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带联网功能的RFID宿舍门禁

两年后又来了次总结，为什么总结？因为有门课能拿它来扯

项目介绍

涉及技术

1. 射频识别技术（Radio-frequency identification, RFID）。
2. WiFi 联网。

项目出发点

• 以更低的成本实现项目所需功能。
  1. 物料成本低。
  2. 学习成本低。
  3. 结合 RFID 与联网功能。

设计方向

• 实现一个门禁装置，该门禁装置需要允许学生卡刷卡开门，以及联网控制开门。
  • RFID的一个简单应用就是门禁装置，通过刷卡控制舵机转动，舵机拉动门锁。
  • 加上联网功能后，手机连上控制设备的WiFi，打开控制网页控制舵机转动，舵机拉动门锁。

实现效果

1. RFID: 在感应装置刷录入系统的学生卡后，可控制舵机转动。
2. WiFi: 连上 WiFi，登录控制页面后，点击控制按钮，可控制舵机转动。
3. 舵机: 舵机转动带动门锁，并打开门锁（实际实现中因舵机动力不足无法完全拉开门锁）。

实现过程

1. 选择 RFID 与 WIFI 模块、实现平台、实现语言
2. 测试 WIFI 模块与 RFID 模块
3. 实现 WIFI 功能
4. 实现 RFID 功能
5. 融合 WIFI 与 RFID 功能

路径选择

资料收集

1. 网上是否有现成或类似的方案？
2. 该方案实现效果是否满足需求？
3. 该方案所需成本是否可以接受？

确定目标

• 硬件：
  • RFID 模块：MFRC522
  • WiFi 模块：ESP8266
  • 开发板：Arduino Nano V3 CH340G
  • 舵机：SG90
• 开发平台：
  • Arduino
• 编程语言：
  • C

首次实验

实验目的

• 测试烧录与串口通信

实验结果

• Arduino 环境配置。
• 实验了 ESP8266 的烧录。
• 学习了 Lua 与 CH340 开发板通信。

测试 WiFi 模块

实验目的

• 使用 ESP8266，开放热点，建立简单网站。

实验材料

ESP8266
WiFi 模块

实验过程

1. ESP8266 环境配置
   • 环境下载速度慢：
     1. 用连谷歌的网络下载。
     2. 更换第三方下载源。
     3. 使用默认下载，然后用其它地方发布的该文件替换它（文件数量少）。
2. ESP8266 建站及开放热点
   • 参考网上的代码，搞清楚各函数意义，修改为适用于本实现的代码。
3. 测试连接
   • 根据代码写好的 WiFi 名与密码，使用手机连接 ESP8266 的热点，并在电脑上通过串口通信查看是否连接正常。

实验代码

#include         // 本程序使用 ESP8266WiFi库
#include    //  ESP8266WebServer库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(115200);          // 启动串口通讯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1esp8266_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("/", handleRoot);       //  第3章-第2节 ESP8266-NodeMCU网络服务器-1esp8266_server.onNotFound(handleNotFound);        
//--------"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);               // AP模式设定WiFi.softAP(WIFISSID,WIFIPSSD);   // WIFI热点建立Serial.printf("Success!\nWIFISSID:  %s \nWIFIPSSD:  %s \nControlWeb:  ", WIFISSID, WIFIPSSD);     // 输出相关信息Serial.println(WiFi.softAPIP());  // 输出网站地址
}void handleRoot() {   //处理网站根目录“/”的访问请求 esp8266_server.send(200, "text/plain", "ESP8266 WEB CONTROL PAGE.\n       -mwhls.top");   // NodeMCU将调用此函数。
}// 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。
}

实验结果

• ESP8266 开放热点并建站后，串口输出相关信息。
• 手机可通过 WiFi 连上 ESP8266，并连接至控制网站。

测试RFID模块

实验目的

• 使用 RC522，当校园卡刷卡时，使舵机转动。

实验材料及连线

实验过程

1. 刷卡控制舵机转动。
2. 添加学生卡为通行卡。
   • 实现刷学生卡开门。
   • 读取学生卡的 ID，并创建通行卡数组，将 ID 写入数组。
3. 舵机正转反转实现。
   • 实现拉动及恢复门锁。
   • 正转：拉动门锁。
   • 反转：恢复门锁。

实验代码

#include 
#include #define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
#define SERVO_PIN 8
#define USER_NUM 3byte servoRun = 0;              // 舵机是否运行。
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
}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    // 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。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weimiaodigitalWrite(SERVO_PIN,LOW);    // 将舵机接口电平至低delay(20-pulseWidth/1000);
}

实验结果

• RC522 读取到未录入通行数组的卡时，串口会输出对应卡 ID 信息。
• RC522 读取到学生卡时，会触发舵机转动。
• 舵机触发转动后，将正转 180 度，在 1 秒后回转180度。

连接 WiFi 模块与 RFID 模块

实验目的

• 可通过 WiFi 连接至控制网站以转动舵机；也可通过刷学生卡来转动舵机。

实验材料及连线

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-1EDh35rl-1668948818343)(https://s2.loli.net/2022/11/19/F78BNYIXUZ6Wcmr.jpg)]

实验过程

1. 开发板开启通信端口，接收外部信号。
2. WiFi 模块开放热点，并建立可交互网站。
3. 与网站交互后，WiFi 模块发送舵机转动信号至开发板，开发板触发舵机转动。
4. RC522 读取到学生卡后，开发板触发舵机转动。

实验环境

• 烧录平台：Arduino 1.8.13
• 开发板：NodeMCU 1.0

实验代码 - 开发板

/* 作者:MWHLS,主页MWHLS.TOP* 链接：http://mwhls.top/?p=659* 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 
#include 
#include               //使用Wire.h进行I2C通信#define SS_PIN 10
#define RST_PIN 9
#define SERVO_PIN 8
#define USER_NUM 3byte 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    // 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weimiaodigitalWrite(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/90578507while(0      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.");  }
}

实验代码 - WiFi 模块

/* 作者:MWHLS,主页MWHLS.TOP* 链接：http://mwhls.top/?p=659* 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             // 本程序使用 ESP8266WiFi库
#include        // ESP8266WebServer库
#include                    // 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1esp8266_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-1esp8266_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", "
");
}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。
}

实验结果

• RC522 读取到学生卡时，触发舵机转动。
• RC522 读取到未录入的卡时，串口输出卡 ID。
• 手机连接至 ESP8266 热点后，登录 192.168.4.1 ，点击 Click 以触发舵机转动。
• 舵机收到触发信号，先正转 180 度，再回转 180 度。

成果展示

视频及图片

• 没有视频图床，以后想起来再补视频。
• [外链图片转存中…(img-BEG8pHmM-1668948818344)]

材料成本

• 合计 49.75 元，其中 RC522 因为坏了一块重买了，去掉之后只有 44.95 元。

优点

1. 完成了所需功能。
2. 成本控制令我满意。
3. 学习成本低，生态好，且可直接使用 C 语言实现。

缺点

1. 舵机拉力太小，无法拉动门锁，中看不中用。
2. RC522 质量太差，第一天正常，第二天就坏了，得刷三次卡才能触发一次，不过还好当时录了视频。