嵌入式项目:STM32刷卡指纹智能门禁系统

本文详细介绍基于STM32的刷卡指纹智能门禁系统。

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1 系统功能

1.1 功能概述

本系统由STM32硬件端(下位机)和QT管理平台(上位机)构成,两者通过WiFi无线连接,采用TCP协议通信。

**硬件端:**STM32及外设模块(RC522刷卡、AS608指纹、OLED显示、ESP8266 WiFi、舵机开门、蜂鸣器、LED);

**管理平台:**用QT实现并在电脑运行。

**主要功能:**系统登录、建立连接及通信、录入用户、查看用户、删除用户、刷卡开门、指纹开门、查看开门记录、管理员开门、退出登录等。

系统的管理员界面及STM32硬件端实物图如下:

1.2 主要功能

1.2.1 系统登陆

运行管理平台需要先登录,登录界面如下:

登录后进入管理员系统,界面如下:

1.2.2 连接通信

上位机与下位机通信需要先建立连接,首先电脑要连接STM32硬件端WiFi模块发射的WiFi(wifi: hello-esp8266,密码:6个8),然后在管理员界面输入IP并点击连接,连接成功后在OLED屏上会显示在线状态,如下:

1.2.3 添加用户

在管理员界面点击"添加用户",再输入用户信息,点击确定,然录入新卡,接着采集指纹录入(需采集2次并且一致),以上步骤无误后提示录入成功,如下:

1.2.4 查看用户

在管理员界面点击"用户列表"可查看用户,如下:

1.2.5 删除用户

在用户列表上选中某个用户,再点击"删除用户",即可将该用户删除,如下:

1.2.6 刷卡开门

用已录入的卡去刷卡,能够开门并在OLED屏显示开门成功,如下:

1.2.7 指纹开门

用已录入的指纹去刷指纹,能够开门并在OLED屏显示开门成功,如下:

1.2.8 管理员开门

在管理员界面点击"开门",可开门并在OLED屏显示开门成功,如下:

1.2.9 查看开门记录

在管理员界面点击"历史记录",可查看开门记录,如下:

1.2.10 退出登陆

在管理员界面点击"退出",可退出管理员系统,回到登陆界面,如下:

2 系统硬件

2.1 原理图

2.2 PCB

3 软件实现

3.1 STM32软件

3.1.1 主函数main

在main函数中,主要完成系统及外设模块的初始化,还有一个重要的模块:time service的初始化以及注册3个不同间隔执行的函数,分别是0间隔(相当于while(1))、100ms间隔、1000ms的间隔执行,主体程序均可在这3个不同间隔执行的函数中运行。

Main程序如下:

cpp 复制代码
int main(void)
{
	// 配置系统时钟72M,使用外部晶振
	system_clock_config();
	delay_init();
	// 调试打印串口初始化
	usart_init(115200);
	printf("\n hello stm32.\r\n");
	
	/* 硬件模块驱动初始化 */
	led_init();		//LED初始化
	beep_init();	//蜂鸣器初始化
	oled_init();	// OLED初始化
	rc522_init();	// RC522 rfid模块初始化
	
	// 指纹模块AS608初始化:usart3用于AS608
	usart3_init(AS608_UART_BAUDRATE, as608_data_recv);
	as608_init(usart3_send, as608_finger_event_cb);
	
	// wifi通信初始化
	wifi_proto_init();
	
	/* time service需要timer提供时钟 */
	timsrv_init();
	TIM2_init(72-1, 1000-1, timer_timeout_cb);	// 1ms 定时
	TIM2_start();
	
	// 注册任务,执行间隔以ms为单位
	timsrv_register_task(0, task_while);
	timsrv_register_task(100, task_100ms);
	timsrv_register_task(1000, task_1000ms);
		
	//舵机初始化:PWM3为舵机提供pwm
	pwm3_init(72-1, 20000-1);	//舵机要求:频率1MHz,周期20ms
	pwm3_start();
	servo_init(20000, pwm3_set_pulse);
	
	// 显示主界面
	ui_show_destop();
	ui_show_online(false);
	
    memset(&g_sys_info, 0, sizeof(system_info_t));
    g_sys_info.work_mode = WORK_MODE_NORMAL;
	
	while(1)
	{
		// 主任务:根据时间间隔执行注册的任务
		timsrv_tasks_running();
	}
}

3.1.2 事件处理process

事务处理主要是上述time service注册的3个不同间隔执行的函数,如下:

cpp 复制代码
/* 0间隔执行,相当于while(1)执行 */
void task_while(void)
{
	//wifi接收数据处理
	wifi_data_handle();
	
	// 服务器协议处理
	server_proto_handle();
	
}

/* 每间隔100ms执行一次 */
void task_100ms(void)
{
	static uint8_t card_wait = 0;
	uint8_t card_id[8];
	int ret, i;
	
	//扫描读卡,每次读到卡间隔2S
	if(card_wait == 0) 
	{
		ret = rc522_read_card(card_id);
		if(ret == 0) 
		{
			beep_on();
			timsrv_set_delay_work(100, beep_off);
			proto_0x11_sendCardnum(card_id);
			card_wait = 1;
			
			printf("get card: ");
			for(i=0; i<8; i++)
				printf("%02X ", card_id[i]);
			printf("\n");
		}
	}
	else
	{
		if(card_wait ++ >= 20)
			card_wait = 0;
	}
	
	//指纹模块运行处理
	as608_run_process();
}

/* 每间隔1000ms执行一次 */
void task_1000ms(void)
{
	static int num = 0;
	printf("%s: %d\r\n", __FUNCTION__, num);
	num ++;
}

3.1.3 外设事件处理

外设像WiFi、指纹模块AS608等有事件回调的处理,如下:

cpp 复制代码
//wifi模块事件回调处理函数
int wifi_event_cb(wifi_event_e event, int param)
{

	printf("wifi event: %d, param: %d\n", event, param);

	switch(event)
	{
		case WIFI_EVE_TCP_CONNECT: 		//TCP连接
			g_sys_info.online = true;
			led_on();
			ui_show_online(true);
			break;
		
		case WIFI_EVE_TCP_DISCONNECT: 	//TCP断开
			g_sys_info.online = false;
			led_off();
			ui_show_online(false);
			break;
		
		default:
			break;
	}
	
	return 0;
}

//指纹模块事件回调处理函数
int as608_finger_event_cb(as608_event_e event, int param)
{
	printf("as608 event: %d, param: %d\n", event, param);
	
	switch(event)
	{
		case AS608_EVE_GET_FINGER:	//检测到指纹按下
			beep_on();
			timsrv_set_delay_work(100, beep_off);
			break;
		
		case AS608_EVE_SEARCH_FINGER:	//识别到识别
			proto_0x14_recognFingerId(param);
			break;
		
		case AS608_EVE_ADD_WAIT_FINGER:		//添加指纹:等待指纹
			break;
		
		case AS608_EVE_ADD_1ST_FINGER:	//添加指纹:采集第一个指纹
			beep_on();
			timsrv_set_delay_work(100, beep_off);
			proto_0x13_addFingerResult(1);
			break;
		
		case AS608_EVE_ADD_2ND_FINGER:	//添加指纹:采集第二个指纹
			beep_on();
			timsrv_set_delay_work(100, beep_off);
			proto_0x13_addFingerResult(2);
			break;
		
		case AS608_EVE_ADD_RESULT:	//添加指纹结果
			if(param == 0)
				proto_0x13_addFingerResult(0);
			else
				proto_0x13_addFingerResult(4);
			break;
		
		case AS608_EVE_ADD_TIMEOUT:		//添加指纹超时
			proto_0x13_addFingerResult(3);
			break;
		
		default:
			break;
	}	
	return 0;
}

3.1.3 通信协议处理

STM32需要跟上位机QT交互,因此需要通信协议,以解析通信的内容及作相关处理。例如STM32端读到卡片需发送给QT端以判断是否开门、若要开门QT端还要发送开门指纹给STM32让其执行开门动作。

STM32主动发送协议的部分代码:

cpp 复制代码
int proto_0x11_sendCardnum(unsigned char *cardnum)	//发送卡号
{
    unsigned char data_buf[64];
    int data_len = 0;
    int pack_len = 0;

    data_len += proto_add_param(data_buf, ID_CARD_NUM, 8, cardnum);

    proto_makeup_packet(0x11, data_buf, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &pack_len);

    server.send(proto_tmp_buf, pack_len);

    return 0;
}
int proto_0x13_addFingerResult(unsigned char result)		//发送添加指纹结果
{
    unsigned char data_buf[64];
    int data_len = 0;
    int pack_len = 0;

	printf("add finger result %d\n", result);
    data_len += proto_add_param(data_buf, ID_ADD_FINGER_RES, 1, &result);

    proto_makeup_packet(0x13, data_buf, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &pack_len);

    server.send(proto_tmp_buf, pack_len);

    return 0;
}

int proto_0x14_recognFingerId(int id)	//发送识别到的指纹
{
    unsigned char data_buf[64];
    int data_len = 0;
    int pack_len = 0;

    data_len += proto_add_param(data_buf, ID_FINGER_ID, 4, (unsigned char *)&id);

    proto_makeup_packet(0x14, data_buf, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &pack_len);

    server.send(proto_tmp_buf, pack_len);

    return 0;
}

STM32接收到协议的处理:

cpp 复制代码
static int server_proto_dispatch(uint8_t *pack, int len)
{
	uint8_t cmd = 0;
	uint8_t *data = NULL;
	int data_len = 0;
    int ack_len = 0;
    int ret;
	
    ret = proto_packet_analy(pack, len, &cmd, &data_len, &data);
	if(ret != 0)
		return -1;

	printf("ptoto cmd: 0x%02x, pack_len: %d, data_len: %d\n", cmd, len, data_len);

	switch(cmd)
	{
        case 0x03:
            ret = server_0x03_heartbeat(data, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &ack_len);
            break;

		case 0x10:
			ret = server_0x10_opendoor(data, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &ack_len);
			break;
		
		case 0x12:
			ret = server_0x12_toWorkmode(data, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &ack_len);
			break;
		
		case 0x15:
			ret = server_0x15_delete_finger(data, data_len, proto_tmp_buf, sizeof(proto_tmp_buf), &ack_len);
			break;
		
        default:
			printf("error: cmd 0x%02x not found!\r\n", cmd);
            break;
	}
	
	/* send ack data */
	if(ret==0 && ack_len>0)
	{
		proto_makeup_packet(cmd, proto_tmp_buf, ack_len, proto_recv_buf, sizeof(proto_recv_buf), &data_len);
		server.send(proto_recv_buf, data_len);
	}
	
	return 0;
}

3.2 QT软件

3.2.1 UI界面布局

在Qt creator中布局UI界面,如下:

3.2.2 按钮槽函数处理

按钮的槽函数是通过信号与槽机制实现的。当用户点击按钮时,按钮会发出一个 clicked() 信号,开发者可以将其连接到一个自定义的槽函数上,以处理按钮点击事件。

cpp 复制代码
void MainWindow::on_connectBtn_clicked()	//点击连接
{

    if(ui->connectBtn->isChecked())
    {
        QString svr_ip;
        svr_ip = ui->serverIpEdit->text();
        qDebug() << "server ip" << svr_ip;
        client->connectToHost(svr_ip, DEFAULT_SERVER_PORT);
    }
    else
    {
        client->disconnectFromHost();
    }
}

void MainWindow::on_addUserBtn_clicked()	//添加用户
{
    if(ui->addUserBtn->isChecked())
    {
        ui->userIdEdit->clear();
        ui->userNameEdit->clear();
        ui->phoneEdit->clear();
        ui->addUserWidget->setHidden(false);
        g_sys_info.work_mode = WORK_MODE_ADD_USER;
        g_sys_info.add_step = ADD_STEP_USERINFO;
        proto_0x12_toWorkmode(1, 1, 0);
    }
    else
    {
        to_destop_window();
        g_sys_info.work_mode = WORK_MODE_NORMAL;
        proto_0x12_toWorkmode(0, 0, 0);
    }
}

void MainWindow::on_userListBtn_clicked()		//用户列表
{
    if(ui->userListBtn->isChecked())
    {
        set_table_view(SQL_TABLE_USER);
        ui->tableView->setHidden(false);
    }
    else
    {
        ui->tableView->setHidden(true);
    }
}

void MainWindow::on_delUserBtn_clicked()		//删除用户
{
    user_info_t user;
    QString tips;
    int id;

    if(!ui->userListBtn->isChecked())
        return;

    QModelIndex cur_index = ui->tableView->currentIndex();
    if(cur_index.row() == -1)
        return;

    id = sqlmodel->data(sqlmodel->index(cur_index.row(), 0)).toInt();

    memset(&user, 0, sizeof(user_info_t));
    sql_user_read(id, &user);

    tips = QString("是否删除用户<%1>?").arg(user.name);
    if(QMessageBox::No == QMessageBox::question(this, "注意", tips, QMessageBox::Yes|QMessageBox::No, QMessageBox::No))
        return;

    proto_0x15_delete_finger(user.finger);

    sql_user_del(id);

    sqlmodel->select();
    sqlmodel->submitAll();
}

void MainWindow::on_historyBtn_clicked()		//历史记录
{
    if(ui->historyBtn->isChecked())
    {
        set_table_view(SQL_TABLE_HISTORY);
        ui->tableView->setHidden(false);
    }
    else
    {
        ui->tableView->setHidden(true);
    }
}

void MainWindow::on_openDoorBtn_clicked()	//开门
{
    if(!mainwindow->tcp_connect)
        return;

    proto_0x10_opendoor(1);

    history_info_t history;
    memset(&history, 0, sizeof(history_info_t));
    QDateTime dtime = QDateTime::currentDateTime();
    QString str_dtime = dtime.toString("yyyy-MM-dd hh:mm:ss");
    history.time = dtime.toTime_t();
    strncpy(history.time_str, str_dtime.toLatin1().data(), TIME_STR_LEN);
    strncpy(history.name, "管理员", USER_NAME_LEN);
    sql_history_write(&history);
}

void MainWindow::on_exitBtn_clicked()	//退出
{
    loginDialog_init();
    delete this;
}

3.2.3 SQL数据库

用户数据是用SQLite数据库存储的,建立2个数据表:用户表(用户信息)、记录表(开门历史);数据库的操作就是插入添加、删除、查询等动作。

创建数据表:

cpp 复制代码
static int sql_create_user_tbl(void)
{
    QString sql_cmd;
    int ret = 0;

    sql_mutex.lock();
    sql_cmd = QString("create table if not exists %1("
                      "%2 int primary key not null,"
                      "%3 char(32),"
                      "%4 char(16), "
                      "%5 char(32), "
                      "%6 int);")
                    .arg(SQL_TABLE_USER)
                    .arg(SQL_COL_ID)
                    .arg(SQL_COL_NAME)
                    .arg(SQL_COL_PHONE)
                    .arg(SQL_COL_CARD)
                    .arg(SQL_COL_FINGER);
    qDebug() << sql_cmd;
    if(!sqlquery->exec(sql_cmd))
    {
        qDebug() << "sql exec failed!" ;
        ret = -1;
    }

    sql_mutex.unlock();

    return ret;
}

int sql_create_history_tbl(void)
{
    QString sql_cmd;
    int ret = 0;

    sql_mutex.lock();
    sql_cmd = QString("create table if not exists %1("
                      "%2 int primary key not null,"
                      "%3 char(32),"
                      "%4 int, "
                      "%5 char(32), "
                      "%6 char(32), "
                      "%7 int);")
                    .arg(SQL_TABLE_HISTORY)
                    .arg(SQL_COL_TIME)
                    .arg(SQL_COL_TIME_STR)
                    .arg(SQL_COL_ID)
                    .arg(SQL_COL_NAME)
                    .arg(SQL_COL_CARD)
                    .arg(SQL_COL_FINGER);
    qDebug() << sql_cmd;
    if(!sqlquery->exec(sql_cmd))
    {
        qDebug() << "sql exec failed!" ;
        ret = -1;
    }

    sql_mutex.unlock();

    return ret;
}

添加、删除、读取:
int sql_user_add(user_info_t *user)
{
    QString sql_cmd;
    int ret = 0;

    sql_mutex.lock();

    sql_cmd = QString("insert into %1(%2,%3,%4,%5,%6) "
                        "values(%7,'%8','%9','%10',%11);")
                        .arg(SQL_TABLE_USER)
                        .arg(SQL_COL_ID)
                        .arg(SQL_COL_NAME)
                        .arg(SQL_COL_PHONE)
                        .arg(SQL_COL_CARD)
                        .arg(SQL_COL_FINGER)
                        .arg(user->id)
                        .arg(user->name)
                        .arg(user->phone)
                        .arg(user->card)
                        .arg(user->finger);
    qDebug() << sql_cmd;
    if(!sqlquery->exec(sql_cmd))
    {
        qDebug() << "sql exec failed!" ;
        ret = -1;
    }

    sql_mutex.unlock();

    return ret;
}

int sql_user_del(int id)
{
    QString sql_cmd;
    int ret = 0;

    sql_mutex.lock();

    sql_cmd = QString("delete from %1 where %2=%3;")
                        .arg(SQL_TABLE_USER)
                        .arg(SQL_COL_ID)
                        .arg(id);
    qDebug() << sql_cmd;
    if(!sqlquery->exec(sql_cmd))
    {
        qDebug() << "sql exec failed!" ;
        ret = -1;
    }

    sql_mutex.unlock();

    return ret;
}

int sql_user_read(int id, user_info_t *user)
{
    QString sql_cmd;
    int ret = -1;

    sql_mutex.lock();

    sql_cmd = QString("select * from %1 where %2=%3;")
                        .arg(SQL_TABLE_USER)
                        .arg(SQL_COL_ID)
                        .arg(id);
    qDebug() << sql_cmd;
    if(!sqlquery->exec(sql_cmd))
    {
        qDebug() << "sql exec failed!" ;
        sql_mutex.unlock();
        return -1;
    }

    if(sqlquery->next())
    {
        user->id = sqlquery->value(0).toInt();
        strcpy(user->name, (char *)sqlquery->value(1).toString().toLocal8Bit().data());
        strcpy(user->phone, (char *)sqlquery->value(2).toString().toLocal8Bit().data());
        strcpy(user->card, (char *)sqlquery->value(3).toString().toLocal8Bit().data());
        user->finger = sqlquery->value(4).toInt();
        ret = 0;
    }

    sql_mutex.unlock();

    return ret;
}

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