STM32项目设计：基于stm32f4的智能门锁

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STMCU小助手发布时间：2022-8-15 19:57

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文章简介:	STM32项目设计：基于stm32f4的智能门锁

一、项目背景
在消费升级渗透在各个领域的今天，国民消费发生着巨大的变化，与每个人息息相关的家居行业也是如此。现今，越来越多的智能家居产品出现在普通老百姓的生活中，智能照明、智能窗帘、智能扫地机器人等各种智能产品都给人们的生活带来了极大的便利。智能门锁作为智能家居中重要的一环，也成为消费者家居智能化的重要选择。智能相比市面的机械门锁更加安全、更智能、更人性化而得到市场的认可，在智能门锁行业里，不少世界500强企业也在智能门锁上进行产品布局，像中国小米公司就生产智能门锁，致力打造智慧家庭，市场智能门锁能够支持五种解锁方式，支持指纹、手机、门禁门、按键密码、钥匙解锁功能。可以说是智能家庭必不可少的成员。

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二、项目功能要求
1、可通过指纹模块增删查改家庭成员的指纹信息，增删查改是否成功的相关信息显示在OLED屏幕上
2、在指纹匹配过程中，如果采集的指纹与指纹模块库相匹配，OLED显示匹配成功，并转动步进电机一圈
3、可通过按键设定智能门锁密码，密码可设置为两个（密码六位），如果匹配两个中的一个成功，即可开锁，也可通过按键修改密码，所有的操作过程显示于OLED中
4、实现RFID与手机解锁（蓝牙解锁）
5、扩展：虚位密码解锁（虚位密码：自己百度）

项目所用到的主要技术：
1、IIC协议、SPI协议、串口协议
2、外部flash驱动、SD卡驱动
3、FTAFS文件系统
4、RTC实时时钟

三、元件准备
1、步进电机(带驱动模块)
型号：28BYJ4+ULN2003

2、4X4矩阵按键

3、指纹模块AS608（串口控制）

4、0.96寸OLED显示屏（IIC）
型号：7针

$MF3N86_UCB`5(1~0$K{THYJ.png$

5、蓝牙模块HC-05

R(XAFOM63WB{J[HMWL1N~XV.png

6、主控芯片STM32F407ZGT6
型号：普中最小系统板

1@W5_5G5@}Y)RAD(`0CFD~K.png

7、RFID RC522 射频模块（带一张卡片）

$C{]X1_Q53]IALFCN[YC$ZEH.png$

8、杜邦线

四、项目设计
（一）原理图设计

~(PND}ZH68[T_TG}7TE41GW.png

$ZA(9UI@$QLAX1_{0]3OX$PJ.png$

GF3P7SIX{0}E%HX@4MFOTSP.png

（二）硬件设计
根据原理图连接好硬件电路

(%OM_R9PH@35LP]Y89~~9U7.png

（三）程序设计
由于代码过长只展示部分代码：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "sram.h"
#include "malloc.h"
#include "sdio_sdcard.h"
#include "malloc.h"
#include "w25qxx.h"
#include "ff.h"
#include "exfuns.h"
#include "fontupd.h"
#include "text.h"
#include "oled.h"
#include "beep.h"
#include "button4_4.h"
#include "AS608.h"
#include "walkmotor.h"
#include "usart2.h"
#include "rtc.h"
#include "MFRC522.h"
#include "usart3.h"
#include "stmflash.h"
#define usart2_baund 57600//串口2波特率，根据指纹模块波特率更改
//要写入到STM32 FLASH的字符串数组
const u8 TEXT_Buffer[]={0x17,0x23,0x6f,0x60,0,0};
#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_Buffer) //数组长度
#define SIZE TEXT_LENTH/4+((TEXT_LENTH%4)?1:0)
#define FLASH_SAVE_ADDR 0X0802C124 //设置FLASH 保存地址(必须为偶数，且所在扇区,要大于本代码所占用到的扇区.
//否则,写操作的时候,可能会导致擦除整个扇区,从而引起部分程序丢失.引起死机.
SysPara AS608Para;//指纹模块AS608参数
u16 ValidN;//模块内有效指纹个数
u8** kbd_tbl;
void Display_Data(void);//显示时间
void Add_FR(void); //录指纹
void Del_FR(void); //删除指纹
int press_FR(void);//刷指纹
void ShowErrMessage(u8 ensure);//显示确认码错误信息
int password(void);//密码锁
void SetPassworld(void);//修改密码
void starting(void);//开机界面信息
u8 MFRC522_lock(void);//刷卡解锁
u8 Add_Rfid(void); //录入
void Set_Time(void);
void Massige(void);
u8 Pwd[7]=" "; //解锁密码1
u8 Pwd2[7]=" "; //解锁密码2
u8 cardid[6]={0,0,0,0,0,0}; //卡号1
int Error; //密码验证信息
//数字的ASCII码
uc8 numberascii[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};
//显示缓冲区
u8 dispnumber5buf[6];
u8 dispnumber3buf[4];
u8 dispnumber2buf[3];
//MFRC522数据区
u8 mfrc552pidbuf[18];
u8 card_pydebuf[2];
u8 card_numberbuf[5];
u8 card_key0Abuf[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
u8 card_writebuf[16]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
u8 card_readbuf[18];
//SM05-S数据区
u8 sm05cmdbuf[15]={14,128,0,22,5,0,0,0,4,1,157,16,0,0,21};
//extern声明变量已在外部的C文件里定义，可以在主文件中使用
extern u8 sm05receivebuf[16]; //在中断C文件里定义
extern u8 sm05_OK; //在中断C文件里定义
u8 * week[7]={"Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat","Sun"};
u8 * setup[7]={"1、录入指纹","2、删除指纹","3、修改密码","4、修改时间","5、录入卡片","6、查看信息"};
int main(void)
{
u16 set=0;
int key_num;
int time1;
int time2; //锁屏时间
char arrow=0; //箭头位子
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
My_RTC_Init(); //初始化RTC
RTC_Set_WakeUp(RTC_WakeUpClock_CK_SPRE_16bits,0); //配置WAKE UP中断,1秒钟中断一次
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口1波特率为115200，用于支持USMART
uart3_init(9600);// 蓝牙初始化
usart2_init(usart2_baund);//初始化串口2,用于与指纹模块通讯
PS_StaGPIO_Init(); //初始化FR读状态引脚
LED_Init(); //初始化LED
// BEEP_Init(); //beep初始化
Button4_4_Init();//矩阵按键初始化
OLED_Init(); //oled初始化
W25QXX_Init(); //初始化W25Q128
Walkmotor_Init(); //步进电机初始化
my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池
my_mem_init(SRAMCCM); //初始化CCM内存池
exfuns_init(); //为fatfs相关变量申请内存
f_mount(fs[0],"0:",1); //挂载SD卡
f_mount(fs[1],"1:",1); //挂载FLASH.
starting();//开机信息 logo
STMFLASH_Read(0X08020004,(u32*)Pwd,2); //读取密码1
STMFLASH_Read(0X08090004,(u32*)Pwd2,2); //读取密码2
STMFLASH_Read(0X080f0004,(u32*)cardid,1); //读取卡号1
while(1)
{
//锁屏界面
MAIN:
OLED_Show_Font(56,48,0);//显示锁图标
while(1)
{
time1++;
if((time1%200)==0)//时间显示：每50ms更新一次显示数据
{
Display_Data();
}
if((time1%1000)==0)//每200ms检测一次卡片，蓝牙数据
{
//MFRC522解锁
MFRC522_Initializtion();
Error=MFRC522_lock();
if(Error==0)goto MENU;
else
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
//手机蓝牙解锁密码1
Error=usart3_cherk((char*)Pwd);
if(Error==0){
OLED_Clear();
Show_Str(20,10,128,24,"解锁中...",24,0);
Walkmotor_ON();
Show_Str(20,10,128,24,"已解锁！",24,0);
goto MENU;
}
else
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
//手机蓝牙解锁密码2
Error=usart3_cherk((char*)Pwd2);
if(Error==0){
OLED_Clear();
Show_Str(20,10,128,24,"解锁中...",24,0);
Walkmotor_ON();
Show_Str(20,10,128,24,"已解锁！",24,0);
goto MENU;
}
else
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
}
//指纹解锁
if(PS_Sta) //检测PS_Sta状态，如果有手指按下
{
while(PS_Sta){
Error=press_FR();//刷指纹
if(Error==0)goto MENU;
else
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
}
}
//密码锁
key_num=Button4_4_Scan(); //按键扫描
if(key_num!=-1)
{
Error=password();
if(Error==0)goto MENU;
else
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
}
}

复制代码

五、上机调试
把硬件连接好之后还需要做一些准备工作：
录入指纹：
（1）程序下载之前需要给门禁一个解锁方式，门锁一共有4种解锁方式：指纹、蓝牙、卡片、密码。其中卡片需要录入过系统的才可以解锁，密码一开始保存在stm32内部flash中，内部flash做eeprom需要先初始化，解锁后在设置中更改密码或者在代码中进行初始化密码，不然密码是乱码。
（2）串口录入指纹：将串口转TTL CH340模块连接好指纹模块，用配套上位机录入自己的一个指纹。详细连接方法参考指纹模块资料
（3）解锁后就可以进行设置密码和录入卡片等操作

FDM_KA9COVS2VHO0)@3S3GI.png

移植汉字库：（如果没有SD卡接口可以自己汉字取模显示）
（1）准备一个sd卡，一个读卡器，用来存储汉字库，显示到OLED
（2）找到开发资料下的SYSTEM文件夹

QZB5$}XD3AI}H}JANGPLMOR.png

（3）把SYSTEM文件夹复制到SD卡根目录下（一定要是根目录下）

E_TOHIX0EQV[ESHT3S])B2T.png

（4）复制好之后吧SD卡插到开发板
（5）下载程序到开发板启动，如果可以显示汉字说已经移植成功。（注意：开始的化作尘&指纹锁界面是显示的图片，并不是汉字字体）

一般遇到的问题：

如果进去只显示“化作尘指纹锁”然后黑屏，那么是字库的问题
如果因为不知道密码进不去主界面，那么打开代码，将密码打印出来，然后就可以用密码解锁了，一共两个密码，任意一个都可以解锁：

因为没有考虑到字符不全是’0’- '9’的关系，密码打印出来不是数字，所以查看密码不成功

正确打开方式
步骤一：直接给密码赋值操作，然后编译下载，下载完成后输入密码“123456”是肯定可以进主界面的，然后点击修改密码，密码修改为你想要的密码“000111”，这个密码会保存到内部eeprom
，密码初始化就完成了

1、在127行加入如下代码编译下载

2、输入密码“123456”解锁

3、进入解锁后界面，选择修改密码

[VU%ID5_VH2G13Q}6_WF[EN.png

密码修改为“123456”后保存，会保存到内部eeprom

JEBSCZNJ68UTWCT7SI0[F9C.png

步骤二：把刚刚写的代码注释，重新下载进去，代码就可以正常运行了，输入刚刚设置的密码“000111”就可以解锁

蓝牙调试
1、首先下载“蓝牙串口”APP
2、连接蓝牙后发送密码“123456::”

蓝牙发送密码不解锁？

1、可能是波特率不对
①可以通过AT指令修改蓝牙模块的波特率与单片机一样（9600），使得蓝牙模块能连接单片机（单片机代码初始化蓝牙模块的波特率一般为9600）
②可以用usb转ttl将蓝牙模块与电脑相连，打开串口助手后，用手机连接蓝牙发送数据，调节串口助手的波特率，接收到正常数据后记录波特率，这个就是蓝牙模块现在的波特率，随后将代码中初始化蓝牙模块的波特率改成这个波特率，单片机就可以正常与蓝牙模块通信
2、可能是蓝牙模块接线不对，吧tx rx对调
3、可能蓝牙模块已经损坏

开机图片取模显示
取模软件合集.rar
1、先画一张黑白的128*64分辨率的 .bmp图片

$(T2J){B)$XA_9FH`)26TK_N.png$

2、打开Image2Lcd软件，先打开图片，按照如下配置，点击保存，会生成取模代码

$_OXZ@ERM~(R4$$B%8)_{F.png$

六、知识扫盲
（一）汉字的显示
（具体代码参考正点原子“汉字显示实验”）

1、汉字的显示原理

1）学习过屏幕驱动的应该都知道，屏幕的显示无非就是在屏幕上打相应颜色的点，比如要显示一个字符 ‘A’ 那么我只需要知道 ‘A’ 相应的点阵数据就可以把它显示出来，汉字也一样。

2、汉字库

1）汉字库文件在正点原子的开发板资料->“SD卡根目录文件”中，可以到正点原子官网论坛下载

2）汉字库有两类文件，.FON与.BIN文件，.FON代表汉字库点阵文件，.BIN表示的是编码表，与点阵一一对应，比如GBK编码的第一个字就对应着点阵里的第一个点阵数据，映射关系如下：
UNIGBK->GBK12.FON
UNIGBK->GBK24.FON
UNIGBK->GBK32.FON

有兴趣可以百度一下查看GBK编码表：

8624$RFMDQX_9VKGGPR7BM9.png

2、汉字库的存储位置

2）汉字与字符不同的是，汉字有1万多个，ASCII码字符却只有100多个，并且汉字的显示明显比字符的点阵复杂程度高，比如说字体是12的字符占用点阵是12x6，每个字符需要12x6/8=9个字节的存储空间。字体是12 的汉字占用12x12的点阵，每个汉字需要12x12/8=18个字节存储空间，这还是最小字体，大的字体所需要的存储空间只会成倍增加

3）一般12号字体的汉字库需要500K字节、16号字体700K、24号字体1.6M、32号字体3M，这对于单片机来说数据量太大了，内部FLASH512K~1M表示压力很大

4)需要把汉字库保存到SD卡，再将SD卡中的汉字库数据保存到外部FILASH才行，w25q128无疑是个好选择，它拥有16M的存储空间，SPI通信协议，读写速度也是相当快。

（二）把汉字库里的点阵数据读取出来显示到MCU屏

1、数据编码格式的问题

1）有关显示汉字就必然会涉及编码格式的问题，不同的编码格式对应的汉字编码是不同的，比如UTF-8编码的文件用GB2312编码打开就会乱码。
同理，比如文档的格式是UTF-8编码，但是我的字库是GBK编码，读出来的数据直接显示到屏幕就必然会乱码

2）所以显示汉字如果乱码首先需要检查的就是编辑器的编码，保证编码一致。