摘要：为了处理现在门禁体系存在的本钱高、功耗高和装置杂乱等问题，本文提出一种依据STC15单片机和nRF2401的低功耗无线门禁体系，体系由门禁履行终端和门禁主控终端组成。经测验证明，该体系具有装置简略、保护便利、本钱低一级优势。
导言
门禁体系是一种用来保护人民群众工业安全和人身安全的现代化安防手法。跟着社会的开展和科学技能的前进，门禁体系从机械锁具开展到电子门禁，从独自的门禁体系开展到报警一体化，从单个门禁操控开展到网络互连。现在市场上仍是首要以有线门禁体系为主，但依据市场需求分析和远景猜测，无线门禁体系无疑更适用于要求日益进步的安防工业。比较有线门禁体系，无线门禁体系具有装置简略、保护便利和本钱低一级特色。
本文研讨规划的依据STC15单片机和nRF2401的无线门禁体系，经过人脸辨认上位机体系，能够实时检测和辨认来访者身份。若数据库中包含来访者信息，则门禁履行终端翻开门锁，并在LCD显现来访者信息;不然，报警器报警。
1 无线门禁体系全体规划
体系结构首要由PC端软件体系、门禁主控终端和门禁履行终端组成，体系全体结构如图1所示。PC端上位机软件首要担任辨认来访者身份信息，并将信息转换成对应的数据帧格局，经过串口发送给门禁主控终端。门禁主控终端首要担任数据加密、射频模块的初始化和信息的发送。门禁履行终端首要担任数据解密，并依据解密出来的信息来履行相应的操作，然后到达操控门禁体系的效果。
2 体系硬件规划
2.1 STC15L2K61S2简介
STC15L2K61S2是STC公司出产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是高速/高牢靠/低功耗/超强搅扰的新一代8051单片机，选用第8代加密技能，加密性强，而且指令代码彻底兼容传统的8051单片机，但速度又比传统的8051单片机快8～12倍。STC15系列单片机内部集成高精度R/C时钟，可装备时钟的规模5～35 MHz，一起STC15系列单片机内部集成了高牢靠复位电路，因而STC15L2K61S2最小体系不需求外部晶振和时钟电路。
STC15L2K61S2具有3路CCP/PWM/PCA，8路10位高速A/D转换器，内置2K大容量SRAM，2组超高速异步串行通讯端口和1组高速同步串行通讯端口SPI，而且关于5TC15L2K61S2这款单片机来说，它的供电电压只需求3.3V，因而它的功耗比较传统的8051单片机要低许多。
2.2 电源模块
nRF2401的作业电压是在1.9～3.6 V之间，单片机的供电电压是3.3 V。为了让nRF2401正常安稳作业，有必要给nRF2401接一个直流电源模块。经测验nRF2401在3.3 V时作业比较安稳，而且STC15L2K61S2单片机的供电电压也为3.3 V。体系选用USB供电，电压约为5 V，因而需求将5 V电压转换成3.3 V电压。电源模块选用线性稳压电源LM317组成模仿电源，经过调理滑动变阻器，来使输出电压为3.3 V，3.3 V电源模块原理图如图2所示。
2.3 nRF2401射频模块接口电路规划
nRF2401是由Nordic公司出品的单芯片无线收发芯片，作业于2.4～2.5 GHz的全球免请求(ISM)频率。芯片内置地址解码器、先入后出仓库区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器，功率放大器等功能模块，需求很少的外围元件，因而运用起来十分便利。
nRF2401作业形式有4种：收发形式、装备形式、闲暇形式和关机形式。nRF2401的作业形式由PWR_UP、CE、TX_EN三个引脚决议。nRF2401的收发形式有Enhanced ShocKBurstTM收发形式、ShocKBurstTM收发形式和直接纳发形式三种。为了节能，本体系挑选运用Enhanced Shock BurstTM收发形式进行无线传输，nRF2401射频模块与STC15L2K61S2的衔接电路如图3所示。CSN为芯片的片选线，当CSN为低电平时，芯片作业。SCK为芯片操控的时钟线(SPI时钟)。MISO与MOSI为芯片操控数据线。IRQ为中止信号，无线通讯过程中MCU首要是经过IRQ与nRF24L01进行通讯。CE为芯片的形式操控线。在CSN为低的情况下，CE协同nRF24L01的CONFIG寄存器一起决议nRF24L01的状况。
2.4 LCD显现模块接口电路规划
Nokia5110是诺基亚公司出产的一款液晶显现屏，既能够显现字符也能够显现图形，选用低压供电时，正常显现的作业电流在200 μA之下，而且价格便宜。一块带有驱动芯片的Nokia5110模块只需15元，而1602液晶显现屏需求20元，12864液晶显现屏则需求50～70元，而且Nokia5110的接口只要8个引脚包含背光，比较1602和12864来说引脚少了许多，在硬件规划上也愈加便利。Nokia5110的8个引脚别离为RST、CE、D/C、SDIN、SCLK、VCC、BL和GND，其间RST为复位引脚，CE为芯片使能引脚，D/C为形式挑选引脚，SDIN为串行数据线，SCLK为串行时钟，VCC为3.3 V作业电压，BL为背光引脚，GND为电源地，Nokia5110接口电路如图4所示。
2.5 步进电机驱动电路规划
本文选用L298N构成电机驱动电路，L298N是ST公司出产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片选用15引脚封装。首要特色是：作业电压高，最高作业电压可达46V;输出电流大，瞬间峰值电流可达3 A，继续作业电流为2A;额定功率25 W。运用L298N芯片驱动电机，该芯片能够驱动一台两相步进电机或四相步进电机，正好满意本体系的规划需求，步进电机驱动电路如图5所示。
3 体系软件规划
3.1 nRF2401软件规划
nRF24L01数据发送或接纳首要经过SPI接口完结，选用STC15L2K61S2单片机I/O口模仿SPI接口的作业时序，SPI读写时序如图6和图7所示。
完结芯片基本功能后需求对芯片进行初始化，确保发送端和接纳端的地址宽度，信道作业频率，发射和接纳速率以及功率共同，射频初始化函数如下：
3.2 步进电机软件规划
四相步进电机依照通电次序的不同可分为单4拍、双4拍、8拍三种作业方式。单4拍与双4拍的步距角持平，但单4拍的滚动力矩小。8拍作业方式的步距角是单4拍与双4拍的一半。由于8拍作业方式既能够坚持较高的滚动力矩又能够进步操控精度，所以本文选用4相8拍的作业方式。
单4拍、双4拍与8拍作业方式的电源通电时序与波形别离如图8所示。
结语
经过屡次很多试验测验，本文规划的无线门禁体系有较好的实时性和准确性，在有障碍物条件下，数据传输也能满意有用性要求，到达了预期的规划方针。
