自制Arduino RFID門(mén)鎖

這篇文章來(lái)源于DevicePlus.com英語(yǔ)網(wǎng)站的翻譯稿。

已經(jīng)煩透了丟失鑰匙或者忘記帶鑰匙而被鎖在門(mén)外嗎？好吧，讓我來(lái)為您提供一個(gè)完美的解決方案！今天，我們將制作一款Arduino RFID門(mén)鎖。我想要找到一種簡(jiǎn)單并且安全的方法來(lái)鎖門(mén)，而不必購(gòu)買(mǎi)一個(gè)昂貴的裝置。接下來(lái)，我們將要學(xué)習(xí)射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)并將其應(yīng)用到無(wú)線(xiàn)通信中。

什么是RFID？

“RFID表示射頻識(shí)別，[…]RFID的作用與信用卡或者ATM卡背面的條形碼或磁條相同；它為物體提供了唯一的標(biāo)識(shí)符。而且，就像必須掃描條形碼或詞條才能獲取信息一樣，RFID設(shè)備必須經(jīng)過(guò)掃描才能獲取相關(guān)的識(shí)別信息?！报C 摘自?Technovelgy，一個(gè)記錄科學(xué)技術(shù)與科幻創(chuàng)意的網(wǎng)站。

在本項(xiàng)目中通過(guò)使用RFID技術(shù)來(lái)從RFID標(biāo)簽中讀取數(shù)據(jù)，并將信息發(fā)送到MCU的非易失性存儲(chǔ)器。從標(biāo)簽讀取的ID與存儲(chǔ)的信息進(jìn)行比較，如果匹配，則門(mén)將被解鎖/打開(kāi)。

硬件

Arduino Nano

RFID RC522

壓電蜂鳴器

2x LED

2x 330 電阻

4×4 鍵盤(pán)

LCD適配器I2C

LCD16X2BL

軟件

Arduino IDE

SketchUp

Github

將LCD 連接到Arduino

LCD有16個(gè)引腳，對(duì)于Arduino Nano來(lái)說(shuō)引腳數(shù)量過(guò)多，因此一定要使用I2C適配器，如此一來(lái)可以?xún)H通過(guò)Arduino的兩個(gè)信號(hào)引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能。這很有幫助，因?yàn)檫@種情況下需要通過(guò)MCU控制的引腳數(shù)量就會(huì)很少。

圖1：LCD引腳

LCD具有并行接口，這意味著MCU必須同時(shí)操控多個(gè)接口引腳來(lái)對(duì)顯示進(jìn)行控制。下表提供了每個(gè)引腳的說(shuō)明：

圖2：引腳規(guī)格

首先，我們將在LCD和I2C之間建立連接。為此，我們需要一個(gè)I2C LCD顯示適配器（LCD1602）。該適配器將16 x 2字符LCD顯示轉(zhuǎn)換為串行I2C LCD，僅用兩根導(dǎo)線(xiàn)連接即可通過(guò)Arduino進(jìn)行控制。

圖3：Arduino和LCD之間的連接

接下來(lái)，我們將在Arduino IDE中添加庫(kù)“”。我們可以通過(guò)該庫(kù)將LCD連接到Arduino。內(nèi)置的LiquidCrystal_I2C庫(kù)可以輕松實(shí)現(xiàn)在LCD屏幕上顯示字母。

您可以點(diǎn)擊此處下載LiquidCrystal_I2C.h。

請(qǐng)按照以下步驟將新的庫(kù)安裝到您的Arduino IDE中：

1) 首先，從Github上下載文件（我將要下載的是Keypad庫(kù)）。

2) 壓縮(.zip)每個(gè)文件夾。

3) 拷貝.zip文件到您的Arduino文件夾中。

4) 打開(kāi)Arduino并添加Keypad.zip：：Sketch menu > Include Library > Add .ZIP Library。

5) 添加keypad庫(kù)：Sketch menu > Include Library > Keypad.

測(cè)試LCD的代碼：

#include 

#include 

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display

void setup() {

lcd.begin();// initialize the LCD

lcd.backlight();// Turn on the blacklight and print a message.

lcd.backlight();

lcd.print("Hello, world!");

}

void loop() {

}

圖4：連接到Arduino Nano的LCD

連接鍵盤(pán)

現(xiàn)在，要進(jìn)入鍵盤(pán)部分了！我們將要對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)在LCD上顯示從鍵盤(pán)輸入的數(shù)字。

Keypad.h 是一個(gè)讓Arduino能夠從鍵盤(pán)讀取矩陣類(lèi)型鍵盤(pán)數(shù)據(jù)的庫(kù)。

在本教程中我使用的是一個(gè) 4×4 鍵盤(pán)。

下表顯示了Arduino開(kāi)發(fā)板與鍵盤(pán)之間的連接情況。鍵盤(pán)引腳連接到Arduino的數(shù)字輸出引腳。D6引腳是PWM引腳，因此用于蜂鳴器。

圖5：Arduino、LCD以及鍵盤(pán)之間的連接

圖6：連接到Arduino的LCD和鍵盤(pán)

連接RFID

接下來(lái)，我們將添加RFID。在這種情況下，RFID板使用SPI通信協(xié)議，其中Arduino將作為主機(jī)，而RFID閱讀器將作為從機(jī)。讀卡器和標(biāo)簽將被設(shè)計(jì)為以13.56MHz大小的頻率進(jìn)行通信。

這是很重要的一步，因?yàn)镽FID會(huì)幫助我們從卡上讀取數(shù)據(jù)，并且確定ID是否對(duì)應(yīng)于EEPROM中存儲(chǔ)的信息。如果匹配，我們就能夠進(jìn)入房間并顯示“解鎖”。否則，LCD將顯示“鎖定”。

圖7： Arduino、LCD以及RFID之間的連接

圖8： Arduino、LCD以及RFID

添加蜂鳴器以及LED

下一步是添加一個(gè)蜂鳴器和2個(gè)LED，以模擬被控制訪問(wèn)系統(tǒng)的狀況。請(qǐng)查看下面的接線(xiàn)圖（圖9）。我們?cè)O(shè)置了一個(gè)蜂鳴器，可以在獲得訪問(wèn)權(quán)限（解鎖）時(shí)蜂鳴。鎖定時(shí)，紅色LED始終亮起，解鎖時(shí)，綠色LED會(huì)亮起。

為了保護(hù)這些設(shè)備模塊，我決定用3D打印制造出收納的盒子。如果您沒(méi)有3D打印機(jī)，可以使用一個(gè)可以盛放所有組件的塑料盒。這會(huì)很有幫助，因?yàn)檫@樣一來(lái)這些模塊將會(huì)被放置于內(nèi)部，只有LED、鍵盤(pán)和LCD會(huì)放置在盒子外。

圖9：Nano、 LCD、鍵盤(pán)、RFID和蜂鳴器連接接線(xiàn)圖

制造收納的盒子

對(duì)于本項(xiàng)目，我想要制造一個(gè)自定義的盒子來(lái)收納所有的組件，并保護(hù)這些組件不被損壞。

我使用SketchUp設(shè)計(jì)了一個(gè)盒子，這個(gè)軟件具有用戶(hù)友好型界面，有一些簡(jiǎn)單的操作按鈕，如橡皮擦、線(xiàn)條和卷尺工具等。

盒子的尺寸是 120x125x37 mm。

如果您對(duì)Sketchup不熟悉，建議您點(diǎn)擊此處閱讀一些Sketchup教程。

圖10：收納盒子（頂部視圖）

圖11：收納盒子（底部視圖）

設(shè)計(jì)盒子時(shí)，我考慮了以下尺寸：

頂部視圖：

2 個(gè)用于LED的開(kāi)口 (5.2 mm)

1 個(gè)用于LCD的開(kāi)口 (42.2×7.3 mm)

1 個(gè)用于線(xiàn)纜的開(kāi)口(16×10.5 mm)span>

底部視圖

1 個(gè)用于鍵盤(pán)的開(kāi)口(27×10 mm)

在測(cè)量了組件的尺寸之后，我設(shè)計(jì)了一個(gè)非常緊湊的盒子。您可以根據(jù)自己的喜好對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改。

圖12：內(nèi)部裝有模塊的完整收納盒

代碼流程圖

完整代碼

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include



int relPin;

int state=0;

byte  COD[10];

byte  AUX[10];

int k=0;

String ;

String ;

//NFC

#define RST_PIN   9

#define SS_PIN 10   

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);



//KEYPAD

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

const byte numCols= 4; //number of columns 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);

  //NFC

  Serial.begin(9600);  // Initialize serial communications with the PC

  while (!Serial);  // Do nothing if no serial port is opened

  SPI.begin(); // Init SPI bus

 mfrc522.PCD_Init();     // Init MFRC522 card



 for (byte i = 0; i < 6; i++) {        

key.keyByte[i] = 0xFF;

 }

lcd.begin();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.clear();

lcd.print( "BLOCKED" );

}



void  readNFC(){   // This function will read the code stored on  

 for (byte i =0; i<(mfrc522.uid.size); i++) {  // the  UID

   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++){                       //The UID cannot be stored on

switch(i%4){                                                     // one variable, it was needed to be

      case 1 :{AUX[0]=EEPROM.read(i); break;}     // split

      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] ){                                      //Verify if the code is in EEPROM

         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 aux2=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(aux2+1,COD[0]);  //Writing code in EEPROM

         EEPROM.write(aux2+2,COD[1]);

         EEPROM.write(aux2+3,COD[2]);

         EEPROM.write(aux2+4,COD[3]);



         aux2=aux2+4; // Position for a new code

         Serial.println("aux2");

         Serial.println(aux2);

         EEPROM.write(0,0);

         EEPROM.write(0,aux2);    

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print("CODE PAIRED");

         delay(2000);}   

 }



boolean validationNFC(){

  boolean c=false;

  for(int i=1;i<=EEPROM.read(0);i++){   //Read the EEPROM

      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; //Verify if the code is in EEPROM and make flag=true;

     }

}       

  return c;  

}



int compareCODE(String a)    //We type a code on keypad and this will be compared

{ //with the accessCode;

 if(a.equals(accessCode))    

return 1;

 else if(a.equals(codpairing)) return 2;

 else return 0;  

}



String takeCode(char x) //Will display on the LCD the code typed

{ 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(); //Waits for 8 keys to be pressed and after that  

     lcd.print('X');} //is taking the decision

 vec[8]=NULL;

 String str(vec);

 return str;

}  



  void loop() {

   

  switch(state){

  case 0: {

    mfrc522.PCD_Init();

    if (  mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){

   

    readNFC(); //It will read the card and it will search for UID in its

    if(validationNFC()) //memory

       { state=1;

        lcd.clear();

        lcd.setCursor(0,0);

lcd.print( "VALID NFC CODE" ); //The door will be opened

        delay(1000);

        return;

       }

    else{

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print( "INVALID NFC CODE" ) //If the code was wrongblocked

         delay(1000);

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.clear();

         lcd.print( "BLOCKED" );

         return;

        }

    }      

 

char c=myKeypad.getKey();

  if(c != NO_KEY){

   

String codcurent=takeCode(c);

int A=compareCODE(codcurent);

  if(A==0){                                //A is a variable that stores the current code

   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);

   state = 1;

   Return;

}

  if(A==2); {

state=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); //The red LED will be off

    digitalWrite(A2,HIGH); //The green LED will be on

    tone(6,3000,5010); //The buzzer will make a sound

    delay(5000); //After 5 seconds the system will be blocked

    digitalWrite(A3,HIGH);

    digitalWrite(A1,HIGH);

    digitalWrite(A2,LOW);

    state=0;

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.clear();

    lcd.print( "BLOCKED" );

return;

    }



  case 2:{

   mfrc522.PCD_Init();

      if (  mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){

      readNFC();

      pairNFC();

      state=0;

      delay(2000);

      lcd.clear();

      lcd.setCursor(0,0);

      lcd.print( "BLOCKED" );   }

 

break;

}

}

}

結(jié)論

至此，我們成功制作了一款低成本的Arduino RFID門(mén)鎖。對(duì)我來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)很有趣的項(xiàng)目，因?yàn)槲沂菫樽约菏褂枚谱鞯?。此外，制作一個(gè)這樣的設(shè)備不僅能讓您因?yàn)樽隽艘恍┯杏玫氖露a(chǎn)生滿(mǎn)足感，學(xué)習(xí)到很多知識(shí)，還能讓您對(duì)自制電子設(shè)備有初步的嘗試和體驗(yàn)。與各種各樣的開(kāi)發(fā)板打交道是非常具有挑戰(zhàn)性的。本項(xiàng)目還包含了很多有趣的課題，例如：

與其他Arduino庫(kù)一起使用

理解EEPROM的使用

使用多種通信，如I2C, SPI

點(diǎn)擊此處 閱讀本文的第二部分，我們將開(kāi)發(fā)用智能手機(jī)端解鎖的功能！查看我們的Arduino 項(xiàng)目，了解其他有趣且具有挑戰(zhàn)性的Arduino項(xiàng)目！

DevicePlus 編輯團(tuán)隊(duì)

設(shè)備升級(jí)版適用于所有熱愛(ài)電子和機(jī)電一體化的人。

審核編輯黃宇