基于STM32F103单片机智能门禁热释人体感应报警设计

1 系统功能介绍

本设计基于 STM32F103C8T6 单片机，通过多种传感器、执行器以及通信模块实现智能门禁和安防报警功能。其主要功能是检测门外人员情况，结合环境光照强度判断是否需要照明，同时结合 GSM 模块在异常情况下发送报警信息，为家庭安全提供保障。整个系统不仅具备基础的门禁迎宾功能，还增加了夜间照明、主人状态设置、门铃提示、逗留报警等智能化特性。

系统整体由以下部分组成：

核心控制电路：以 STM32F103C8T6 单片机为核心，负责对各模块的数据采集与逻辑控制。
人体感应电路：采用热释红外传感器 E18，用于检测是否有人靠近门口。
光照检测电路：通过光敏电阻检测环境光照强度，结合逻辑控制自动开关 LED 灯。
照明模块：由 9 个高亮 LED 灯组成，夜间有人靠近自动点亮，白天或无人时自动关闭。
液晶显示模块：采用 LCD1602 显示系统状态、提示欢迎语、门禁状态等信息。
蜂鸣器电路：作为门铃提示装置和报警提示装置，结合主人状态设置实现不同功能。
拨动开关与按键电路：主人可通过拨动开关设置家庭状态（有人/无人），客人通过按键（门铃）触发提示。
状态指示灯：用于直观显示当前系统处于有人模式还是无人模式。
GSM 通信模块：通过 SIM800A 模块在检测到人员逗留过久时发送报警短信给主人。
电源电路：为系统稳定供电，提供 5V 和 3.3V 电压输出。

整体功能概括如下：

迎宾与照明功能：当热释红外传感器检测到人员靠近，LCD 显示"Welcome to home!"，若为夜间，自动点亮 LED 灯。
门禁状态切换：主人可通过拨动开关选择"有人"或"无人"模式，LCD1602 实时显示对应状态。
门铃提示：当系统处于"有人"模式时，按下门铃，蜂鸣器鸣叫提示；若处于"无人"模式，门铃按下无效。
逗留报警功能：若检测到人员在门口停留超过设定时间，系统通过蜂鸣器报警并向主人手机发送短信提示。
状态指示：通过 LED 指示灯明确显示当前系统模式。

该系统集成了门禁、照明与报警功能，结合 GSM 短信远程报警，具备实用性和智能化特点。

2 系统电路设计

2.1 单片机最小系统电路

STM32F103C8T6 作为核心控制芯片，主要负责：

与传感器通信，获取人体感应与光照数据；
驱动 LCD1602 显示状态；
控制继电器或驱动电路点亮高亮 LED；
控制蜂鸣器进行提示与报警；
与 GSM 模块通信实现短信发送。

其最小系统包括：

晶振电路：采用 8MHz 外部晶振，保证系统稳定运行。
复位电路：上电复位和手动复位功能，保证系统可靠性。
电源电路：单片机工作电压 3.3V，由电源电路转换得到。

2.2 热释红外传感器电路（E18）

工作原理：E18 热释红外传感器能够检测人体红外辐射变化，从而判断是否有人进入监控区域。
功能作用：当检测到人员时，单片机接收到高电平信号，触发 LCD 提示与灯光控制逻辑。
应用逻辑：
- 白天有人：LCD 显示欢迎词，不点亮灯。
- 夜间有人：LCD 显示欢迎词，并点亮 9 个高亮 LED 灯。
- 无人：灯光关闭，LCD 显示默认状态。

2.3 光敏电阻电路

工作原理：光敏电阻阻值随光照强度变化。通过与电阻分压，将电压信号送入 ADC 通道，单片机即可判断环境亮度。
功能作用：用于判断当前是否为夜间环境。若光照低于设定阈值，则认定为夜间，触发照明逻辑。

2.4 高亮 LED 灯照明电路

电路构成：9 个高亮 LED 灯，通常通过 MOSFET 或三极管驱动，以避免单片机直接承受过大电流。
功能作用：为夜间来访人员提供照明，提高安全性与便利性。

2.5 液晶显示模块电路（LCD1602）

接口方式：采用 4 位数据接口模式节省 IO 口资源。
显示内容：
- 人体检测提示：Welcome to home!
- 状态显示：Somebody! 或 Nobody!
- 报警提示：Alarm!
功能作用：直观显示门禁系统当前状态，提升人机交互体验。

2.6 蜂鸣器电路

电路构成：采用有源蜂鸣器，单片机通过 IO 口输出高低电平控制。
功能作用：
- 当处于"有人"模式且有人按下门铃时，发出提示音。
- 当检测到逗留超时，发出报警音。
- 在无人模式时，按下门铃无提示音。

2.7 拨动开关与按键电路

拨动开关：用于设置家庭状态。
- 拨上：LCD 显示 Somebody!，进入有人模式。
- 拨下：LCD 显示 Nobody!，进入无人模式。
按键：模拟门铃功能，当处于有人模式时触发蜂鸣器鸣叫。

2.8 状态指示灯电路

功能作用：直观显示系统状态。
- 有人模式：状态指示灯常亮。
- 无人模式：状态指示灯熄灭。

2.9 GSM 通信模块电路（SIM800A）

功能作用：通过 AT 指令与 STM32F103 通信，当检测到有人逗留超过设定时间，自动发送报警短信。
通信方式：UART 串口通信，波特率设置为 9600bps。
应用场景：增强安防功能，使用户在外也能第一时间获知异常情况。

2.10 电源电路

功能作用：为单片机及外围模块提供稳定电压。
电路构成：采用 AMS1117-3.3 稳压芯片提供 3.3V 电压，继电器、蜂鸣器与 GSM 模块则由 5V 供电。

3 程序设计

3.1 主程序框架

c 复制代码

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd1602.h"
#include "dht11.h"
#include "esp8266.h"
#include "relay.h"
#include "sim800a.h"
#include "led.h"
#include "key.h"

int main(void)
{
    SystemInit();
    LCD_Init();
    LED_Init();
    Key_Init();
    Buzzer_Init();
    GSM_Init();
    Sensor_Init();

    while(1)
    {
        HumanDetect_Task();
        LightControl_Task();
        DoorBell_Task();
        Alarm_Task();
    }
}

主程序完成各模块初始化，并在循环中调用任务函数，实现模块化运行。

3.2 人体感应检测程序

c 复制代码

void HumanDetect_Task(void)
{
    if(E18_Detected())
    {
        LCD_ShowString(0,0,"Welcome to home!");
        if(Light_Level() < THRESHOLD) LED_On();
    }
    else
    {
        LCD_Clear();
        LCD_ShowString(0,0,"Nobody!");
        LED_Off();
    }
}

通过红外传感器检测是否有人，并结合光照强度自动开灯或关灯。

3.3 门禁状态设定程序

c 复制代码

void Mode_Set(void)
{
    if(SWITCH_STATE == 1)
    {
        LCD_ShowString(1,0,"Somebody!");
        MODE = 1;
        StatusLED_On();
    }
    else
    {
        LCD_ShowString(1,0,"Nobody!");
        MODE = 0;
        StatusLED_Off();
    }
}

通过拨动开关切换家庭状态，LCD 显示相应内容。

3.4 门铃控制程序

c 复制代码

void DoorBell_Task(void)
{
    if(MODE == 1 && KEY_Pressed())
    {
        Buzzer_On();
        Delay_ms(500);
        Buzzer_Off();
    }
}

仅在"有人"模式下，按下门铃才有提示音。

3.5 逗留报警程序

c 复制代码

int stay_time = 0;

void Alarm_Task(void)
{
    if(E18_Detected())
    {
        stay_time++;
        if(stay_time > STAY_LIMIT)
        {
            Buzzer_On();
            GSM_SendSMS("Alarm! Someone stays too long at the door!");
        }
    }
    else
    {
        stay_time = 0;
        Buzzer_Off();
    }
}

当检测到人员停留超过设定阈值时间，触发蜂鸣器报警并通过 GSM 发送短信。

3.6 GSM 短信发送程序

c 复制代码

void GSM_SendSMS(char *msg)
{
    USART_SendString("AT+CMGF=1\r\n");    // 设置短信为文本模式
    Delay_ms(100);
    USART_SendString("AT+CMGS=\"+8613812345678\"\r\n"); // 目标手机号
    Delay_ms(100);
    USART_SendString(msg);
    USART_SendData(0x1A);  // 发送Ctrl+Z结束
}

利用 SIM800A 模块，通过 AT 指令实现短信发送。

4 总结

本设计基于 STM32F103 单片机，实现了一个功能完备的智能门禁系统。其特点包括：

人体感应与迎宾功能：通过热释红外传感器检测人员靠近，并通过 LCD 显示欢迎信息。
智能照明控制：结合光敏电阻实现夜间自动照明，提高便利性。
门禁状态切换：通过拨动开关区分"有人/无人"模式，提升系统灵活性。
智能门铃提示：仅在有人模式下生效，避免无效干扰。
逗留报警功能：检测到门外人员逗留过久时，蜂鸣器报警并通过 GSM 模块发送短信。
状态直观：通过 LCD 和 LED 指示灯实时显示系统运行状态。
可靠性与扩展性：采用模块化设计，便于后续功能扩展，如增加人脸识别、摄像头监控等。

该系统集成了安防、照明、门禁三大功能，为家庭安全提供了一个实用、低成本且可扩展的解决方案。