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。

XYT~RODDVGH34KJ`94H}H}C.png

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"" Z& o0 h( x5 A& k/ ]
#include "delay.h"
' [; @1 i4 P& c9 ]( M
#include "usart.h", v: P& Y! T- |
#include "led.h"
& z3 P& f9 O+ C& L
#include "sram.h"
: {1 x+ r1 |, j7 m# o
#include "malloc.h"
, J2 r1 f# `6 _$ I# G& y
#include "sdio_sdcard.h"
/ k% d5 y6 D$ }; z
#include "malloc.h"
6 [5 \* P& @, B" E& n, Q
#include "w25qxx.h"
* y: w! E6 @& F- `+ ^# E
#include "ff.h"
4 _* O5 ]" b! g p! k
#include "exfuns.h"
' B3 Q. m6 Q# F! [
#include "fontupd.h". r3 e0 s6 h V0 C
#include "text.h" , l; u/ l# E2 O- S+ S
#include "oled.h"+ J: A) W$ ]9 U0 | y+ w
#include "beep.h"- d3 m6 g* @2 a3 ?1 J: a5 `& \
#include "button4_4.h"
) |9 P" S7 f& |" P5 I( _
#include "AS608.h"
, s& ?$ u& {, v5 A
#include "walkmotor.h"
* V8 M3 b4 \" d
#include "usart2.h"
3 N; ?, n2 S; a4 n" M
#include "rtc.h"
0 J6 K9 o/ R" Q, S8 A9 C) s
#include "MFRC522.h"
( R9 S7 }, D+ j; H$ t" T2 h( F
#include "usart3.h"
3 y- K0 [/ N# p& U6 u
#include "stmflash.h"0 D/ [/ l8 t, H5 m; e
0 ?! B" @* Y+ ~, x9 n; p
#define usart2_baund 57600//串口2波特率，根据指纹模块波特率更改
2 s: `4 E% T( T6 w7 t) ? ]) i
6 P1 V5 M% H3 ^. y4 w
//要写入到STM32 FLASH的字符串数组
% i. w3 D4 b" X Q+ t1 I
const u8 TEXT_Buffer[]={0x17,0x23,0x6f,0x60,0,0};, \5 X- u* }5 T2 T
#define TEXT_LENTH sizeof(TEXT_Buffer) //数组长度
! m( ~0 {- z6 m7 y- z6 z! v$ M
#define SIZE TEXT_LENTH/4+((TEXT_LENTH%4)?1:0)9 \$ l: S6 J) S
#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.
. R7 K' P" e7 k0 Y" {9 W( }, M
//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.
8 s8 e* `# ^2 ]+ T# g6 J
7 _; D2 l3 r: x# l* U7 _
SysPara AS608Para;//指纹模块AS608参数
- ?' I# o! ^+ M. U
u16 ValidN;//模块内有效指纹个数
' u$ u% _0 [3 N! q R4 @% D
u8** kbd_tbl;1 D/ e* s; {' w% t$ v& {
- g( f) J5 r& `( C0 J* k2 p$ Z
void Display_Data(void);//显示时间
2 m9 U0 c. l- W
void Add_FR(void); //录指纹
' J* W5 I# N: Y8 M; }5 h% p
void Del_FR(void); //删除指纹8 [3 l) S8 ?! T) m, |& m1 d f2 f5 E7 R
int press_FR(void);//刷指纹* U: E) m9 ~$ M( G# k& O
void ShowErrMessage(u8 ensure);//显示确认码错误信息
D6 N! ]- T3 j: F$ W
int password(void);//密码锁
6 Q! C8 u; I+ Q$ W& g- X' a) u
void SetPassworld(void);//修改密码" j* v* X x6 B" u
void starting(void);//开机界面信息
3 t; N; I B# [9 Y& [& P
u8 MFRC522_lock(void);//刷卡解锁
- `% m v4 h' [
u8 Add_Rfid(void); //录入# u7 n ?- z S: |8 I m# f6 |: ]' i
void Set_Time(void);
3 ^3 a6 _0 x3 P! V& y. @/ x
void Massige(void);
% h3 [/ `" S1 ~% N ^1 x
u8 Pwd[7]=" "; //解锁密码1. c+ s# B( ?) V% d5 G- v. l3 N
u8 Pwd2[7]=" "; //解锁密码25 k0 N' e8 p; N" F: F) \9 }
u8 cardid[6]={0,0,0,0,0,0}; //卡号1
! P/ Q( ~7 p2 r' b8 d
int Error; //密码验证信息
1 ~. O6 t& o5 U# x& Q
+ Z) X* Z; M% m% B
- ]8 s3 Q( ~3 n( A8 t0 O
//数字的ASCII码1 f3 N* ]8 L6 P* |5 \; {4 n
uc8 numberascii[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','A','B','C','D','E','F'};* [$ H0 @! N; K" F- R
//显示缓冲区. D0 u. V5 ^ U' W) T" g: @
u8 dispnumber5buf[6];
6 q$ X" I \6 t( C
u8 dispnumber3buf[4];) f7 G* e) Q. v2 N, Z4 F
u8 dispnumber2buf[3];
i3 f j8 `6 _2 T& k
//MFRC522数据区! ^. R( e* u# K3 U
u8 mfrc552pidbuf[18];
2 v4 V0 b: x/ g) k5 [/ z5 [
u8 card_pydebuf[2];
( K, e8 |' ]% Y2 f9 n
u8 card_numberbuf[5];! D: P a# W6 ` y
u8 card_key0Abuf[6]={0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};
+ S$ ^: H6 S$ V# P
u8 card_writebuf[16]={0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15};
3 [% s# F6 b8 ]
u8 card_readbuf[18];1 \' _* O/ Q- \5 p9 K; Q" Y
//SM05-S数据区# m7 y! k2 P# w/ E P- E* i
u8 sm05cmdbuf[15]={14,128,0,22,5,0,0,0,4,1,157,16,0,0,21};4 S }1 y. Y! Q8 @/ m' i
//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
0 {. s% C4 l. @; c. |: _/ s( m
extern u8 sm05receivebuf[16]; //在中断C文件里定义
8 }( x4 h+ C2 V1 v% O" `# ?3 U3 o
extern u8 sm05_OK; //在中断C文件里定义6 c+ z+ T/ E; w% @6 I3 B3 ^+ Z8 {
- n* e6 r+ v' X9 G8 D7 {6 Q0 _8 ]" {8 `
u8 * week[7]={"Mon","Tue","Wed","Thu","Fri","Sat","Sun"};( v; f1 a+ y! [8 v
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"};
% K, k. D' v$ `& z2 W9 H; S) j4 M& I
$ b6 C: X6 @. _" M: q8 d5 L" W
int main(void)+ |( c6 y3 O0 b; c
{
a" I$ A/ p9 H% m! ~1 ` O2 \& m
u16 set=0;0 F; B2 `7 O) m
int key_num;8 b' J! U0 A% E
int time1;
0 N; Z2 m; \5 \; `, m- Q% @
int time2; //锁屏时间! _0 q0 I) R, Y/ T
char arrow=0; //箭头位子
. F: @& M3 l o# M, `7 D2 J6 Z
* b) N( Y! i- S5 H) U- t' _# ?9 l
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组23 y+ p: I4 K" T: q: B
My_RTC_Init(); //初始化RTC
( O$ [# y* l+ K" x+ g
RTC_Set_WakeUp(RTC_WakeUpClock_CK_SPRE_16bits,0); //配置WAKE UP中断,1秒钟中断一次* W5 m9 Z l% S
delay_init(168); //初始化延时函数( a6 M$ J$ m( s( D$ s4 K
uart_init(115200); //初始化串口1波特率为115200，用于支持USMART
% d1 h% l$ v8 X; T" D4 X/ \
uart3_init(9600);// 蓝牙初始化+ X: l5 c' y6 t1 n. U' s
usart2_init(usart2_baund);//初始化串口2,用于与指纹模块通讯
( {' C8 }2 {' y" x' H
PS_StaGPIO_Init(); //初始化FR读状态引脚
4 N4 L/ f# K; m3 l
LED_Init(); //初始化LED 9 P, J& I4 J+ `7 S* F
// BEEP_Init(); //beep初始化
+ h1 y2 k4 H }
Button4_4_Init();//矩阵按键初始化
7 f9 P6 ~# A1 e' b( C
OLED_Init(); //oled初始化
- y/ t9 e3 K( ]) N- e' ^0 D6 I
W25QXX_Init(); //初始化W25Q128; t5 r/ q9 M/ \1 |" x1 s! A
) [3 X/ A$ F$ ^" i0 e1 o/ A
Walkmotor_Init(); //步进电机初始化
: {, o, L* G7 b
my_mem_init(SRAMIN); //初始化内部内存池 1 O2 @. P8 |! |' w8 B: _& `
my_mem_init(SRAMCCM); //初始化CCM内存池 ! P7 D o( V& F! G1 ]
exfuns_init(); //为fatfs相关变量申请内存
[0 O$ I$ o+ n
f_mount(fs[0],"0:",1); //挂载SD卡 - p( X* m0 j5 ^% S
f_mount(fs[1],"1:",1); //挂载FLASH.
; x) S$ g2 R7 Z7 ^/ I% @
starting();//开机信息 logo
& J; F1 h) u6 j# t6 a9 z+ f
) c$ B$ C' I) ?$ `, T9 R
STMFLASH_Read(0X08020004,(u32*)Pwd,2); //读取密码1
0 C% Z* D# N. u5 ~2 g
STMFLASH_Read(0X08090004,(u32*)Pwd2,2); //读取密码2, f1 a: C0 E r/ I; N. U. J
STMFLASH_Read(0X080f0004,(u32*)cardid,1); //读取卡号1
9 Q: S4 l! Q ]- e& Q: `' p
while(1)
8 l T) O4 [* c, ^
{
$ c* r% ]9 u* G
//锁屏界面1 Q, i z( A) {
MAIN:
U% G" B& T3 x0 a- j5 X8 {; ^
OLED_Show_Font(56,48,0);//显示锁图标0 f$ N9 K) X" P6 e9 l# K
while(1)
/ {: g- k" _/ U ]/ Z2 T. T
{
) u* f5 M6 n# Y B" `9 q# N5 h0 U
time1++;
2 Q& S, K4 n/ j P, z
if((time1%200)==0)//时间显示：每50ms更新一次显示数据0 l+ r% `/ q+ c
{
& Q- S) y. z* X# _$ P k3 \- I2 d
Display_Data();* C6 h# i$ j2 I s' b
}) g6 U$ U# b! v# t
if((time1%1000)==0)//每200ms检测一次卡片，蓝牙数据- e. J0 G2 r( d$ p7 ?! U
{
' n$ [" V( ]9 c
//MFRC522解锁. z1 x, ^# f0 X. S
MFRC522_Initializtion(); + s& d* D( m6 n2 e% K6 o
Error=MFRC522_lock();
3 A" }# V3 P. N, z1 L. c% q
if(Error==0)goto MENU;
% s8 \/ t( [; A# E0 V. m
else 4 y( F3 x* E2 ]" S% o
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
Z: f/ D+ O: F* r0 P) o
//手机蓝牙解锁密码18 E" h. k: l/ ?
Error=usart3_cherk((char*)Pwd); 5 m5 {8 u2 O3 ], \6 `8 x
if(Error==0){
; t# r' _) w8 m P' [9 m
OLED_Clear();: |, k/ r' j$ E1 W B0 j
Show_Str(20,10,128,24,"解锁中...",24,0);
+ e3 C! B$ H9 B
Walkmotor_ON();9 e- ^# r. K8 I8 b% ] k% ~
Show_Str(20,10,128,24,"已解锁！",24,0);
* a2 {) K! v8 h/ O, D$ b+ L
goto MENU;
6 k' A# ?, e# N1 r; C" E4 S
}; y/ G3 p: S/ z7 i
else
p. `* `" M) B- { `7 r( r0 \/ Q
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
5 {. e0 @) f0 E" U
//手机蓝牙解锁密码2/ U1 ]/ C" {& [0 Z/ M& x W* F
Error=usart3_cherk((char*)Pwd2);# O5 X9 y6 w8 _) S% @! ~; R
if(Error==0){' M6 V! R0 {( Z5 H+ g+ i+ G6 d% T( j
OLED_Clear();
2 ^' V# |: \8 s% v$ y& A
Show_Str(20,10,128,24,"解锁中...",24,0);
9 B7 c( q9 R- s8 Y. J
Walkmotor_ON();. i/ P! H; l2 l- M( l' P* C7 e
Show_Str(20,10,128,24,"已解锁！",24,0);
% H: x( O: Q* ?: d
goto MENU; + E+ O4 N; }$ ~% @7 K F. y* e4 S$ M9 d
}
9 h" t @8 y# l, I
else 7 R0 A$ W3 S. ^$ T8 _
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁4 d( a) c# v5 z' Q
+ j6 W+ X ?. ]4 U0 d
} , l/ r' p- e6 L! g
//指纹解锁
( {" K' X ]" a( r& X* ]# q
if(PS_Sta) //检测PS_Sta状态，如果有手指按下
/ ]- {4 U8 L `8 `) @6 V+ ]
{
; {) P7 B$ u) g- B2 c; `
while(PS_Sta){3 {) r. A/ s: {- F% _4 u
Error=press_FR();//刷指纹' r% m. d" R- y2 h$ r
if(Error==0)goto MENU;" y& y5 @- i+ M4 F# i; Q
else % O g/ ^, m9 O8 Y3 z
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
) r0 y }9 y% D# Z7 l% u( u4 K
}/ T, g+ [( c. t8 Q0 ]
}
- C$ e/ p; E, V: p
//密码锁
$ S7 R' |% g/ i; u
key_num=Button4_4_Scan(); //按键扫描
6 g% t; l* O5 Z1 I8 U
if(key_num!=-1)
! p- ]3 [6 s& X( q. C
{0 j" a- o3 `4 M4 V6 g
Error=password();9 l( R6 [0 ^/ B4 g% r! r/ F6 u* q& _- q
if(Error==0)goto MENU;
+ u0 k8 L. R5 G" |- O. }
else
* f/ |, B8 q2 N; u5 [* z
OLED_Show_Font(56,48,0);//锁
! e( m ^) \. R3 t3 M' e7 x6 n( a
}; m* M$ I' h+ F: d
}

复制代码

6 y& `% u" c" A6 w( B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( g% A! V& B' o2 T& L
（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。