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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：

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AS608usart3_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pwmpwm3_init(72-1, 20000-1);	//舵机要求：频率1MHz，周期20mspwm3_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：

/* 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2Sif(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：

//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);elseproto_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：

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：

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。

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：

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;
}