带联网功能的RFID宿舍门禁(五)-项目总结(2020/12/4更新)

带联网功能的RFID宿舍门禁项目目录

Github项目地址

2020/12/4:加了项目优点,美化了排版,现在更花里胡哨了。

效果展示视频

http://pan-yz.chaoxing.com/preview/showpreview_536535694800277504.html?v=1605849878000

完成效果

  • 舵机转动:收到转动信号后,舵机正转180°,后逆转180°复原。
  • 读卡转动舵机:RC522读卡器读到已知卡时,会向舵机发送转动信号。
  • 联网控制舵机:ESP8266启动wifi后,使用任意带无线网卡的主机连接到ESP8266Web网络后,打开192.168.4.1后,可进入舵机控制页面,点击控制键后,可向舵机发送转动信号。
  • 未知卡ID读取:将nano板连接至电脑,可显示串口信息后,将未知的卡放在读卡器上,可输出卡ID。
  • 新卡添加:将卡ID加入nano代码的userCard数组中,再将USER_NUM加一,即可添加新卡,可添加校园卡并正常刷卡转动。

优点

  • 扩展性好:控制信号触发,控制信号控制装置,装置运行,三个部分均是分开运行,易于扩展。
    如需加入蓝牙控制,只需在蓝牙信号处理中将控制信号置为1即可。
    如需控制多个装置,只需将控制信号处理中增加新控制函数即可。
    如需改变开门装置,直接将舵机转动函数更换成相应控制函数即可。
  • 解决未带卡的痛点:在用户未带卡的时候可以通过wifi控制开门。
  • 组装方便:无需焊接,不用担心虚焊。
  • 成本低:在组装方便且实现基本功能的基础上,使用价格较低的器件,不购买附带多余功能的器件。

不足与改进方向

  • 舵机环形转动,拉动宿舍门栓时会转到一个地方卡主,即因为不能平行拉动,无法正常拉动门栓,于是换了一栋楼尝试。
    舵机力量太小,在另一栋楼又无法拉动门栓。
    改进方向:改用平移的舵机,或使用拉力更大的舵机。
  • RC522质量差,在使用时,第一片RC522可正常转动,但一天后损坏,
    而后又买了一片RC522,在示例程序中也无法正常使用,只能读三次卡后,转动一次舵机,然后只能重启后才能继续读卡。
    但wifi模块始终正常运行。
    改进方向:更换读卡芯片,或换一家质量好的店铺。
  • 电源使用小米20000毫安微电流充电宝,价格将近整套材料三倍。
    改进方向:使用电池供电。

材料及费用

除自带的充电宝作为电源外,零件理论共44.6元,但实际使用中,RC522坏了一块,于是重新购买,再扣去红包折扣,实际花费44.82元。
当然,如果直接用电脑,也是不用电源的。

名称用途数量价格/元
Arduino Nano V3 及配套数据线开发板116.7
MFRC522RFID读卡器14.8
NodeMCU(CH340串口) 及配套数据线ESP8266模块114.8
SG90舵机15.1
母对母杜邦线导线131.6
公对公杜邦线导线31.6
支持微电流的两万毫安小米充电宝电源1

连线

Arduino(引脚)NodeMCU(引脚)RC522(顺序)SG90(颜色)
GNDGND
A4D1
A5D2
D9RST (2)
D10SDA (8)
D11MOSI (6)
D12MISO (5)
D13SCK (7)
3V33.3V (1)
GNDGND (3)
5V5V(红)
D8PWM信号(黄)
GNDGND (棕)

Arduino Nano代码及功能介绍

Arduino 1.8.13
开发板:Arduino Nano
处理器:ATmega328P (Old Bootloader)

代码功能介绍:

  • 基于MFRC522.h提供的实例库,实例库提供了寻卡、卡类型识别、卡验证、防碰撞等基本功能,
  • 加入了卡的存储管理数组userCard,用于存储卡ID的十进制数据。
  • 加入了舵机控制函数,收到信号后,控制舵机转动180°后,回转180°回到原位,舵机使用脉冲控制替换了舵机库控制,因此不限于特定引脚发送信号。
  • 加入了读特定卡后舵机转动功能,读到卡后,与userCard中数据对比,若相同,则向舵机发送转动信号。
  • 加入了读未知卡后串口输出卡ID功能,将卡ID添加至userCard数组后,将USER_NUM加一,即可添加新卡。
  • 加入了I2C通信函数,NodeMCU板通过I2C通信,将信号传输到Nano版,验证信号后,向舵机发送转动信号。
/* 作者:MWHLS,主页MWHLS.TOP
 * 链接:http://mwhls.top/?p=1075
 * 因为使用的不是SERVO.H库,舵机的PWM控制端口并不局限于9/10两个端口,且也不局限于仅控制两个舵机。
 * 通行卡的存储使用二维数组,将卡的UID转为十进制保存。
 * 卡的对比使用for函数遍历二维数组,对比UID是否相同。
 * 舵机启动由舵机控制变量servoRun控制,若值为1,则启动,其余不运行。
 * 接受到NodeMCU传来的信号时,舵机控制变量置1。
 * 发现通行卡时,舵机控制变量置1。
 * 参考文章:
 * 网页控制:https://blog.csdn.net/qq_46292418/article/details/106605366
 * I2C通信:https://blog.csdn.net/qq_44506730/article/details/90578507
 * RC522读卡:https://blog.csdn.net/leytton/article/details/73480974
 * 舵机控制:https://blog.csdn.net/sss_369/article/details/52894347
 */ 

#include <SPI.h>
#include <MFRC522.h>
#include <Wire.h>              //使用Wire.h进行I2C通信

#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
#define SERVO_PIN 8
#define USER_NUM 3

byte servoRun = 0;              // 舵机控制变量。
MFRC522 rfid(SS_PIN, RST_PIN);  // 实例化类
byte userCard[USER_NUM][4] = {  // 通行卡存储数组。
  {28,   184,  119,  33},
  {249,  231,  71,   179},
  {109,  242,  234,  235}
};
 
void setup() { 
  Serial.begin(9600);           // 波特率设置
  SPI.begin();                  // 初始化SPI总线
  rfid.PCD_Init();              // 初始化 MFRC522 
  pinMode(SERVO_PIN, OUTPUT);   // 舵机控制端口。
  Wire.begin(8);                // 设置与NodeMCU的通信I2C端口。
  Wire.onReceive(receiveEvent); // 信号接受处理。
}
 
void loop() {
  if(servoRun == 1){            // 舵机运行变量若为1,则运行。
    servoControl();             // 舵机控制函数。
  }
  
  if ( ! rfid.PICC_IsNewCardPresent()) return;       // 找卡
  if ( ! rfid.PICC_ReadCardSerial())   return;       // 验证NUID是否可读
  MFRC522::PICC_Type piccType = rfid.PICC_GetType(rfid.uid.sak);
  if (piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_MINI &&  // 检查是否MIFARE卡类型
    piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_1K &&
    piccType != MFRC522::PICC_TYPE_MIFARE_4K) {
    Serial.println("Can identify this card!");
    return;
  }

  byte i;
  for (i=0; i<USER_NUM;  i++){    // 判断卡是否为通行卡。
    byte i2;
    for(i2=0;  i2<4; i2++){       // 遍历userCard中所有卡。
      if(rfid.uid.uidByte[i2] != userCard[i][i2]) break;  
    }                             // break时,表示此卡不是通行卡。
    if(i2 == 4){                  // i2为4,表示此卡的四位值都验证通过。
      Serial.println("Find an accessful card.");  // 输出成功信息。
      servoRun = 1;               // 将开门变量置1。
      break;                      // 已找到通行卡,跳出循环。
    }
  }
  if(i==USER_NUM){                // 若i等于通行用户数量,则上层循环未找到通行卡。
    Serial.print("Find a unknown card, its uid:");
    for(i=0;  i<4;  i++){         // 输出此卡UID,便于后期新增通行卡。
      Serial.print(rfid.uid.uidByte[i], DEC);
      Serial.print(" ");
    }
    Serial.println();
  }
  
  rfid.PICC_HaltA();              // 使放置在读卡区的IC卡进入休眠状态,不再重复读卡
  rfid.PCD_StopCrypto1();         // 停止读卡模块编码

}

void servoControl(){              // 舵机控制函数。
  Serial.println("Servo run!");   // 函数运行输出标识。
  servoPulse(0);                  // 舵机转至0度。
  delay(1000);                    // 等待舵机运转。
  servoPulse(180);                // 舵机转至180度。
  servoRun = 0;                   // 舵机运行变量置零。
}

void servoPulse(int myangle)      // 定义一个脉冲函数,作者:https://blog.csdn.net/sss_369/article/details/52894347
{
  int pulseWidth=(myangle*11)+500;// 将角度转化为500-2480 的脉宽值
  digitalWrite(SERVO_PIN,HIGH);   // 将舵机接口电平至高
  delayMicroseconds(pulseWidth);  // 延时脉宽值的微秒数weimiao
  digitalWrite(SERVO_PIN,LOW);    // 将舵机接口电平至低
  delay(20-pulseWidth/1000);
}

void receiveEvent(int howMany){   // 定义接受联网信息函数,参考:https://blog.csdn.net/qq_44506730/article/details/90578507
  while(0<Wire.available()){      
    char c = Wire.read();
    if (c == '1')  servoRun = 1;  // 如果传入数据为1,则舵机运行变量置1。
    Serial.println("Receive an access sign from ESP8266.");  
  }
}

NodeMCU代码及功能介绍

Arduino 1.8.13
开发板:NodeMCU 1.0
其余设置默认。

代码功能介绍:

  • NodeMCU通电后自动运行代码,
  • 将使用AP模式开启一个ESP8266Web的wifi,
  • 并建立一个简单网页,
  • 网页中有一个基于I2C通信的按钮,在按下后,NodeMCU会向Nano板发送信号。
  • 将NodeMCU与主机连接,监听串口信息,在wifi开启后,串口会输出wifi相关信息,包括wifi名称,wifi密码以及控制页面地址。
/* 作者:MWHLS,主页MWHLS.TOP
 * 链接:http://mwhls.top/?p=1075
 * 通过主机连接上ESP8266热点,进入通信网址,点击CLICK按钮后,
 * 一个消息会使用I2C通信传输给Arduino,这个消息会触发舵机转动。
 * 参考文章:
 * I2C通信:https://blog.csdn.net/qq_44506730/article/details/90578507
 * 网页控制:https://blog.csdn.net/qq_46292418/article/details/106605366
 */
#include <ESP8266WiFi.h>            // 本程序使用 ESP8266WiFi库
#include <ESP8266WebServer.h>       // ESP8266WebServer库
#include <Wire.h>                   // 使用Wire.h进行I2C通信

ESP8266WebServer esp8266_server(80);// 建立ESP8266WebServer对象,对象名称为esp8266_server
                                    // 括号中的数字是网路服务器响应http请求的端口号
                                    // 网络服务器标准http端口号为80,因此这里使用80为端口号
#define WIFISSID "ESP8266Web"       // 设定ESP8266 wifi名称
#define WIFIPSSD "123456789"        // 设定wifi密码
 
void setup(void){
  Serial.begin(9600);               // 启动串口通讯
  Wire.begin(D1,D2);                // I2C通信端口
  setAP();                          // 设定AP模式,并建立热点。
  
//--------"启动网络服务功能"程序部分开始--------           // 此部分为程序为本示例程序重点1
  esp8266_server.begin();                             // 详细讲解请参见太极创客网站《零基础入门学用物联网》
  esp8266_server.on("/", HTTP_GET, handleRoot);       // 第3章-第2节 ESP8266-NodeMCU网络服务器-1
  esp8266_server.on("/CLICK", HTTP_POST, handleClick);// 处理用户点击消息。
  esp8266_server.onNotFound(handleNotFound);          // 404处理。
//--------"启动网络服务功能"程序部分结束--------
  Serial.println("HTTP esp8266_server started");      // 告知用户ESP8266网络服务功能已经启动
}
 
void loop(void){
  esp8266_server.handleClient();                      // 处理http服务器访问
}
                                                                          
void setAP(){
  WiFi.mode(WIFI_AP);                                 // 设定ESP8266的AP模式
  WiFi.softAP(WIFISSID,WIFIPSSD);                     // 设定ESP8266热点
  Serial.printf("Success!\nWIFISSID:  %s \nWIFIPSSD:  %s \nControlWeb:  ", WIFISSID, WIFIPSSD);
  Serial.println(WiFi.softAPIP());                    // 接上行,输出WIFI信息与通信网址。
}

void handleRoot() {                                   // 处理网站根目录“/”的访问请求 
  esp8266_server.send(200, "text/html", "<form action=\"/CLICK\" method=\"POST\"><input type=\"submit\" value=\"CLICK\"></form>");
}

void handleClick(){                                   // 点击消息处理函数
  Serial.println("Click.");                           
  clickTransmission();                                // 传输点击消息到Arduino板。
  esp8266_server.sendHeader("Location","/");          // 跳转回页面根目录
  esp8266_server.send(303);                           // 发送Http相应代码303 跳转  
}

void clickTransmission(){                             // 点击消息传输函数
  Wire.beginTransmission(8);                          // 开始传输
  Wire.write('1');                                    // 传 1 至Arduino版
  Wire.endTransmission();                             // 结束传输
  Serial.println("Click transmiss success.");         // 输出成功信息
}
 
// 设置处理404情况的函数'handleNotFound'
void handleNotFound(){                                        // 当浏览器请求的网络资源无法在服务器找到时,
  esp8266_server.send(404, "text/plain", "404: Not found");   // NodeMCU将调用此函数。
}

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