自制Arduino RFID门锁—第二部分：用智能手机解锁

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自制Arduino RFID门锁—第二部分：用智能手机解锁

2020.12.24

这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。点击此处阅读本文第一部分 >

arduino rfid door lock

在上一篇文章自制 Arduino RFID门锁中，我们制作了Arduino RFID门锁，并且能够使用RFID标签或键盘来解锁。那么，如果您想要进一步简化流程该怎么办呢？在第二部分中，我们将添加一个附加功能：使用智能手机来解锁。这是一种更简单的控制门的办法，尤其是当所有人都希望能够通过一个设备就能控制所有物品的时候。那么我们该怎么做呢？我们将会把蓝牙模块连接到先前的设置中，并连接电子门。

硬件

HC-05 蓝牙模块
ABK-704L 电气设备
Arduino Nano
RFID RC522
压电蜂鸣器
2x 330 电阻
4×4 键盘
LCD适配器I2C
LCD16X2BL
DC-DC 降压模块 MP1584EN

软件

MIT App Inventor 2
Arduino IDE
Github

步骤1：连接蓝牙

在这一步中，我们将深入研究HC-05蓝牙模块。

Arduino-info Wiki

有以下两种操作模式：

指令模式 – 将AT指令发送到蓝牙模块；
数据模式 – 从另一个蓝牙模块接收和传输数据。默认的模式是数据模式，默认设置如下：
- 波特率：9600 bps，数据：8位，停止位：1位，奇偶校验：无
- 密码：1234
- 设备名称：HC-05

针对我们的应用程序，我们将使用数据模式，因为我们仅需要使用串行通信来从手机接收信息。

有关串行通信的更多信息，请参考Arduino串行通信教程。

arduino rfid door lock

图1：蓝牙模块引脚

在此应用程序中，我们需要使用以下引脚—Arduino-info Wiki:

VCC: +5 电源
GND: 系统 / Arduino接地
TX: 将串行数据从HC-05传输到 Arduino 串行接收端口
RX: 接收来自Arduino 串行发送端口的串行数据

arduino rfid door lock

图2：HC-05 和Arduino Nano的接线图

arduino rfid door lock

图3：蓝牙和Arduino之间的连接

代码

蓝牙使用串行通信；“Serial.write(Serial.read())；”连接了RX和TX引脚后，该指令将会正常运行。如果这对蓝牙模块不适用，则下面的代码返回的内容与您在Arduino IDE中编写的文本相同。

void setup(){
 
 Serial.begin(9600);
 Serial.println("What did you say?:");
 }

void loop(){
 if (Serial.available())
 Serial.write(Serial.read());
 }

您需要在设备管理器中找到Arduino的编程端口；连接蓝牙后，将出现“蓝牙链接上的标准串行”，您必须选择“USB-SERIAL”才能对Arduino进行编程。您需要使用串行电缆上传程序，不能使用无线蓝牙将程序上传到开发板。

arduino rfid door lock

连接RX和TX后，您将收到许多错误信息，如下所示：

arduino rfid door lock

为了避免这些错误，您需要在蓝牙的TX引脚没有连接到Arduino开发板的情况下上传程序。蓝牙的TX引脚具有低阻抗，而Arduino的RX输入具有高阻抗。最终的阻抗将为较低的一个，而RX输入将会被绕过（从USB端口产生的电流直接通过蓝牙输出，而不是Arduino开发板）。这就是数据无法传输到期望位置点的原因。另外，电流直接流入设备的输出端将会在模块之间产生错误的连接，会导致电气故障。我们想要做的是对Arduino进行编程，而不是将数据发送到蓝牙模块。

断开蓝牙的TX引脚后，一切都会正常工作，您就可以上传代码了。

arduino rfid door lock

图4：连接蓝牙TX引脚而导致的电气故障

arduino rfid door lock

图5： HC-05 和Arduino Nano的接线图，显示了上传代码之前的正确连接

上传代码后，下一步是连接到电脑上的蓝牙。您需要重新连接蓝牙的TX引脚，因为现在我们将使用无线通信，串行电缆只用于供电。

请按照以下步骤将蓝牙连接到PC（在Windows 10系统上）：

打开设置（Settings）
点击设备（Devices）
选择蓝牙（Bluetooth）
点击开启（ON）
找到“HC-05”并点击“PAIR”
输入密码“1234”

arduino rfid door lock

图6：在Windows 10系统上连接蓝牙模块

如果您已经按照上述步骤进行了操作，那么您的蓝牙连接应该就成功了，您可以对模块进行测试。有一种简单的检查连接是否成功建立的方法：在Arduino IDE中键入一个单词，然后查看是否返回相同的单词，如果是的话，就说明一切正常，您可以继续往下进行了！如果不是，请返回之前的步骤并再次对蓝牙配对。

因为我们不再使用通过电缆的串行通信，所以需要找到蓝牙的COM。我们需要回到端口（PORTS）部分的设备管理器（Device Manager），并搜索蓝牙设备。在我的应用中是PORT 17：

arduino rfid door lock

在设备管理器中找到COM后，您需要在Arduino IDE中执行相同的操作（即将COM端口设置为COM 17）。您需要点击TOOLS → PORT → COM 17。

arduino rfid door lock

图7：在Arduino IDE中设置COM

选择正确的COM后，您可以对模块进行测试，查看是否工作正常。

请确保您在串行监视器中选择了以下两个选项：

NL & CR
9600 波特

在我们的演示中，我们将输入信息“Hello!”

arduino rfid door lock

输出内容应与输入内容相同：

arduino rfid door lock

步骤2：设备

让我们参考一下上一篇文章自制Arduino RFID门锁！我们将使用与之前相同的组件，然后增加一个蓝牙模块（HC-05）。为了将数据从智能手机传输到Arduino，我们需要蓝牙模块。

断开蓝牙的TX引脚很重要，否则我们将会遇到跟步骤1中相同的错误。

有三种方式可以打开门锁：

从键盘输入密码
将标签放在RFID附近
从智能手机输入密码

arduino rfid door lock

图8：所有组件的接线图

该锁具有很高的电流量（800mA）。我们添加一个绿色LED灯来查看代码是否运行正常。键入“*123456#” 代码且系统解锁后，LED指示灯将为高电平。

arduino rfid door lock

图9：组件之间的连接

在下一步中，我们将添加电池和继电器。我们使用两节9V电池给门锁供电。如果您打算将设备电压设置为固定值，则需要购买一种可以从开关电源的220V电压中获得5V电压的设备。

因为锁的电流消耗很高，所以电池并联连接。在这种情况下，Arduino由电池供电。我们需要使用将9V转换为5V的DC-DC降压模块。输入电压由Arduino开发板的Vin引脚进入。我们将不再使用计算机USB的供电。

降压模块的输出电压要固定在5V。您需要使用万用表进行校准；输入电压为9V，我们将旋扭电位器，直到输出电压为5V。

arduino rfid door lock

图10：DC-DC降压模块（MP1584EN）

arduino rfid door lock

图11：测量电池电压

arduino rfid door lock

图12：最终设置的接线图

arduino rfid door lock

图13：最终设置

完整代码

#include <EEPROM.h>
#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <Keypad.h>


int state_bt=1;
int relPin;
int stare=0;
byte COD[10];
byte AUX[10];
int k=0;
String codacces="*123456#";
String codpairing="*654321#";
//nfc
#define RST_PIN 9 // Configurable, see typical pin layout above
#define SS_PIN 10 // Configurable, see typical pin layout above
MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN); // Create MFRC522 instance
#define NEW_UID {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF}
MFRC522::MIFARE_Key key;
//lcd
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27,16,2);

//TASTATURA
const byte numRows= 4; //number of rows on the keypad
const byte numCols= 4; //number of columns on the keypad

//keymap defines the key pressed according to the row and columns just as appears on the keypad
char keymap[numRows][numCols]= 
{
{'1', '2', '3', 'A'}, 
{'4', '5', '6', 'B'}, 
{'7', '8', '9', 'C'},
{'*', '0', '#', 'D'}
};

//Code that shows the the keypad connections to the arduino terminals
byte rowPins[numRows] = {2,3,4,5}; //Rows 0 to 3
byte colPins[numCols]= {A0,7,8,9}; //Columns 0 to 3

//initializes an instance of the Keypad class
Keypad myKeypad= Keypad(makeKeymap(keymap), rowPins, colPins, numRows, numCols);


void setup() {
pinMode(A0,OUTPUT);
digitalWrite(A0,HIGH);
pinMode(A3,OUTPUT);
digitalWrite(A3,HIGH);
pinMode(A1,OUTPUT);
digitalWrite(A1,HIGH);
pinMode(A2,OUTPUT);
digitalWrite(A2,LOW);
pinMode(6,OUTPUT);
digitalWrite(6,HIGH);
//nfc
Serial.begin(9600); // Initialize serial communications with the PC
Serial.println("What did you say?:");
while (!Serial); // Do nothing if no serial port is opened (added for Arduinos based on ATMEGA32U4)
SPI.begin(); // Init SPI bus
mfrc522.PCD_Init(); // Init MFRC522 card

for (byte i = 0; i < 6; i++) {
key.keyByte[i] = 0xFF;
}

lcd.init();
lcd.backlight();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print("BLOCKED");

}

void citireNFC(){
for (byte i =0; i<(mfrc522.uid.size); i++) {
COD[i]=mfrc522.uid.uidByte[i];
} 
Serial.print("COD");
Serial.print(COD[0]);
Serial.print(COD[1]);
Serial.print(COD[2]);
Serial.print(COD[3]);

}

void pairNFC(){
Serial.println("COD in pair");
Serial.print(COD[0]);
Serial.print(COD[1]);
Serial.print(COD[2]);
Serial.print(COD[3]);
long r=0;
int c=0;
for(int i=1;i<=EEPROM.read(0);i++){
switch(i%4){
case 1 :{AUX[0]=EEPROM.read(i); break;}
case 2 :{AUX[1]=EEPROM.read(i); break;}
case 3 :{AUX[2]=EEPROM.read(i); break;}
case 0 :{AUX[3]=EEPROM.read(i); break;}
}
if((i)%4==0)
{Serial.println(r);
if( AUX[0]==COD[0] && AUX[1]==COD[1] && AUX[2]==COD[2] && AUX[3]==COD[3] ){
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("CODE ALREADY IN");
lcd.setCursor(0,1);
lcd.print("SYSTEM");
delay(2000);
c=1;
break;} 
}
}
if(c==0){int ttt=EEPROM.read(0);
Serial.println("CODE PAIRED");
Serial.print(COD[0]);
Serial.print(COD[1]);
Serial.print(COD[2]);
Serial.print(COD[3]);

EEPROM.write(ttt+1,COD[0]);
EEPROM.write(ttt+2,COD[1]);
EEPROM.write(ttt+3,COD[2]);
EEPROM.write(ttt+4,COD[3]);

ttt=ttt+4;
Serial.println("ttt");
Serial.println(ttt);
EEPROM.write(0,0); 
EEPROM.write(0,ttt); 
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("CODE PAIRED");
delay(2000);} 
}


boolean validareNFC(){
boolean c=false;
for(int i=1;i<=EEPROM.read(0);i++){
switch(i%4){
case 1 :{AUX[0]=EEPROM.read(i); break;}
case 2 :{AUX[1]=EEPROM.read(i); break;}
case 3 :{AUX[2]=EEPROM.read(i); break;}
case 0 :{AUX[3]=EEPROM.read(i); break;}
}
if((i)%4==0)
{
if( AUX[0]==COD[0] && AUX[1]==COD[1] && AUX[2]==COD[2] && AUX[3]==COD[3])
c=true;
}} 
return c; 
}

int comparareCOD(String a)
{ 
if(a.equals(codacces))
return 1;
else if(a.equals(codpairing)) return 2;
else return 0; 
}


String iaCOD(char x)
{ char vec[10];
vec[0]=x;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print('X');
for(int i=1;i<8;i++)
{vec[i]=myKeypad.waitForKey();
lcd.print('X');}
vec[8]=NULL;
String str(vec);
return str;
} 



void loop() {

//Start BT autentification
if(Serial.available())
{
char c=Serial.read();
switch (state_bt) {

case 1:
if(c=='*') state_bt=2;
else state_bt=1;
break;

case 2:
if(c=='1') state_bt=3;
else state_bt=1;
break;

case 3:
if(c=='2') state_bt=4;
else state_bt=1;
break;

case 4:
if(c=='3') state_bt=5;
else state_bt=1;
break;

case 5:
if(c=='4') state_bt=6;
else state_bt=1;
break;

case 6:
if(c=='5') state_bt=7;
else state_bt=1;
break;

case 7:
if(c=='6') state_bt=8;
else state_bt=1;
break;

case 8:
if(c=='#') state_bt=9;
else state_bt=1;
break;

case 9:

lcd.init(); 
lcd.backlight();
lcd.print("OPEN");
digitalWrite(6,LOW);
delay(5000);
digitalWrite(6,HIGH);
lcd.init(); 
lcd.backlight();
lcd.print("BLOCKED");
state_bt=1;
break;

default:

break;
}
}
switch(stare){
case 0: {
mfrc522.PCD_Init();
if ( mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){

citireNFC();
if(validareNFC()) 
{stare=1;
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("VALID NFC CODE");
delay(1000);
return; 
}
else{
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("INVALID NFC CODE");
delay(1000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print("BLOCKED");
return;
}
}
char c=myKeypad.getKey();
if(c != NO_KEY){

String codcurent=iaCOD(c);
int A=comparareCOD(codcurent);
if(A==0)
{lcd.clear();
lcd.print("INVALID CODE");
delay(2000);
lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print("BLOCKED");
return;}
if(A==1)
{lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print("VALID CODE");
delay(2000);
stare = 1;
return;}
if(A==2);
{stare=2;
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("Pairing...");
delay(2000);
return;}
} break;
}
case 1:{
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("UNLOCKED");
digitalWrite(A3,LOW);
digitalWrite(A1,LOW);
digitalWrite(A2,HIGH);
//tone(6,3000,5010);
digitalWrite(6,LOW);
delay(5000);
digitalWrite(6,HIGH);
digitalWrite(A3,HIGH);
digitalWrite(A1,HIGH);
digitalWrite(A2,LOW);
stare=0;
lcd.setCursor(0,0);
lcd.clear();
lcd.print("BLOCKED");



return;
}
case 2:{

mfrc522.PCD_Init();
if ( mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){
citireNFC();
pairNFC();
stare=0;
delay(2000);
lcd.clear();
lcd.setCursor(0,0);
lcd.print("BLOCKED"); }
break;
}
}
}

步骤3：应用程序

在此步骤中，我们将为系统创建应用程序。我使用的是MIT App Inventor 2程序。这个程序很简单，不需要很高的编程技能，可以在此处下载：MIT AppInventor。为了打开该应用程序，您需要：

下载应用程序
用您的Google账号进行登录
开始一个新的项目

在安装了程序之后，您会找到如下的一个图形界面：

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图 14 : MIT AppInventor

为了对您的程序进行测试，您需要在手机上从Google Play下载“MIT AI2”应用程序。这是一个免费的应用程序，专门用于将网络应用程序同步到智能手机上。

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图15：Google Play上的MIT AppInventor

如果您想要在手机上查看应用程序的屏幕，需要点击Connect → AI Companion。

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图16：连接应用程序

点击之后，该应用程序将为您提供两种操作方式：

您可以扫描条形码（在您的设备上启动MIT AI2 Companion，然后扫描条形码或键入用于连接的代码，以对您的应用程序进行实时测试）
在您的应用程序中输入6个字母的代码

我将使用第二种方法，将电脑产生的6个字母的代码输入到手机应用程序中。

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图17：网络与手机同步

我选择这个应用程序是因为它易于使用；您无需具备编程技能即可实现如上所述的简单代码。您只需要构思一下应用程序的外观，在该应用程序中进行外观设置也非常简单。

我们先从用户界面开始：

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图18：用户界面

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图19：我的用于无线打开门锁的应用程序

您可以在屏幕上添加应用程序的任何元素（按钮，图像，文本框，标签）。在右侧菜单中，您可以选择想要从屏幕上获取的特征（水平对齐，应用名称，标题）。如果您想要背景图像，可以从背景图像（Background Image）菜单中进行选择。在该应用程序中，我选择在蓝牙和手机之间的连接打开时显示绿色背景，在连接关闭时显示红色背景。

该应用程序中屏幕上的三个要素：

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图20：不可见的组件

传感器组件 & 用户界面组件 – MIT App Inventor

1.Bluetooth Client1 – 检测蓝牙设备的组件。该系统中返回以下内容的函数：
1. 配对的蓝牙设备的地址和名称 – AddressesAndNames
2. 设备上的蓝牙是否可用 – 可用（Available）
3. 是否启用蓝牙 – 是（Enabled）
2.Clock1 – 不可见的组件，通过手机上的内置时钟提供即时时间。它可以按照设置的时间间隔定期地触发计时器，并执行时间的计算、操作和转换。
3.Notifier1 – 通知器组件显示警报对话框、消息和临时警报，并通过以下方式创建Android日志条目：
1. ShowMessageDialog: 显示一条用户必须通过按下按钮才能关闭的消息。
2. LogError: 将错误消息记录到Android日志中。
3. LogInfo: 将信息消息记录到Android日志中。

arduino rfid door locks

图21：屏幕模块

如果未连接蓝牙，您会收到一个错误信息，该错误信息会显示在连接状态（Link Status）部分中。我在没有连接设备的情况下输入了打开门的密码，应用程序提醒我设备没有打开。这是一个很好的通知器，因为您有可能会忘记进行设备的配对，这样就无法把门打开。

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图22：通知器显示错误信息

该应用程序有三个按钮：

1. 连接：该按钮被启动时，将会显示一个文本列表供用户选择。此按钮相当于蓝牙查找器。如果您使用该应用时附近开启的蓝牙设备多余一个，则这些蓝牙将会显示在搜索框中。我的附近只有一个打开的蓝牙，即HC-05模块。

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图23：搜索蓝牙设备

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图24：listpicker模块

2. 断开连接：此按钮将会把应用程序与手机之间的连接断开。点击按钮后，背景色变为红色。

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图25：断开连接模块

3. 发送文本：仅在建立连接时有效。程序通过蓝牙的“SendText”函数发送文本数据。在状态部分将显示消息“消息已发送”（Message Sent）。

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图26：发送文本模块

应用程序是如何工作的 – Pevest App Inventor 2: 学习编码

“当输入Clock1.Timer指令时，该应用程序会检查蓝牙是否打开。变量 ByteAvailable 和 CommandByte将被初始化设置为0，以用于传输。如果获取到了有关数据，则使用ReceiveSigned1ByteNumber读取传入数据的第一个字节。这是指令字节。根据指令的值，将采用合适的蓝牙模块中的方法（method）来读取下一个字节。”

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