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参赛作品《蓝牙指纹锁》
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发表于2018-06-08 10:09:02
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电梯直达
【报名阶段需要填写的内容】 1. 参赛者姓名(必填项):Holger 2. 单位或学校名称(选填项):个人 3. 当前职务或职称(选填项):工程师 4. 参赛作品的名字(必填项):蓝牙指纹锁 5. 简要陈述您的idea和作品(必填项):门外通过蓝牙和指纹解锁,自动唤醒,门内通过按键开关门锁。 6. 拟用到的立创商城在售物料(必填项):电阻电容、蜂鸣器、按键等 7. 拟用到的非立创商城物料或其它补充(必填项):NRF52832,LM2674,指纹传感器,锁体等。 8. 拟用到的EDA工具软件名称(必填项):PADS 【作品正式发表(报名成功后进入设计阶段)需要填写的内容】 一、作品简介 例如,可以包括但不局限于以下内容: 1.作品实物图,第一张是核心板的实物图,第二张是整体的实物图 作品上多余的杜邦线是方便调试使用的。 2.目前人们对安全性越来越重视,在保证安全性的前提下,提升用户的体验也非常重要。对于传统的门锁,使用实体的钥匙不仅携带不方便,而且容易忘带,如果是丢在其他地方还好,就是花点时间去取。但是不小心丢在家里,然后门关上了,这将会是意见很郁闷的事(亲身经历,感受颇深!)。而蓝牙指纹锁可以避免这样的情况发生,首先是指纹采集,指纹受基因和环境的双重影响,重复率极低,所以可以作为人的唯一标识ID,安全性和便携性都能满足。对于蓝牙大家都很熟悉,作品中使用的是蓝牙4.0,也就是BLE,专门针对低数据率,低功耗应用场景的。可以使用手机蓝牙进行解锁,安全性方面,可以在软件中加入非对称加密。在屋内,无需使用指纹和蓝牙解锁,只需通过一个按键即可进行解锁。对于市场前景,目前市面上指纹锁太多,这个已经说明指纹锁的市场,但都是指纹+WIFI+密码等组合,本作品加入使用非常普遍的蓝牙,提升方便性,并可以方便接入物联网。 3.使用蓝牙和指纹相结合的方式,保证安全性的前提下,提升用户体验。指纹和手机是现在人们不可缺少的部分。 二、系统构架图 1. 硬件框图
2. 功能流程图 2.1 蓝牙解锁
2.2 按键解锁
2.3 指纹解锁
三、硬件部分的描述 1.原理图 2.电源部分使用LM2674将12V电源转换为3.3V给单片机供电,这里使用12V电源供电是因为锁体需要使用12V驱动。蓝牙模块通过GPIO引脚控制MOS管来进行锁体的开关;同样的原理控制蜂鸣器。对于LED直接使用GPIO进行驱动。加入两个按键,一个是复位按键(在实际应用中使用不到,这个只是在开发阶段使用),另一个是开关按键,用于内部控制锁体的开关。连接器J4是调试接口,连接JLINK仿真器的,这个只在开发调试的时候使用。连接器J1用于连接指纹模块,与指纹模块之间通过串口进行通信。 3.使用PADS设计的原理图和PCB 四、材料清单(BOM列表)
五、软件部分的描述(选填) 软件分为两个部分,一个是蓝牙指纹锁的固件,另一个是微信小程序。 蓝牙指纹锁固件是基于NRF52832的SDK15开发的,在蓝牙协议栈的基础上,添加外设驱动(串口,GPIO,中断,主要就是这三个),然后添加定时任务来调度这些外设。大致流程如下:
蓝牙接收函数: static void nus_data_handler(ble_nus_evt_t * p_evt) { if (p_evt->type == BLE_NUS_EVT_RX_DATA) { uint32_t err_code; memcpy(ble_rec_buffer, p_evt->params.rx_data.p_data, p_evt->params.rx_data.length); ble_qrcode_flag = 1; // err_code = app_timer_start(m_qrcode_dis_timer_id, QRCODE_DIS_INTERVAL, NULL); // APP_ERROR_CHECK(err_code); NRF_LOG_DEBUG("Received data from BLE NUS. Writing data on UART."); NRF_LOG_HEXDUMP_DEBUG(p_evt->params.rx_data.p_data, p_evt->params.rx_data.length); if((ble_rec_buffer[4] == '1')&&(ble_rec_buffer[5] == '2')&&(ble_rec_buffer[6] == '3')&&(ble_rec_buffer[7] == '4')) { nrf_gpio_pin_set(BEEP_PIN); err_code = app_timer_start(m_beep_id, BEEP_INTERVAL, NULL); APP_ERROR_CHECK(err_code); nrf_gpio_pin_set(FP_LOCKER); err_code = app_timer_start(m_locker_id, LOCKER_INTERVAL, NULL); APP_ERROR_CHECK(err_code); } } }串口接收数据处理函数: void uart_event_handle(app_uart_evt_t * p_event) { static uint8_t data_array[BLE_NUS_MAX_DATA_LEN]; static uint8_t index = 0; uint32_t err_code; uint8_t cnt_i = 0; uint8_t ble_send_buf[20] = "ID:"; uint8_t fp_check_flag = 1; switch (p_event->evt_type) { case APP_UART_DATA_READY: UNUSED_VARIABLE(app_uart_get(&data_array[index])); index++; if(data_array[0]==0xf5) { if ((data_array[index - 1] == 0xf5)&&(index > 2)) { nrf_gpio_pin_set(BEEP_PIN); NRF_LOG_DEBUG("Ready to send data over BLE NUS"); NRF_LOG_HEXDUMP_DEBUG(data_array, index); ble_send_buf[3] = data_array[2]+0x30; ble_send_buf[4] = data_array[3]+0x30; ble_send_buf[5] = ' '; switch(data_array[4]) { case 0x01: ble_send_buf[6] = 'g'; ble_send_buf[7] = 'u'; ble_send_buf[8] = 'e'; ble_send_buf[9] = 's'; ble_send_buf[10] = 't'; ble_send_buf[11] = ' '; break; case 0x02: ble_send_buf[6] = 'f'; ble_send_buf[7] = 'a'; ble_send_buf[8] = 'm'; ble_send_buf[9] = 'i'; ble_send_buf[10] = 'l'; ble_send_buf[11] = 'y'; break; case 0x03: ble_send_buf[6] = 'r'; ble_send_buf[7] = 'o'; ble_send_buf[8] = 'o'; ble_send_buf[9] = 't'; ble_send_buf[10] = ' '; ble_send_buf[11] = ' '; break; default: ble_send_buf[6] = 'N'; ble_send_buf[7] = 'o'; ble_send_buf[8] = 'n'; ble_send_buf[9] = 'e'; ble_send_buf[10] = ' '; ble_send_buf[11] = ' '; fp_check_flag = 0; break; } do { uint16_t length = 12;//(uint16_t)index; err_code = ble_nus_data_send(&m_nus, ble_send_buf, &length, m_conn_handle); if ( (err_code != NRF_ERROR_INVALID_STATE) && (err_code != NRF_ERROR_BUSY) && (err_code != NRF_ERROR_NOT_FOUND) ) { APP_ERROR_CHECK(err_code); } } while (err_code == NRF_ERROR_BUSY); for(cnt_i=0;cnt_i<index;cnt_i++) { data_array[cnt_i] = 0; } index = 0; uart_qrcode_flag = 1; err_code = app_timer_start(m_fp_check1n_id, FP_CHECK_INTERVAL, NULL); APP_ERROR_CHECK(err_code); err_code = app_timer_start(m_beep_id, BEEP_INTERVAL, NULL); APP_ERROR_CHECK(err_code); break; default: break; } } 微信小程序,涉及到H5,CSS,JS的开发,微信在这些基础上做了修改,但是基本内容是不变的。直接调用官方提供的API即可,使用的API如下: https://developers.weixin.qq.com/miniprogram/dev/api/bluetooth.html 页面显示代码lock.wxml: <wxs module="utils"> module.exports.max = function(n1, n2) { return Math.max(n1, n2) } module.exports.len = function(arr) { arr = arr || [] return arr.length } </wxs> <view class="search_device"> <button class="search_device" bindtap="openBluetoothAdapter">扫描设备</button> </view> <!--button bindtap="stopBluetoothDevicesDiscovery">停止扫描</button--> <!--button bindtap="closeBluetoothAdapter">结束流程</button--> <input class="pwd_input" name="userName" password="true" placeholder="请输入密码" bindinput="userNameInput" value='{{inputValue}}'></input> <view class="unlock"> <button disabled="{{canWrite}}" size="mini" bindtap="writeBLECharacteristicValue">解锁</button> </view> <view class="devices_summary">已发现 {{devices.length}} 个外围设备:</view> <scroll-view class="device_list" scroll-y scroll-with-animation> <view wx:for="{{devices}}" wx:key="index" data-device-id="{{item.deviceId}}" data-name="{{item.name || item.localName}}" bindtap="createBLEConnection" class="device_item" hover-class="device_item_hover"> <view style="font-size: 16px; color: #333;">{{item.name}}</view> <view style="font-size: 10px">信号强度: {{item.RSSI}}dBm ({{utils.max(0, item.RSSI + 100)}}%)</view> <view style="font-size: 10px">UUID: {{item.deviceId}}</view> <view style="font-size: 10px">Service数量: {{utils.len(item.advertisServiceUUIDs)}}</view> </view> </scroll-view> <view class="connected_info" wx:if="{{connected}}"> <view> <text>已连接到 {{name}}</text> <view class="operation"> <!--button wx:if="{{canWrite}}" size="mini" bindtap="writeBLECharacteristicValue">写数据</button--> <button disabled="{{canWrite}}" size="mini" bindtap="closeBLEConnection">断开连接</button> </view> </view> <view wx:for="{{chs}}" wx:key="index" style="font-size: 12px; margin-top: 10px;"> <!--view>特性UUID: {{item.uuid}}</view--> <view>解锁ID: {{state_lock}}</view> <view wx:if="{{user_dis}}">ID权限: {{user_id}}</view> </view> </view>蓝牙代码lock.js
const app = getApp() var ble_send_data = new String() var ble_send_data_arr = new ArrayBuffer(20) var timer function inArray(arr, key, val) { for (let i = 0; i < arr.length; i++) { if (arr[i][key] === val) { return i; } } return -1; } // ArrayBuffer转16进度字符串示例 function ab2hex(buffer) { var hexArr = Array.prototype.map.call( new Uint8Array(buffer), function (bit) { //return ('00' + bit.toString(16)).slice(-2) return String.fromCharCode(bit) } ) return hexArr.join(''); } Page({ inputValue: '', data: { devices: [], connected: false, chs: [], input_data: [], canWrite: true, state_lock: '00', user_id: 'root', user_dis: false }, onPullDownRefresh: function () { wx.showToast({ title: '扫描设备...', icon: 'loading' }) this.openBluetoothAdapter() }, openBluetoothAdapter() { wx.openBluetoothAdapter({ success: (res) => { console.log('openBluetoothAdapter success', res) this.startBluetoothDevicesDiscovery() }, fail: (res) => { setTimeout(function () { wx.showToast({ image: "../普通警告.png", title: '请先打开蓝牙!', }) }, 2000) if (res.errCode === 10001) { wx.onBluetoothAdapterStateChange(function (res) { console.log('onBluetoothAdapterStateChange', res) if (res.available) { this.startBluetoothDevicesDiscovery() } }) } } }) }, stopBluetoothDevicesDiscovery() { wx.stopBluetoothDevicesDiscovery() }, createBLEConnection(e) { const ds = e.currentTarget.dataset const deviceId = ds.deviceId const name = ds.name wx.showLoading({ title: '蓝牙连接中...', }) timer = setTimeout(function () { wx.hideLoading() wx.showToast({ image: '../叉号.png', title: '连接失败!', success: function (res) { setTimeout(function () { wx.hideToast() }, 2000) } }) }, 10000) wx.createBLEConnection({ deviceId, timeout: 10000, success: (res) => { this.setData({ connected: true, name, deviceId, }) wx.hideLoading() clearTimeout(timer) wx.showToast({ title: '连接成功!', }) this.getBLEDeviceServices(deviceId) }, fail: (res) => { wx.closeBLEConnection({ deviceId, success: function (res) { console.log("停止连接成功!") }, fail: function (res) { console.log("停止连接失败!") } }) } }) this.stopBluetoothDevicesDiscovery() }, // 操作之前先监听,保证第一时间获取数据 wx.onBLECharacteristicValueChange((characteristic) => { const idx = inArray(this.data.chs, 'uuid', characteristic.characteristicId) const data = {} var ble_data_arr = new Uint8Array(characteristic.value) this.setData(data) if ((ble_data_arr[3] == 0x30) && (ble_data_arr[4] == 0x30)) { this.setData({ state_lock: 'No user', user_dis: true }) } else{ this.setData({ state_lock: (ble_data_arr[3]-48)*10 + (ble_data_arr[4]-48), user_dis: true }) } if (ble_data_arr[6] == 0x67) { this.setData({ user_id: 'guest' }) } if (ble_data_arr[6] == 0x66){ this.setData({ user_id: 'family' }) } if(ble_data_arr[6] == 0x72){ this.setData({ user_id: 'root' }) } if(ble_data_arr[6] == 0x4e){ this.setData({ user_id: 'None' }) } }) }, writeBLECharacteristicValue() { let arrbuf = new Int8Array(ble_send_data_arr) let strs = ble_send_data.split("") let str_pwds = str_pwd.split("") for (let i = 0; i < str_pwds.length; i++) { arrbuf[i] = str_pwds[i].charCodeAt(); } for (let i = 0; i < strs.length; i++) { arrbuf[i + 4] = strs[i].charCodeAt(); } wx.writeBLECharacteristicValue({ deviceId: this._deviceId, serviceId: this._serviceId, characteristicId: this._characteristicId, value: ble_send_data_arr, success: function (res) { console.log('writeBLECharacteristicValue success', res.errMsg) }, fail: function (res) { console.log('writeBLECharacteristicValue fail', res.errMsg) } }) }, closeBluetoothAdapter() { wx.closeBluetoothAdapter() this._discoveryStarted = false }, }) 六、作品演示 作品演示视频:https://v.qq.com/x/page/r07620fkwqm.html 作品上多余的杜邦线是方便调试使用的。 七、总结 在硬件方面,调试过程中遇到很多问题,但是冷静下来调试,都解决了。自己也学习了微信小程序的开发,后台的开发。但是对于本次设计的功能还不完善,只是实现了基本的功能。比如指纹是事先通过软件录入的等等,指纹的功能还没有完全开发,后面会进行完善。后面会将小程序的功能完善,并加入后台服务器,可以远程记录数据,还可以设计一个中继器,直接连接到云端。还有蓝牙解锁也需要实现加密,如果有开源的加密代码最好,接下来会按照自己的想法去完善这些功能。 |
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发表于2018-09-05 19:32:39
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您好呀,想问楼主锁体部分用是啥样的锁,具体怎么供电的呢。想在您作品的基础上做点东西玩一下,求解答呀~
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发表于2018-09-06 09:54:29
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哦~楼主可以提供一点详细的资料啥的吗,想要学着做~如果方便的话能发邮箱sparrowww@163.com 感谢! |
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