免过载
3. 多任务资源竞争
   • 使用信号量保护共享资源
   • 合理设置任务优先级
   • 避免在中断中执行耗时操作

6.2 性能优化建议

1. 电源管理优化

   c

   Copy

   void Enter_LowPowerMode(void)
   {RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR, ENABLE);PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower, PWR_STOPEntry_WFI);SystemInit(); // 唤醒后重新初始化时钟
   }
   

2. 内存优化策略

   • 使用__attribute__((packed))优化结构体存储
   • 启用编译优化选项-O2
   • 将常量数据存储在FLASH区

七、项目扩展方向

1. 增加指纹识别模块（FPM10A）
2. 接入WiFi模块实现远程控制（ESP8266）
3. 开发手机APP（Android/iOS）
4. 增加人脸识别功能（OpenMV）
5. 支持语音控制（LD3320）

八、效果展示

（此处应补充系统实物图、操作流程图、手机端界面示例）

九、结语

本文详细剖析了基于STM32的智能门锁系统开发全过程，涵盖硬件设计、软件架构、关键模块实现等多个技术要点。通过本项目的实践，开发者可以掌握RTOS应用开发、多传感器融合、低功耗设计等嵌入式系统核心技术。建议读者在实际开发中结合具体需求灵活调整设计方案，并持续关注物联网领域的最新技术发展。