【瑞萨RAMCU创意氛围赛作品赏析】项目18——智能门锁

瑞萨MCU小百科 2023-12-18 12:00


本项目是基于启明6M5开发板设计一个门锁系统,通过板载ESP8266网络将验证码发送至云端,用户通过手机上接受到的验证码打开门锁。项目功能演示如下:



一   硬件设计



拓展板原理图:

绘制拓展板时计划使用到液晶屏,摄像头和指纹模块,扬声器等外设,所以绘制PCB时都加上去了,改了两次板后依旧还有些硬件问题没解决,加上软件没调好,目前只能通过使用触摸屏来驱动舵机。图中的GD32f103芯片打算作为摄像头OV7670和液晶屏的中转,由于我使用的OV7670不带缓存,故打算用GD32将16位的图像数据通过8080时序直接传输给LCD,目前还没调通该部分。



二   软件设计



该系统中主要使用到了timer控制舵机完成开门和及时关门的操作,使用RNG寄存器实现得到随机的开锁密码,通过ESP8266传输给手机设备,使用RTC更新当前时间。


(1)ESP8266
该模块使用Arduino软件进行编程,主要功能为获取时间和MQTT协议通讯,具体代码如下:

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#include #include #include #include #include 
const char *ssid     = "CMCC-416";//const char *password = "12345678";//const char* mqtt_server = "114.55.65.118";//MQTT服务器地址
char msg[200];int msg_ind=0;
WiFiUDP ntpUDP;NTPClient timeClient(ntpUDP, "ntp1.aliyun.com", 60*60*8, 30*60*1000);
WiFiClient espClient;PubSubClient client(espClient);
void setup(){  Serial.begin(115200);  WiFi.begin(ssid, password);
 while ( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) {    delay ( 500 );    Serial.print ( "." );  }
 client.setServer(mqtt_server, 1883);//设置MQTT服务器和端口号  client.setCallback(callback);   //设置MQTT回传函数  timeClient.begin();  while (!client.connect("ESP8266Client")) {    Serial.print ( "-" );    delay ( 500 );  }//以ESP8266Client身份连接MQTT服务器  Serial.print ("MQTTsuccess" );  client.subscribe("RA6M5/1");}
void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {  if (strstr((char*)payload,(char*)"askInfo")!=NULL)//从单片机中获取当前信息  {    Serial.print("ANDROID_ASKINFO\n");  }}
void loop() {  client.loop();//循环调用回传函数,当订阅的主题有新消息时能马上进入callback函数  while(Serial.available()>0)//读取串口  {    char recvData =  Serial.read();    msg[msg_ind++] = recvData;//逐个字符写入串口接收缓存区    delay(100);    if (recvData=='\n'){//      Serial.print("Time:");//      Serial.print(msg);      if (strstr(msg,(char*)"{"))//当串口接受的最后一个字符是'\n'结尾时,对所有缓存区域进行处理      {        if (client.connect("ESP8266Client")) {//以ESP8266Client身份连接MQTT服务器          client.publish("RA6M5/2", msg,msg_ind-1);   //将缓存区数据以RA6M5/2主题发布        }        msg_ind=0;//刷新串口接收缓存      }      else if (strstr(msg,(char*)"GETTIME")){        timeClient.update();        //获取时间戳        //unsigned long epochTime = timeClient.getFormattedTime();        Serial.print("Time:");        Serial.println(timeClient.getEpochTime());        msg_ind=0;//刷新串口接收缓存      }      else if (strstr(msg,(char*)"WIFISTATE")){        if ( WiFi.status() == WL_CONNECTED ) {          int rss=WiFi.RSSI();          if (rss<=0&&rss>=-50)            Serial.println ( "WIFI:3" );          else if (rss<=-50&&rss>=-70)            Serial.println ( "WIFI:2" );          else if (rss<=-70&&rss>=-80)            Serial.println ( "WIFI:1" );          else if (rss<=-80&&rss>=-100)            Serial.println ( "WIFI:0" );        }else{          Serial.println ( "WIFI:No" );        }      }    }  }}


(2)上位机部分
 该部分使用Android Studio编写,主要代码如下:

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public class MainActivity extends AppCompatActivity {    private static IntentFilter action;    RecyclerView recycler;
   private final String payloadJson1="{"ParkingState":1}";
   final int POST_DEVICE_PROPERTIES_SUCCESS = 1002;    final int POST_DEVICE_PROPERTIES_ERROR = 1003;    final int UPDATE_UI = 1004;    private MqttClient mqttClient=null;    private String responseBody = "";    private static final String TAG =MainActivity.class.getSimpleName();    private ArrayList datas = new ArrayList<>();    private String temper_str="未知";    private String humdity_str="未知";    private String passwd_str="未知";    private dataBean bean = new dataBean();
   MyAdapter adapter;
   private Handler mHandler = new Handler() {        @Override        public void handleMessage(Message msg) {            switch (msg.what) {                case POST_DEVICE_PROPERTIES_SUCCESS:                    showToast("发送数据成功");                    break;                case POST_DEVICE_PROPERTIES_ERROR:                    showToast("post数据失败");                    break;                case UPDATE_UI:                    SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("yyyy.MM.dd\nHH:mm:ss");                    Date curDate = new Date(System.currentTimeMillis());                    String str_time = formatter.format(curDate);                    datas.clear();                    bean = new dataBean("湿度",humdity_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_humdity, null));                    datas.add(bean);                    bean = new dataBean("温度",temper_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_temperature, null));                    datas.add(bean);                    bean = new dataBean("验证码",passwd_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_temperature, null));                    datas.add(bean);                    adapter.notifyDataSetChanged();                    break;
           }        }    };

   @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);
       recycler = findViewById(R.id.recyclerView);
       RefreshLayout refreshLayout = (RefreshLayout) findViewById(R.id.refreshLayout);        refreshLayout.setRefreshHeader(new ClassicsHeader(this));         refreshLayout.setRefreshFooter(new ClassicsFooter(this));        refreshLayout.setOnRefreshListener(new OnRefreshListener() {            @Override            public void onRefresh(RefreshLayout refreshlayout) {                refreshlayout.finishRefresh(2000/*,false*/);//传入false表示刷新失败                mHandler.postDelayed(() -> postDeviceProperties1(), 1000);            }        });        refreshLayout.setOnLoadMoreListener(new OnLoadMoreListener() {            @Override            public void onLoadMore(RefreshLayout refreshlayout) {                refreshlayout.finishLoadMore(2000/*,false*/);//传入false表示加载失败                mHandler.postDelayed(() -> postDeviceProperties1(), 1000);            }        });
       new Thread(() -> initMQTTClient()).start();
       SimpleDateFormat formatter = new SimpleDateFormat("yyyy.MM.dd\nHH:mm:ss");        Date curDate = new Date(System.currentTimeMillis());        String str_time = formatter.format(curDate);
       bean = new dataBean("湿度",temper_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_humdity, null));        datas.add(bean);        bean = new dataBean("温度",humdity_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_temperature, null));        datas.add(bean);        bean = new dataBean("验证码",passwd_str,str_time,getResources().getDrawable(R.drawable.ic_temperature, null));        datas.add(bean);

       //适配器        adapter = new MyAdapter(this, datas);        //布局        LinearLayoutManager manager = new LinearLayoutManager(this);        //设置布局        recycler.setLayoutManager(manager);        //设置动画        recycler.setItemAnimator(new DefaultItemAnimator());        //设置适配器        recycler.setAdapter(adapter);

   }
   private void initMQTTClient() {
       try {            // cn-shanghai            String targetServer ="tcp://114.55.65.118:1883";            String mqttclientId = "RA6M5_Android1";            String mqttUsername = "RA6M5_Android_User1";            String mqttPassword = "123456";            connectMqtt(targetServer, mqttclientId, mqttUsername, mqttPassword);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            responseBody = e.getMessage();            mHandler.sendEmptyMessage(POST_DEVICE_PROPERTIES_ERROR);        }    }
   public void connectMqtt(String url, String clientId, String mqttUsername, String mqttPassword) throws Exception {
       MemoryPersistence persistence = new MemoryPersistence();        mqttClient = new MqttClient(url, clientId, persistence);        MqttConnectOptions connOpts = new MqttConnectOptions();        // MQTT 3.1.1        connOpts.setMqttVersion(4);        connOpts.setAutomaticReconnect(true);        connOpts.setCleanSession(true);
       connOpts.setUserName(mqttUsername);        connOpts.setPassword(mqttPassword.toCharArray());        connOpts.setKeepAliveInterval(60);
       mqttClient.connect(connOpts);        mqttClient.setCallback(new MqttCallback() {            @Override            public void connectionLost(Throwable cause) {                Log.e(TAG, "cause ---> " + cause);            }
           @Override            public void messageArrived(String topic, MqttMessage message) throws Exception {                Log.e(TAG, "topic ---> " + topic + "       message--->" + message);                if (topic.equals("RA6M5/2")){                    String mqtt_str = new String(message.getPayload());                    JSONObject json = new JSONObject(mqtt_str);                    temper_str = json.getString("temper");                    humdity_str = json.getString("humdity");                    passwd_str = json.getString("passwd");                    mHandler.sendEmptyMessage(UPDATE_UI);                    Log.e(TAG, "update--finish ");
               }            }
           @Override            public void deliveryComplete(IMqttDeliveryToken token) {                Log.e(TAG, "token ---> " + token);            }        });        mqttClient.subscribe("RA6M5/2");        Log.d(TAG, "connected " + url);    }
   private void showToast(String msg) {        Toast.makeText(MainActivity.this, msg,Toast.LENGTH_SHORT).show();    }
   private void postDeviceProperties1() {        try {
           Random random = new Random();
           //上报数据            String payload = "askInfo";            responseBody = payload;            MqttMessage message = new MqttMessage(payload.getBytes("utf-8"));            message.setQos(1);
           String pubTopic = "RA6M5/1";            mqttClient.publish(pubTopic, message);            Log.d(TAG, "publish topic=" + pubTopic + ",payload=" + payload);            mHandler.sendEmptyMessage(POST_DEVICE_PROPERTIES_SUCCESS);        } catch (Exception e) {            e.printStackTrace();            responseBody = e.getMessage();            mHandler.sendEmptyMessage(POST_DEVICE_PROPERTIES_ERROR);            Log.e(TAG, "postDeviceProperties error " + e.getMessage(), e);        }    }}


(3)单片机部分
 该部分使用Android Studio编写,主要代码如下:    

1、屏幕显示部分

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void LCD_thread_entry(void * pvParameters){                uint32_t lValueToRece;                uint16_t pos_x=0,pos_y=0;                EventBits_t Eventbits;                BaseType_t err = pdFALSE;                unsigned char touch_vals[4];                unsigned char touch_tmp=0;                xEventGroupClearBits(g_new_event_LCD,0x7);                xEventGroupSetBits(g_new_event_LCD,0x1);                FSP_PARAMETER_NOT_USED(pvParameters);                R_IOPORT_Open(&g_ioport_ctrl, g_ioport.p_cfg);                LCD_Init();                WIFI_Init();                PWM_Init();                R_GPT_Open(&g_timer0_ctrl, &g_timer0_cfg);                R_GPT_Start(&g_timer0_ctrl);                R_GPT_Disable(&g_timer0_ctrl);                LCD_Clean(BLUE);//BLUE                Draw_Square_Back(18,180,100,56,BRRED,LIGHTBLUE,array_renlian);                Draw_Square_Back(18,240,100,56,BRRED,LIGHTBLUE,array_mima);//                LCD_ShowPic(18,180,27,40,gImage_temp,BLUE);//                LCD_ShowPic(18,240,27,40,gImage_humdity,BLUE);                R_SCI_UART_Write(&g_uart9_wifi_ctrl, (const uint8_t*)"GETTIME\n", 8);                mbedtls_platform_setup(&ctx);                RM_PSA_CRYPTO_TRNG_Read(passwd_Byte+6,6,&passwd_num);                /* TODO: add your own code here */                while(1)                {                        Eventbits = xEventGroupGetBits(g_new_event_LCD);                        if ((Eventbits&0x1)==0x1){//显示时间                                //更新wifi数据                                wifi_analysis();                                DHT11_Read();                                err = xQueueReceive(g_touch_queue,&lValueToRece,20);                                                if (err==pdTRUE){                                                pos_x = lValueToRece>>16;                                                pos_y = lValueToRece & 0xffff;                                                if ((pos_x>18)&&(pos_x<118))                                                {                                                        if ((pos_y>180)&&(pos_y<236))                                                        {                                                                taskENTER_CRITICAL();                                                                LCD_Fill(0,0,239,319,WHITE);//BLUE                                                                taskEXIT_CRITICAL();                                                        }else if ((pos_y>240)&&(pos_y<316))                                                        {                                                                xSemaphoreGive(g_rtc_binSem);                                                                xEventGroupClearBits(g_new_event_LCD,0x7);                                                                xEventGroupSetBits(g_new_event_LCD,0x4);                                                                taskENTER_CRITICAL();                                                                LCD_Fill(0,0,239,319,WHITE);//BLUE                                                                LCD_Disp_KeyBoard();                                                                getKeyBoardTRNG();                                                                taskEXIT_CRITICAL();                                                        }                                                }                                }                        }else if((Eventbits&0x4)==0x4){
                               err = xQueueReceive(g_touch_queue,&lValueToRece,20);                                if (err==pdTRUE){                                        touch_tmp  = LCD_Read_KeyBoard((unsigned short)(lValueToRece>>16),lValueToRece&0xffff);                                        if (touch_tmp==0xff){                                                minLCD_Key_Loc();                                        }else if (touch_tmp<10)                                        {                                                if (getLCD_Key_Loc()>0)                                                touch_vals[getLCD_Key_Loc()-1] = touch_tmp;                                        }                                        LCD_Disp_Passwd(touch_vals,getLCD_Key_Loc());                                        if (getLCD_Key_Loc()==4)                                        {                                                //校验                                                if ((touch_vals[0]==(passwd_Byte[0]-'0'))                                                        &&(touch_vals[1]==(passwd_Byte[1]-'0'))                                                        &&(touch_vals[2]==(passwd_Byte[2]-'0'))                                                        &&(touch_vals[3]==(passwd_Byte[3]-'0'))                                                        )                                                {                                                        lockState=false;                                                        R_GPT_Enable(&g_timer0_ctrl);                                                        xEventGroupClearBits(g_new_event_LCD,0x7);                                                        xEventGroupSetBits(g_new_event_LCD,0x1);                                                        taskENTER_CRITICAL();                                                        LCD_Fill(0,0,239,319,BLUE);//BLUE                                                        taskEXIT_CRITICAL();                                                        xSemaphoreGive(g_flush_semaphore);                                                        R_SCI_UART_Write(&g_uart9_wifi_ctrl, (const uint8_t*)"GETTIME\n", 8);                                                }                                        }                                }
                       }                        if (lockState){//关着                                PWM_Update(5);                        }                        else{                                PWM_Update(10);//打开                        }                }}


void uart9_wifi_callback(uart_callback_args_t * p_args){         switch(p_args->event)         {         case UART_EVENT_RX_CHAR:                                        wifi_rece_buff[wifi_rece_len++] = p_args->data&0xff;                                        if (p_args->data=='\n'){                                                flag_wifi_rece=true;                                        }                                            break;                 case UART_EVENT_TX_COMPLETE:
                       break;         default:            break;     }}
void lock_timer0_callback(timer_callback_args_t * p_args){        if (TIMER_EVENT_CYCLE_END == p_args->event)        {                        lockState=true;                        R_GPT_Disable(&g_timer0_ctrl);        }


 2、触摸部分

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void Touch_thread_entry(void * pvParameters){                FSP_PARAMETER_NOT_USED(pvParameters);                bool Touch_flag_time=true;                bsp_io_level_t state;                fsp_err_t err = FSP_SUCCESS;                /* Open ICU module */                err = R_ICU_ExternalIrqOpen(&g_external_irq4_ctrl, &g_external_irq4_cfg);                /* 允许中断 */                err = R_ICU_ExternalIrqEnable(&g_external_irq4_ctrl);                /* TODO: add your own code here */                while(1)                {
                      if (flag_touch_start){                                if (Touch_num==6){                                        uint32_t lValueToSend;                                        flag_touch_start = false;                                        Touch_coordinate_xsum = Touch_coordinate_xsum-Touch_coordinate_xmax-Touch_coordinate_xmin;                                        Touch_coordinate_xsum >>=2;                                        Touch_coordinate_ysum = Touch_coordinate_ysum-Touch_coordinate_ymax-Touch_coordinate_ymin;                                        Touch_coordinate_ysum >>=2;                                        Touch_corrdinate_pixel(Touch_coordinate_xsum,Touch_coordinate_ysum);                                        lValueToSend = Touch_coordinate_xpix;                                        lValueToSend <<=16;                                        lValueToSend |= Touch_coordinate_ypix;                                        xQueueSendToBack(g_touch_queue,&lValueToSend,100000);                                        Touch_num=0;                                        vTaskDelay(100);                                }else{                                        taskENTER_CRITICAL();        //进入基本临界区                                        touch_curr_x = Touch_Write_CMD(READ_CHANNEL_X);                                        touch_curr_y = Touch_Write_CMD(READ_CHANNEL_Y);                                        taskEXIT_CRITICAL();                                        if (Touch_num==0)                                        {                                                Touch_coordinate_xmax=touch_curr_x;                                                Touch_coordinate_xmin=touch_curr_x;                                                Touch_coordinate_ymax=touch_curr_y;                                                Touch_coordinate_ymin=touch_curr_y;                                                Touch_coordinate_xsum = touch_curr_x;                                                Touch_coordinate_ysum = touch_curr_y;                                        }else{                                                Touch_coordinate_average(touch_curr_x,0);                                                Touch_coordinate_average(touch_curr_y,1);                                        }                                        Touch_num++;                                }                        }else{                                if (Touch_flag_time)                                        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LCD_SCK, BSP_IO_LEVEL_LOW);                                else                                        R_IOPORT_PinWrite(&g_ioport_ctrl, LCD_SCK, BSP_IO_LEVEL_HIGH);                                R_IOPORT_PinRead(&g_ioport_ctrl, LCD_IRQ, &state);                                if (state==BSP_IO_LEVEL_LOW){                                        flag_touch_start=true;                                }                                vTaskDelay(10);                        }       //退出基本临界区                        vTaskDelay(10);//                                        xSemaphoreTake(g_touch_binary_semaphore,portMAX_DELAY);                }}



3、RTC部分


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void RTC_thread_entry(void * pvParameters){        FSP_PARAMETER_NOT_USED(pvParameters);        EventBits_t Eventbits;        BaseType_t err = pdFALSE;        /* TODO: add your own code here */        while(1)        {                Eventbits = xEventGroupGetBits(g_new_event_LCD);                if ((Eventbits&0x1)==0x1)//显示时间                {                        xSemaphoreTake(g_rtc_binSem,portMAX_DELAY);                        taskENTER_CRITICAL();                        Time_Update();                        taskEXIT_CRITICAL();                        err = xSemaphoreTake(g_flush_semaphore,20);                        if (err==pdTRUE)                        {                                taskENTER_CRITICAL();                                Draw_Square_Back(18,180,100,56,BRRED,LIGHTBLUE,array_renlian);                                Draw_Square_Back(18,240,100,56,BRRED,LIGHTBLUE,array_mima);                                taskEXIT_CRITICAL();                        }                }                else{                        if (first_Disp){                                LCD_Fill(0,131,239,50,WHITE);                                Draw_Square(10,140,60,50,RED,GREEN,4);//4                                Draw_Square(90,140,60,50,RED,GREEN,5);//5                                Draw_Square(170,140,60,50,RED,GREEN,6);//6                                first_Disp--;                        }                        vTaskDelay(1000);                }        }}

void rtc_lcd_callback(rtc_callback_args_t * p_args){        switch (p_args->event)          {                 /*若是周期中断,则更新日期*/                 case RTC_EVENT_PERIODIC_IRQ:
                       /*获取当前时间*/                        R_RTC_CalendarTimeGet (g_rtc_lcd.p_ctrl, lcd_time);                        xSemaphoreGiveFromISR(g_rtc_binSem,NULL);                        break;                 default:                        break;          }}




三   项目效果图




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