智能门禁系统是一种应用物联网技术的智能化安防系统，提供安全高效的门禁管理和远程监控功能。传统的门禁系统通常使用磁卡、密码或钥匙等方式进行开锁，但存在易丢失、易复制、操作繁琐等问题。为了解决这些问题，并提高门禁安全性和便捷性，这里介绍了一款基于STM32F103和华为云IOT的智能门禁系统的设计方案。

系统的核心控制器采用了STM32F103单片机，具有丰富的外设接口和强大的处理能力，能够实现对门禁设备的精确控制和数据处理。为了提供多种开锁方式，选择了RFID-RC522读写模块和4x4电容矩阵键盘作为输入设备，用户可以通过刷卡或输入密码来开启门禁。采用了28BYJ-48步进电机作为门锁控制装置，能够实现对门锁的精确控制。

为了方便用户与门禁系统进行交互，使用了SPI接口的0.96寸OLED显示屏和蜂鸣器，可以显示门锁状态信息和人机交互提示音。此外，为了实现远程控制和消息推送功能，选择了ESP8266 WiFi模块连接华为云物联网平台，用户可以通过手机APP实现远程开锁，并且可以随时监控门锁状态。当门锁打开或关闭成功时，手机APP会收到通知提醒，以增加用户的使用安全性和便捷性。

通过将STM32F103和华为云IOT相结合，可以实现智能门禁系统在数据传输、远程控制和消息推送等方面的高效、稳定和安全性能。该系统不仅提供了多种开锁方式和人机交互功能，还具备远程监控和消息提醒的智能化特点，适用于住宅小区、学校、企事业单位等场所的门禁管理需求。

在智能门禁系统的硬件选型中，选择了以下模块：

【1】主控制器：STM32F103单片机。它是一款高性能、低功耗的ARM Cortex-M3内核微控制器，具有丰富的外设接口和强大的计算和控制能力，非常适合用于门禁系统的控制和数据处理。

【2】RFID读写模块：RFID-RC522。这个模块基于13.56MHz的射频识别技术，可以实现对RFID卡片的读写操作，通过刷卡方式进行门禁的开启和关闭。

【3】门锁控制：28BYJ-48步进电机。该步进电机结构简单、体积小巧，能够实现对门锁的准确控制，提供开启和关闭门锁的功能。

【4】密码输入设备：4x4电容矩阵键盘。这种键盘采用电容触摸技术，具有防水、灵敏度高的特点，用户可以通过输入密码来开启门禁。

【5】显示屏：SPI接口的0.96寸OLED显示屏。该显示屏具有高亮度、高对比度和低功耗的特点，可以显示门锁状态信息和人机交互提示。

【6】网络连接模块：ESP8266-WIFI。这个模块支持WiFi通信标准，能够实现与华为云物联网平台的连接，实现远程控制和消息推送功能。

【7】门状态检测：红外磁感应模块。通过红外磁感应技术，可以检测门是否打开或关闭，提供准确的门状态信息。

选择的这些硬件可以满足智能门禁系统的各项功能需求。主控制器STM32F103为整个系统提供了稳定可靠的控制和处理能力，RFID读写模块和密码键盘提供了多种开锁方式，步进电机实现了精确的门锁控制，显示屏和蜂鸣器提供了人机交互功能，ESP8266-WIFI模块连接华为云实现了远程控制和消息推送，红外磁感应模块检测门状态，使得整个智能门禁系统更加智能、安全和便捷。

智能门禁系统的设计思路：

【1】硬件连接与集成：各个硬件组件（如主控制器、RFID读写模块、步进电机等）需要进行正确的连接和接口配置。通过连接线将各个硬件模块与主控制器相连，并设置正确的引脚连接和寄存器配置，以确保它们能够正常工作并实现相应的功能。

【2】数据采集与处理：系统通过RFID读写模块读取用户刷卡信息或通过电容矩阵键盘获取用户输入的密码信息。主控制器接收到这些数据后，进行相应的数据处理，例如验证刷卡信息或密码是否正确。如果验证通过，则进行下一步的门禁控制流程。

【3】门锁控制与状态检测：主控制器通过控制步进电机来实现门锁的精确控制。当用户验证成功后，主控制器发送指令给步进电机，使其旋转相应的步数，从而打开或关闭门锁。同时，主控制器还使用红外磁感应模块来检测门的状态，以确保门锁的准确控制。

【4】用户界面与人机交互：系统配备了0.96寸OLED显示屏和蜂鸣器，通过显示屏可以向用户展示门锁的状态信息和相关提示，如开锁成功、密码错误等。蜂鸣器则可以发出不同的提示音，提供与用户的交互反馈。

【5】远程控制与消息推送：通过ESP8266-WIFI模块与华为云物联网平台连接，使得用户可以通过手机APP进行远程开锁操作。用户在手机APP上输入开锁指令后，APP会将指令发送到华为云平台，再由云平台将指令传输给物联网设备（智能门禁系统）。主控制器接收到开锁指令后，执行相应的控制动作，并将结果通过云平台发送回手机APP，实现远程控制和消息推送功能。

整个系统的设计思路是将各个硬件组件协调配合，通过主控制器进行数据处理和门锁控制，并提供人机交互界面和远程控制功能，以实现智能门禁系统的安全、高效和便捷的门禁管理和远程监控。

华为云官网: https://www.huaweicloud.com/

打开官网，搜索物联网，就能快速找到 设备接入IoTDA。

华为云物联网平台（IoT 设备接入云服务）提供海量设备的接入和管理能力，将物理设备联接到云，支撑设备数据采集上云和云端下发命令给设备进行远程控制，配合华为云其他产品，帮助我们快速构筑物联网解决方案。

使用物联网平台构建一个完整的物联网解决方案主要包括3部分：物联网平台、业务应用和设备。

物联网平台作为连接业务应用和设备的中间层，屏蔽了各种复杂的设备接口，实现设备的快速接入；同时提供强大的开放能力，支撑行业用户构建各种物联网解决方案。

设备可以通过固网、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多种网络接入物联网平台，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS协议将业务数据上报到平台，平台也可以将控制命令下发给设备。

业务应用通过调用物联网平台提供的API，实现设备数据采集、命令下发、设备管理等业务场景。

地址： https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

点击总览，查看接入信息。 我们当前设备准备采用MQTT协议接入华为云平台，这里可以看到MQTT协议的地址和端口号等信息。

总结:

根据域名地址得到IP地址信息:

MQTT协议接入端口号有两个，1883是非加密端口，8883是证书加密端口，单片机无法加载证书，所以使用1883端口比较合适。 接下来的ESP8266就采用1883端口连接华为云物联网平台。

点击产品页，再点击左上角创建产品。

根据自己产品名字填写。

产品创建完成之后，点击进入产品详情页面，翻到最下面可以看到模型定义。

这个模型就是定义自己设备接下来需要向服务器上传那些数据类型。根据自己的数据类型进行编写。

先点击自定义模型。

再创建一个服务ID。

接着点击新增属性。

产品是属于上层的抽象模型，接下来在产品模型下添加实际的设备。添加的设备最终需要与真实的设备关联在一起，完成数据交互。

创建完毕之后，点击保存并关闭，得到创建的设备密匙信息。该信息在后续生成MQTT三元组的时候需要使用。

可以点击设备进入到设备详情页面。

当前的设备是采用MQTT协议与华为云平台进行通信。

MQTT是一个物联网传输协议，它被设计用于轻量级的发布/订阅式消息传输，旨在为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网设备提供可靠的网络服务。MQTT是专门针对物联网开发的轻量级传输协议。MQTT协议针对低带宽网络，低计算能力的设备，做了特殊的优化，使得其能适应各种物联网应用场景。目前MQTT拥有各种平台和设备上的客户端，已经形成了初步的生态系统。

MQTT是一种消息队列协议，使用发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合，相对于其他协议，开发更简单；MQTT协议是工作在TCP/IP协议上；由TCP/IP协议提供稳定的网络连接；所以，只要具备TCP协议栈的网络设备都可以使用MQTT协议。 本次设备采用的ESP8266就具备TCP协议栈，能够建立TCP连接，所以，配合STM32代码里封装的MQTT协议，就可以与华为云平台完成通信。

华为云的MQTT协议接入帮助文档在这里: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

业务流程：

帮助文档地址：https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

对于设备而言，一般会订阅平台下发消息给设备 这个主题。

设备想接收平台下发的消息，就需要订阅平台下发消息给设备 的主题，订阅后，平台下发消息给设备，设备就会收到消息。

如果设备想要知道平台下发的消息，需要订阅上面图片里标注的主题。

对于设备来说，主题发布表示向云平台上传数据，将最新的传感器数据，设备状态上传到云平台。

这个操作称为：属性上报。

帮助文档地址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_06_v5_3010.html

根据帮助文档的介绍， 当前设备发布主题，上报属性的格式总结如下：

MQTT协议登录需要填用户ID，设备ID，设备密码等信息，就像我们平时登录QQ，微信一样要输入账号密码才能登录。MQTT协议登录的这3个参数，一般称为MQTT三元组。

接下来介绍，华为云平台的MQTT三元组参数如何得到。

要登录MQTT服务器，首先记得先知道服务器的地址是多少，端口是多少。

帮助文档地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

MQTT协议的端口支持1883和8883，它们的区别是：8883 是加密端口更加安全。但是单片机上使用比较困难，所以当前的设备是采用1883端口进连接的。

根据上面的域名和端口号，得到下面的IP地址和端口号信息： 如果设备支持填写域名可以直接填域名，不支持就直接填写IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

注意！！！！ 具体要看这里：

华为云提供了一个在线工具，用来生成MQTT鉴权三元组： https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打开这个工具，填入设备的信息（也就是刚才创建完设备之后保存的信息），点击生成，就可以得到MQTT的登录信息了。

下面是打开的页面：

填入设备的信息： （上面两行就是设备创建完成之后保存得到的）

得到三元组之后，设备端通过MQTT协议登录鉴权的时候，填入参数即可。

经过上面的步骤介绍，已经创建了产品，设备，数据模型，得到MQTT登录信息。 接下来就用MQTT客户端软件模拟真实的设备来登录平台。测试与服务器通信是否正常。

打开MQTT客户端软件，对号填入相关信息（就是上面的文本介绍）。然后，点击登录，订阅主题，发布主题。

完成上面的操作之后，打开华为云网页后台，可以看到设备已经在线了。

点击详情页面，可以看到上传的数据。

到此，云平台的部署已经完成，设备已经可以正常上传数据了。

帮助文档：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0079.html

设备影子介绍：

简单来说：设备影子就是保存，设备最新上传的一次数据。

我们设计的软件里，如果想要获取设备的最新状态信息，就采用设备影子接口。

如果对接口不熟悉，可以先进行在线调试：https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ShowDeviceShadow

在线调试接口，可以请求影子接口，了解请求，与返回的数据格式。

设备影子接口返回的数据如下：

地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html

接口说明

修改设备属性的接口，可以让服务器给设备下发指令，如果需要控制设备。

在线调试地址：

https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=UpdateProperties

修改设备属性是属于同步命令，需要设备在线才可以进行调试，先使用MQTT客户端登录服务器，模拟设备上线。

然后进行调试，测试数据远程下发给设备。

【1】利用MQTT客户端先登录设备 (这是同步命令，必须在线才能调试)

【2】点击调试

【4】可以看到，MQTT客户端软件上已经收到了服务器下发的消息

由于是同步命令，服务器必须要收到设备的响应才能顺利完成一个流程，设备响应了服务器才能确定数据下发成功。

ESP8266-WIFI是一款由乐鑫科技开发的低成本Wi-Fi芯片，可与其他微控制器或单片机配合使用，实现无线通讯功能。该芯片集成了一个高性能的32位Tensilica L106 RISC处理器，以及一组内置的WIFI模块和电源管理模块，能够在低功耗下提供稳定的无线网络连接。

以下是ESP8266与MQTT协议相关常用的AT指令介绍：

【1】AT+CIPSTART：建立TCP连接。

在使用MQTT协议时，需要先建立TCP连接。AT+CIPSTART可以实现与MQTT服务器的TCP连接，格式如下：

【2】AT+CIPSEND：发送数据。

在建立TCP连接之后，可以使用AT+CIPSEND发送数据，包括MQTT协议的各种命令。格式如下：

其中，表示数据长度，表示MQTT协议的命令，例如CONNECT、PUBLISH、SUBSCRIBE等。

【3】AT+CIPCLOSE：关闭TCP连接。在使用完MQTT协议之后，可以使用AT+CIPCLOSE关闭TCP连接，格式如下：

【4】AT+CIPSTATUS：查询TCP连接状态。使用AT+CIPSTATUS可以查询当前TCP连接的状态，格式如下：

返回值包括：STATUS、TCP连接状态；LINK ID、TCP连接ID；IP、TCP连接的IP地址；PORT、TCP连接端口号。

【5】AT+MQTTCONN：连接MQTT服务器。使用AT+MQTTCONN可以连接MQTT服务器，格式如下：

其中，表示客户端ID；表示用户名；表示密码；表示心跳包间隔时间；表示清除会话标志；表示遗言主题；表示遗言消息；表示遗言QoS等级；表示遗言消息是否保留。

【6】AT+MQTTPUB：发布消息。使用AT+MQTTPUB可以发布MQTT消息，格式如下：

其中，表示MQTT主题；表示消息负载；表示消息QoS等级；表示消息是否保留。

【7】AT+MQTTSUB：订阅主题。使用AT+MQTTSUB可以订阅MQTT主题，格式如下：

其中，表示MQTT主题；表示消息QoS等级。

以下是STM32F103+ESP8266通过MQTT协议登录MQTT物联网服务器，实现主题订阅、发布的示例代码，其中利用了ESP8266-WIFI的AT指令实现与MQTT服务器的通信。

需要在STM32F103上配置UART串口，以实现与ESP8266的通信。在STM32F103上编写AT指令的发送和接收函数，将其集成到工程中。

代码如下：

代码实现了连接MQTT服务器、订阅主题、发布消息等功能。

以下是使用STM32F103ZET6控制0.96寸SPI接口的OLED显示屏的代码：