STM32 与 AS608 指纹模块的调试与应用

老刘莱国瑞2024-12-25 20:59

前言

在嵌入式系统中，指纹识别作为一种生物识别技术，广泛应用于门禁系统、考勤机、智能锁等场景。本文将分享如何在 STM32F103C8T6 开发板上使用 AS608 指纹模块，实现指纹的录入和识别功能。

硬件准备

  • STM32F103C8T6 开发板
  • AS608 指纹模块
  • OLED 显示屏（用于显示提示信息）
  • 杜邦线若干

硬件连接

确保硬件连接正确，以下是主要的连接：

  • AS608 指纹模块与 STM32 的连接：

    • AS608 TXD（发送端） ==> STM32 PA3（USART2 RX）
    • AS608 RXD（接收端） ==> STM32 PA2（USART2 TX）
    • AS608 VCC ==> 3.3V
    • AS608 GND ==> GND

  • OLED 显示屏与 STM32 的连接：

    按照 OLED 屏幕的接线要求进行连接，一般使用 I2C 或 SPI 接口。

软件设计

项目结构

  • main.c：主程序入口，负责整体流程控制。
  • AS608.c / AS608.h：封装与 AS608 指纹模块的通信与操作函数。
  • 其他外设驱动文件：如 OLED 显示屏的驱动代码。

主程序流程

  1. 初始化外设：OLED 显示屏、USART2（用于与 AS608 通信）等。
  2. 等待 3 秒：给用户准备时间。
  3. 指纹录入 ：
    • 提示用户放置手指。
    • 获取指纹图像，并生成特征文件。
    • 提示用户再次放置手指，重复上述步骤。
    • 合成指纹模板并存储到指纹库中。
  4. 等待 2 秒。
  5. 指纹识别 ：
    • 提示用户放置手指。
    • 获取指纹图像，生成特征文件。
    • 在指纹库中搜索匹配的指纹。
    • 显示识别结果（匹配的指纹 ID 或未找到）。

代码实现

1. main.c
c 复制代码 
#include "stm32f10x.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "AS608.h"

int main(void)
{
    // 初始化外设
    OLED_Init();
    AS608_Init();

    OLED_ShowString(1, 1, "AS608:");

    while(1)
    {
        Delay_s(3);  // 等待3秒

        OLED_ShowString(2, 1, "Enrolling...");
        if (AS608_Enroll() == 0)
        {
            OLED_ShowString(2, 1, "Enroll OK    ");
        }
        else
        {
            OLED_ShowString(2, 1, "Enroll Failed");
        }

        Delay_s(2);  // 再等待2秒（总共5秒）

        OLED_ShowString(2, 1, "Identifying...");
        uint16_t id;
        if (AS608_Identify(&id) == 0)
        {
            OLED_ShowString(2, 1, "ID:");
            OLED_ShowNum(2, 4, id, 5);
        }
        else
        {
            OLED_ShowString(2, 1, "Not Found    ");
        }

        Delay_s(2);  // 等待2秒显示结果
    }
}
2. AS608.h
c 复制代码 
#ifndef __AS608_H
#define __AS608_H

#include "stm32f10x.h"

// 指令代码
#define PS_GetImage          0x01
#define PS_GenChar           0x02
#define PS_Match             0x03
#define PS_Search            0x04
#define PS_RegModel          0x05
#define PS_StoreChar         0x06
#define PS_LoadChar          0x07
#define PS_UpChar            0x08
#define PS_DownChar          0x09
#define PS_UpImage           0x0A
#define PS_DownImage         0x0B
#define PS_DeleteChar        0x0C
#define PS_Empty             0x0D
#define PS_SetSysPara        0x0E
#define PS_ReadSysPara       0x0F
#define PS_SetPwd            0x12
#define PS_VerifyPwd         0x13
#define PS_TemplateNum       0x1D

// 确认码
#define ACK_SUCCESS          0x00

void AS608_Init(void);
uint8_t AS608_Enroll(void);
uint8_t AS608_Identify(uint16_t *id);

#endif /* __AS608_H */
3. AS608.c
c 复制代码 
#include "AS608.h"
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include <stdio.h>

void AS608_Init(void)
{
    // USART2 初始化
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置 USART2 引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;  // TX
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;  // RX
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置 USART2
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 57600;  // AS608默认波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);

    USART_Cmd(USART2, ENABLE);
}

void AS608_SendByte(uint8_t Byte)
{
    USART_SendData(USART2, Byte);
    while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TXE) == RESET);
}

void AS608_SendArray(uint8_t *Array, uint16_t Length)
{
    for (uint16_t i = 0; i < Length; i++)
    {
        AS608_SendByte(Array[i]);
    }
}

uint8_t AS608_ReceiveByte(void)
{
    uint32_t timeout = 0xFFFFF; // 增加超时时间
    while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
        if (--timeout == 0)
        {
            return 0xFF;  // 超时返回
        }
    }
    return USART_ReceiveData(USART2);
}

// 发送指令包
void AS608_SendCommand(uint8_t instruction_code, uint8_t *parameters, uint16_t parameter_length)
{
    uint16_t packet_length = parameter_length + 2; // instruction code + parameters
    uint8_t packet[12 + parameter_length];
    uint16_t checksum = 0;

    // 包头
    packet[0] = 0xEF;
    packet[1] = 0x01;
    // 地址
    packet[2] = 0xFF;
    packet[3] = 0xFF;
    packet[4] = 0xFF;
    packet[5] = 0xFF;
    // 包标识
    packet[6] = 0x01; // 指令包
    // 包长度
    packet[7] = (packet_length >> 8) & 0xFF;
    packet[8] = packet_length & 0xFF;
    // 指令码
    packet[9] = instruction_code;
    // 参数
    for (uint16_t i = 0; i < parameter_length; i++)
    {
        packet[10 + i] = parameters[i];
    }
    // 计算校验和
    checksum = packet[6] + packet[7] + packet[8];
    for (uint16_t i = 9; i < 10 + parameter_length; i++)
    {
        checksum += packet[i];
    }
    // 校验和
    packet[10 + parameter_length] = (checksum >> 8) & 0xFF;
    packet[11 + parameter_length] = checksum & 0xFF;

    // 发送包
    AS608_SendArray(packet, 12 + parameter_length);
}

// 接收响应包
uint8_t AS608_ReceivePacket(uint8_t *buffer, uint16_t *length)
{
    uint16_t idx = 0;
    uint16_t i;
    uint16_t checksum = 0;

    // 读取包头和地址，共6字节
    for (i = 0; i < 6; i++)
    {
        buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();
    }
    // 检查包头和地址
    if (buffer[0] != 0xEF || buffer[1] != 0x01)
    {
        return 1; // 包头错误
    }
    // 读取包标识和长度，共3字节
    for (i = 0; i < 3; i++)
    {
        buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();
    }
    uint16_t packet_length = (((uint16_t)buffer[7] << 8) | buffer[8]) - 2; // 减去校验和长度
    // 读取包内容和校验和
    for (i = 0; i < packet_length + 2; i++)
    {
        buffer[idx++] = AS608_ReceiveByte();
    }
    *length = idx;
    // 计算校验和
    for (i = 6; i < idx - 2; i++)
    {
        checksum += buffer[i];
    }
    uint16_t received_checksum = ((uint16_t)buffer[idx - 2] << 8) | buffer[idx - 1];
    if (checksum != received_checksum)
    {
        return 2; // 校验和错误
    }
    return 0; // 成功
}

// 指纹录入函数
uint8_t AS608_Enroll(void)
{
    uint8_t ack;
    uint8_t buffer[64];
    uint16_t length;
    uint16_t page_id = 0; // 假设将指纹存储在ID为0的位置
    uint8_t retry;

    // 提示放置手指
    OLED_ShowString(2, 1, "Place Finger ");
    // Step 1: 获取图像
    retry = 0;
    do
    {
        AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);
        ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
        if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS)
        {
            break;
        }
        else if (ack == 0 && buffer[9] == 0x02)
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "No Finger    ");
        }
        else
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "GetImage Err ");
        }
        Delay_ms(500);
        retry++;
    } while (retry < 10);

    if (retry >= 10)
    {
        return 1; // 超时
    }

    // Step 2: 生成特征文件到CharBuffer1
    uint8_t param[1] = {0x01}; // Buffer1
    AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 错误
    }

    // 提示移开手指
    OLED_ShowString(2, 1, "Remove Finger");
    Delay_s(2);

    // 提示再次放置手指
    OLED_ShowString(2, 1, "Place Again  ");

    // Step 3: 再次获取图像
    retry = 0;
    do
    {
        AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);
        ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
        if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS)
        {
            break;
        }
        Delay_ms(500);
        retry++;
    } while (retry < 10);

    if (retry >= 10)
    {
        return 1; // 超时
    }

    // Step 4: 生成特征文件到CharBuffer2
    param[0] = 0x02; // Buffer2
    AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 错误
    }

    // Step 5: 合并特征到模板
    AS608_SendCommand(PS_RegModel, NULL, 0);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 错误
    }

    // Step 6: 存储模板到指定ID
    uint8_t store_param[3] = {0x01, (page_id >> 8) & 0xFF, page_id & 0xFF};
    AS608_SendCommand(PS_StoreChar, store_param, 3);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 错误
    }

    return 0; // 成功
}

// 指纹识别函数
uint8_t AS608_Identify(uint16_t *id)
{
    uint8_t ack;
    uint8_t buffer[64];
    uint16_t length;
    uint8_t retry;

    // 提示放置手指
    OLED_ShowString(2, 1, "Place Finger ");

    // Step 1: 获取图像
    retry = 0;
    do
    {
        AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);
        ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
        if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS)
        {
            break;
        }
        else if (ack == 0 && buffer[9] == 0x02)
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "No Finger    ");
        }
        else
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "GetImage Err ");
        }
        Delay_ms(500);
        retry++;
    } while (retry < 10);

    if (retry >= 10)
    {
        return 1; // 超时
    }

    // Step 2: 生成特征文件到CharBuffer1
    uint8_t param[1] = {0x01}; // Buffer1
    AS608_SendCommand(PS_GenChar, param, 1);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 错误
    }

    // Step 3: 搜索指纹库
    uint8_t search_param[6] = {0x01, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01}; // Buffer1, 起始页0，页数1
    AS608_SendCommand(PS_Search, search_param, 6);
    ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack != 0 || buffer[9] != ACK_SUCCESS)
    {
        return 1; // 未找到
    }

    // 获取匹配到的指纹ID
    *id = ((uint16_t)buffer[10] << 8) | buffer[11];

    return 0; // 成功
}

关键问题与解决方案

问题描述

在实现过程中，发现程序一直停留在 Place Finger 提示，无法继续。这表明程序可能在等待指纹模块的响应，但未能收到正确的数据。

可能原因

  1. USART 通讯问题：

    • 波特率设置不正确。
    • USART 引脚连接错误。
    • USART 接收函数未正确实现。

  2. 指令包格式错误：

    • 指令包中的参数、校验和计算错误。
    • 未正确按照 AS608 通讯协议发送和接收数据。

  3. 指纹模块未正常工作：

    • 模块损坏或供电不足。
    • 指纹库已满或需要初始化。
解决方案

  1. 检查 USART 通讯配置：

    • 确保波特率设置为 57600，这是 AS608 的默认波特率。

    • 检查 USART2 初始化代码，确保配置正确。

      c 复制代码 
      // 配置 USART2
USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
USART_InitStructure.USART_BaudRate = 57600;  // AS608默认波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
USART_Init(USART2, &USART_InitStructure);

    • 确认引脚连接：

      • PA2（USART2 TX） ==> AS608 RXD
      • PA3（USART2 RX） ==> AS608 TXD

  2. 改进接收函数 AS608_ReceiveByte：

    • 增加超时时间，避免因等待时间过短导致接收失败。

      c 复制代码 
      uint8_t AS608_ReceiveByte(void)
{
    uint32_t timeout = 0xFFFFF; // 增加超时时间
    while (USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
        if (--timeout == 0)
        {
            return 0xFF;  // 超时返回
        }
    }
    return USART_ReceiveData(USART2);
}

  3. 检查指令包格式和校验和计算：

    • 确保发送的指令包符合 AS608 通讯协议，包括包头、地址、包标识、包长度、指令码、参数、校验和。

    • 修改 AS608_SendCommand 函数中的校验和计算方式：

      c 复制代码 
      // 计算校验和
checksum = packet[6] + packet[7] + packet[8];
for (uint16_t i = 9; i < 10 + parameter_length; i++)
{
    checksum += packet[i];
}

  4. 增加调试信息：

    • 在关键步骤中，通过 OLED 显示接收到的确认码，便于判断问题所在。

      c 复制代码 
      OLED_ShowString(3, 1, "Ack: ");
OLED_ShowHexNum(3, 6, buffer[9], 2);

  5. 增加超时和错误处理机制：

    • 在等待指纹输入和接收模块响应时，增加重试次数，避免程序陷入死循环。

      c 复制代码 
      uint8_t retry = 0;
do
{
    // 发送指令并接收响应
    // ...
    retry++;
} while (retry < 10);

  6. 检查指纹模块工作状态：

    • 确认指纹模块的供电电压为 3.3V，且电源足够稳定。

    • 如果指纹库已满，尝试清空指纹库：

      c 复制代码 
      uint8_t AS608_EmptyLibrary(void)
{
    uint8_t buffer[32];
    uint16_t length;

    AS608_SendCommand(PS_Empty, NULL, 0);
    uint8_t ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
    if (ack == 0 && buffer[9] == ACK_SUCCESS)
    {
        return 0; // 成功
    }
    else
    {
        return 1; // 失败
    }
}

  7. 使用最小化测试代码进行验证：

    • 编写简单的测试程序，仅发送 PS_GetImage 指令，查看是否能收到正确的响应。

      c 复制代码 
      int main(void)
{
    // 初始化外设
    OLED_Init();
    AS608_Init();

    OLED_ShowString(1, 1, "AS608 Test:");

    while(1)
    {
        OLED_ShowString(2, 1, "Testing...   ");
        AS608_SendCommand(PS_GetImage, NULL, 0);
        uint8_t buffer[32];
        uint16_t length;
        uint8_t ack = AS608_ReceivePacket(buffer, &length);
        if (ack == 0)
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "Ack: ");
            OLED_ShowHexNum(3, 6, buffer[9], 2);
            if (buffer[9] == ACK_SUCCESS)
            {
                OLED_ShowString(4, 1, "GetImage OK ");
            }
            else
            {
                OLED_ShowString(4, 1, "GetImage Fail");
            }
        }
        else
        {
            OLED_ShowString(3, 1, "No Response  ");
        }
        Delay_s(2);
    }
}

总结

通过对硬件连接、USART 通讯配置、指令包格式、接收函数以及错误处理机制的逐一检查和改进，成功实现了 AS608 指纹模块在 STM32 上的指纹录入和识别功能。

在调试过程中，遇到类似的问题时，应从硬件和软件两个方面入手，逐步排查。同时，增加调试信息和错误处理机制，可以大大提高调试效率。

注意事项：

  • 确保指纹模块的电源供电稳定。
  • 遵循 AS608 通讯协议，正确组建指令包和解析响应包。
  • USART 接收函数需要考虑超时和异常情况。

参考资料

  • AS608 指纹模块数据手册
  • STM32F10x 标准外设库参考手册
  • UART 通讯协议和调试方法
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Python爬虫（入门+进阶）
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