数字保险箱（RP2040+W5100S+指纹）第1部分
数字保险箱（RP2040+W5100S+指纹）第1部分：软件
转发: Digital Safe Box (RP2040+W5100S+FingerPrint) Part 1
项目介绍
我想用树莓派的RP2040做一个数字保险箱，有指纹识别和12个键（0~9、*、#）的触摸键盘。 并通过伺服来解锁和锁定，并通过以太网（W5100s）将锁定开关信息传输到IOT平台，再加上OLED屏幕来显示设备状态，以及蜂鸣器来警告异常情况。
通过上面的描述，这个项目中用到了很多外设
※ 舵机 (SG90)
※指纹模块
这是我很久以前买的一个模块。 该型号可以存储50组指纹，但最新型号可以存储和识别300组指纹。
※ 以太网W5100S
※ SSD1306 OLED模组
※ 蜂鸣器
※ 触摸键键盘
etc.
所以在开始PCB设计之前我做了很多测试工作，对每个模块都进行了单独的测试，除了触摸按键键盘部分，因为我想用RP2040的引脚直接支持触摸按键，而不是通过TTP224。 我没有找到可以直接触摸的测试板，所以这部分只有在我的PCB硬件从工厂带回来后才进行测试。
这次我还是想通过ChatGpt来生成我的代码，至少是辅助生成。
Q:
我想用Raspberry Pi RP2040开发一个迷你保险箱，基于Arduino，带有W5100S以太网芯片，键盘有12个触摸按钮，分别是0~9和*，#。 OLED屏幕显示状态和指纹识别。 我怎么能够？
ChatGPT:
使用您提到的组件开发迷你保险箱是一个有趣的项目！ 它涉及硬件集成、编程和一些电子知识。 以下是帮助您入门的一般路线图：
收集组件：确保您拥有所有必需的组件：Raspberry Pi RP2040、W5100S 以太网芯片、触摸按钮、OLED 屏幕、指纹传感器、电线、电源等。
设置 Raspberry Pi RP2040：通过设置必要的软件来准备 RP2040。 您需要一张 microSD 卡，上面刷入了合适的操作系统（例如 Raspberry Pi OS Lite）。 按照官方文档进行设置。
连接组件：根据数据表和引脚配置连接所有组件。 例如：
将W5100S以太网芯片连接到RP2040的SPI引脚。
使用 I2C 引脚连接 OLED 屏幕。
将触摸按钮连接到 RP2040 的 GPIO 引脚。
根据指纹传感器的数据表连接指纹传感器。
连接组件：根据数据表和引脚配置连接所有组件。 例如：将W5100S以太网芯片连接到RP2040的SPI引脚。 使用 I2C 引脚连接 OLED 屏幕。 将触摸按钮连接到 RP2040 的 GPIO 引脚。 根据指纹传感器的数据表连接指纹传感器。
安装所需的库：根据您使用的组件，您可能需要安装库才能与它们通信。 这些库将提供允许您有效地与设备交互的功能。 例如：
安装以太网芯片（W5100S）的库以启用网络通信。
安装 OLED 屏幕的库以显示状态信息。
安装指纹传感器库以捕获和识别指纹。
安装所需的库：根据您使用的组件，您可能需要安装库才能与它们通信。 这些库将提供允许您有效地与设备交互的功能。 例如：安装以太网芯片（W5100S）的库，实现网络通信。 安装 OLED 屏幕的库以显示状态信息。 安装指纹传感器库以捕获和识别指纹。
编写代码：这是您的大部分工作所在。 您需要编写代码：
初始化并管理以太网连接以允许远程访问。
与OLED屏幕接口，显示相关信息。
处理触摸按钮的输入以检测按钮按下情况。
与指纹传感器通信以登记和验证指纹。
编写代码：这是您的大部分工作所在。 您需要编写代码来： 初始化和管理以太网连接以允许远程访问。 与OLED屏幕接口，显示相关信息。 处理触摸按钮的输入以检测按钮按下情况。 与指纹传感器通信以登记和验证指纹。
集成和逻辑：这是将所有内容整合在一起的地方。 实现保险箱的逻辑，例如：
在授予访问权限之前需要有效的指纹。
需要通过触摸按钮输入正确的 PIN 码。
在 OLED 屏幕上显示不同的状态（锁定、解锁、错误消息等）。
根据有效输入控制锁定和解锁机制。
集成和逻辑：这是将所有内容整合在一起的地方。 实现保险箱的逻辑，例如：在授予访问权限之前需要有效的指纹。 需要通过触摸按钮输入正确的 PIN 码。 在 OLED 屏幕上显示不同的状态（锁定、解锁、错误消息等）。 根据有效输入控制锁定和解锁机制。
测试和调试：彻底测试您的设置。 使用调试工具、打印语句和其他方法来识别和修复测试过程中出现的任何问题。
测试和调试：彻底测试您的设置。 使用调试工具、打印语句和其他方法来识别和修复测试过程中出现的任何问题。
外壳和最终确定：为您的迷你保险箱设计并建造合适的外壳。 确保为组件（OLED 屏幕、指纹传感器、触摸按钮等）提供适当的开口。 外壳应保护组件并为您的项目提供精美的外观。
外壳和最终确定：为您的迷你保险箱设计并建造合适的外壳。 确保为组件（OLED 屏幕、指纹传感器、触摸按钮等）提供适当的开口。 外壳应保护组件并为您的项目提供精美的外观。
安全注意事项：由于这是一个保险箱，因此安全性至关重要。 确保为远程访问、指纹存储和 PIN 输入实施正确的加密和身份验证机制。
安全注意事项：由于这是一个保险箱，因此安全性至关重要。 确保为远程访问、指纹存储和 PIN 输入实施正确的加密和身份验证机制。
用户手册：编写用户手册，解释如何使用保险箱、登记指纹、设置 PIN 码以及解决常见问题。
用户手册：编写用户手册，解释如何使用保险箱、登记指纹、设置 PIN 码以及解决常见问题。
请记住，该项目涉及多个组件和技术，因此请逐步进行。 这也是了解硬件集成、网络以及与各种设备连接的绝佳机会。 祝您的迷你保险箱项目好运！
Q:
我使用的是arduino，指纹模块连接到软串口，使用的TX引脚是GPIO26，RX引脚是GPIO27。 舵机使用GPIO21，那么请给我一个参考代码。
ChatGPT:
当然，这里有一个参考代码大纲，可帮助您使用您提到的组件开始基于 Arduino 的迷你保险箱项目。 请注意，这是一个简化的示例，您可能需要根据您的特定硬件、库和要求对其进行修改和扩展。
#include
#include
#include
#include
// Pin definitions
#define FINGERPRINT_RX_PIN 26
#define FINGERPRINT_TX_PIN 27
#define OLED_RESET -1
#define OLED_SDA 4
#define OLED_SCL 5
#define SERVO_PIN 21
// Initialize components
SoftwareSerial fingerprintSerial(FINGERPRINT_RX_PIN, FINGERPRINT_TX_PIN);
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
Servo servo;
void setup() {
// Initialize components
Serial.begin(9600);
fingerprintSerial.begin(57600);
display.begin(SSD1306_I2C_ADDRESS, OLED_SDA, OLED_SCL);
servo.attach(SERVO_PIN);
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(0, 0);
display.println("Mini Safebox");
display.display();
delay(2000);
// Initialize servo position
servo.write(0); // Locked position
}
void loop() {
// Your main logic here
// Check for fingerprint input
if (fingerprintSerial.available()) {
// Read fingerprint data and process
// Add your fingerprint recognition logic here
// Example: if (recognizedFingerprint) { unlockSafebox(); }
}
// Check for touch button input
// Add your touch button logic here
// Display status on OLED
// Add OLED display logic here
}
void unlockSafebox() {
servo.write(90); // Unlock the safebox
delay(2000); // Keep it unlocked for 2 seconds
servo.write(0); // Lock the safebox again
} 请注意，此代码只是一个起点，可能需要根据您正在使用的特定库、您想要实现的行为以及您正在使用的指纹识别库进行修改（因为指纹模块的 API 可能有所不同）。
另外，请记住，在处理保险箱时，安全性是一个关键方面。 确保实施安全的指纹存储和身份验证机制。 处理敏感数据时使用适当的加密技术。
当您完成该项目时，请参阅您正在使用的库的文档和组件的数据表，以获取有关其用法的更多详细信息。
----------------------------------------------
Q:
我的测试基于W5100S_EVB_PICO板，请添加以太网部分，我想在指纹识别后将识别到的指纹ID号发送到物联网平台BLYNK，请帮助我。
ChatGPT:
当然，这是一个完整的集成代码示例，结合了指纹识别、OLED 显示、以太网通信和 Blynk 集成：
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
// Pin definitions
#define FINGERPRINT_RX_PIN 23
#define FINGERPRINT_TX_PIN 24
#define OLED_RESET -1
#define OLED_SDA 4
#define OLED_SCL 5
#define SERVO_PIN 6
// Initialize components
SoftwareSerial fingerprintSerial(FINGERPRINT_RX_PIN, FINGERPRINT_TX_PIN);
Adafruit_SSD1306 display(OLED_RESET);
Servo servo;
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; // MAC address of your Ethernet shield
IPAddress ip(192, 168, 1, 100); // IP address of your Arduino
IPAddress server(192, 168, 1, 2); // IP address of your Blynk server
char auth[] = "YOUR_BLYNK_AUTH_TOKEN";
void setup() {
// Initialize components
Serial.begin(9600);
fingerprintSerial.begin(57600);
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
servo.attach(SERVO_PIN);
setupEthernet();
setupBlynk();
display.clearDisplay();
display.setTextSize(1);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(0, 0);
display.println("Mini Safebox");
display.display();
delay(2000);
servo.write(0); // Locked position
}
void loop() {
Blynk.run(); // Blynk communication
// Your main logic here
// Check for fingerprint input
if (fingerprintSerial.available()) {
int recognizedFingerprintID = readFingerprint(); // Replace with your fingerprint recognition logic
if (recognizedFingerprintID != -1) {
sendFingerprintToBlynk(recognizedFingerprintID);
}
}
// Other logic and communication here
// Display status on OLED
// Add OLED display logic here
}
void setupEthernet() {
Ethernet.begin(mac, ip);
}
void setupBlynk() {
Blynk.begin(auth, IPAddress(192, 168, 1, 2), 8080);
}
void sendFingerprintToBlynk(int fingerprintID) {
Blynk.virtualWrite(V1, fingerprintID); // Assuming you're using Virtual Pin V1
}
int readFingerprint() {
// Replace with your fingerprint recognition logic
// Return recognized fingerprint ID or -1 if not recognized
} 请记住将“YOUR_BLYNK_AUTH_TOKEN”替换为您的实际 Blynk 身份验证令牌。 根据您的网络配置和 Blynk 项目调整 IP 地址、设置和虚拟 Pin。
该代码结合了您描述的各种组件和功能：指纹识别、OLED 显示屏、与 W5100S 的以太网通信以及 Blynk 集成。 需要注意的是，此代码是一个模板，您需要使用指纹模块的库或命令来实现实际的指纹识别逻辑。
另外，请确保您已通过 Arduino 库管理器安装了所需的库（SoftwareSerial、Adafruit_SSD1306、Servo、Ethernet2、BlynkSimpleEthernet2 等）。
拿到ChatGPT生成的参考代码后，我根据自己的经验做了一些修改，添加了一些内容。
/* Fill-in information from Blynk Device Info here */
#define BLYNK_TEMPLATE_ID "*******"
#define BLYNK_TEMPLATE_NAME "********"
#define BLYNK_AUTH_TOKEN "**************************"
/* Comment this out to disable prints and save space */
#define BLYNK_PRINT Serial
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
BlynkTimer timer;
#define FINGERPRINT_RX_PIN 27
#define FINGERPRINT_TX_PIN 26
SoftwareSerial fingerprintSerial(FINGERPRINT_RX_PIN, FINGERPRINT_TX_PIN); // Declare SoftwareSerial obj first
Adafruit_Fingerprint finger = Adafruit_Fingerprint(&fingerprintSerial);
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 32 // OLED display height, in pixels
// Initialize components
#define OLED_RESET -1 // Reset pin # (or -1 if sharing Arduino reset pin)
#define SCREEN_ADDRESS 0x3C ///< See datasheet for Address; 0x3D for 128x64, 0x3C for 128x32
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);
#define SERVO_PIN 22
Servo servo;
// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = {
0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED
};
IPAddress ip(10, 0, 1, 226);
void setup() {
servo.attach(SERVO_PIN);
// Initialize servo position
servo.write(360); // Locked position
// Initialize components
Serial.begin(9600);
fingerprintSerial.begin(57600);
display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, SCREEN_ADDRESS);
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(24, 0);
display.println("Safebox");
display.setCursor(48, 16);
display.println("Lock");
display.display();
delay(2000);
Ethernet.init(17); // WIZnet W5100S-EVB-Pico
// start the Ethernet connection and the server:
Ethernet.begin(mac, ip);
// Check for Ethernet hardware present
if (Ethernet.hardwareStatus() == EthernetNoHardware) {
Serial.println("Ethernet shield was not found. Sorry, can't run without hardware. :(");
while (true) {
delay(1); // do nothing, no point running without Ethernet hardware
}
}
if (Ethernet.linkStatus() == LinkOFF) {
Serial.println("Ethernet cable is not connected.");
}
Blynk.begin(BLYNK_AUTH_TOKEN);
finger.getTemplateCount();
if (finger.templateCount == 0) {
Serial.print("Sensor doesn't contain any fingerprint data. Please run the 'enroll' example.");
}
else {
Serial.println("Waiting for valid finger...");
Serial.print("Sensor contains "); Serial.print(finger.templateCount); Serial.println(" templates");
}
}
void loop() {
Blynk.run();
timer.run();
getFingerprintID();
delay(50); //don't ned to run this at full speed.
// Your main logic here
// Check for fingerprint input
if (fingerprintSerial.available()) {
// Read fingerprint data and process
// Add your fingerprint recognition logic here
// Example: if (recognizedFingerprint) { unlockSafebox(); }
}
// Check for touch button input
// Add your touch button logic here
// Display status on OLED
// Add OLED display logic here
}
uint8_t getFingerprintID() {
uint8_t p = finger.getImage();
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image taken");
break;
case FINGERPRINT_NOFINGER:
Serial.println("No finger detected");
return p;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Communication error");
return p;
case FINGERPRINT_IMAGEFAIL:
Serial.println("Imaging error");
return p;
default:
Serial.println("Unknown error");
return p;
}
// OK success!
p = finger.image2Tz();
switch (p) {
case FINGERPRINT_OK:
Serial.println("Image converted");
break;
case FINGERPRINT_IMAGEMESS:
Serial.println("Image too messy");
return p;
case FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR:
Serial.println("Communication error");
return p;
case FINGERPRINT_FEATUREFAIL:
Serial.println("Could not find fingerprint features");
return p;
case FINGERPRINT_INVALIDIMAGE:
Serial.println("Could not find fingerprint features");
return p;
default:
Serial.println("Unknown error");
return p;
}
// OK converted!
p = finger.fingerSearch();
if (p == FINGERPRINT_OK) {
Serial.println("Found a print match!");
unlockSafebox();
} else if (p == FINGERPRINT_PACKETRECIEVEERR) {
Serial.println("Communication error");
return p;
} else if (p == FINGERPRINT_NOTFOUND) {
Serial.println("Did not find a match");
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(24, 0);
display.println("Safebox");
display.setCursor(32, 16);
display.println("ALARM");
// Send it to the server
Blynk.virtualWrite(V5, "ALARM!");
display.display();
for(int i=200;i<=800;i++) //用循环的方式将频率从200HZ 增加到800HZ
{
pinMode(6,OUTPUT);
tone(6,i); //在四号端口输出频率
delay(5); //该频率维持5毫秒
}
delay(4000);
noTone(6);
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(24, 0);
display.println("Safebox");
display.setCursor(48, 16);
display.println("lOCK");
display.display();
Blynk.virtualWrite(V5, "Lock!");
return p;
} else {
Serial.println("Unknown error");
return p;
}
// found a match!
Serial.print("Found ID #"); Serial.print(finger.fingerID);
Serial.print(" with confidence of "); Serial.println(finger.confidence);
return finger.fingerID;
}
void unlockSafebox() {
servo.write(180); // Unlock the safebox
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(24, 0);
display.println("Safebox");
display.setCursor(32, 16);
display.println("Unlock");
display.display();
// Send it to the server
Blynk.virtualWrite(V5, String("Found a Finger ID:" + String(finger.fingerID)));
delay(2000); // Keep it unlocked for 2 seconds
servo.write(360); // Lock the safebox again
// Display initialization message
display.clearDisplay();
display.setTextSize(2);
display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
display.setCursor(24, 0);
display.println("Safebox");
display.setCursor(48, 16);
display.println("Lock");
display.display();
delay(2000);
// Send it to the server
Blynk.virtualWrite(V5, "Lock!");
} 我连接BLYNK平台的想法是利用BLYNK的通知功能。 如果有人试图开锁，他们可以通过手机收到警告通知消息。 该功能还在调试中。
接收锁定消息：
接收发现消息：
RCV 警报消息：
基本代码和测试通过后，我就会开始PCB硬件设计和焊接工作，完成后分享给大家。
侧板：
背板：
门板：
三块PCB通过三维结构组合在一起，成为保险柜的柜体。 预计下周硬件焊接即可完成，届时我会与大家分享进一步的进展。