基于Arduino的密码+指纹智能锁（LCD1602显示器）
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基于Arduino的密码+指纹智能锁（LCD1602显示器）
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设计背景：
随着科技的不断进步，智能锁的使用也越来越普遍，市场上的智能锁多种多样，有单一的智能锁，比如密码锁，蓝牙锁，指纹锁，人脸识别技术开锁，甚至还有瞳孔识别等高阶智能锁；不过我们日常见到的、使用普遍的多为他们的结合体，功能并不单一。虽然智能门锁出现的时间已经比较长了，已经算是一款非常成熟的产品了，但是一款产品的发展年限，一定是永无止境的，需要开发人员不断地追求进步，才是现在的市场，因为用户的需求在不断的变化，所以产品自然会变，而产品的优点和缺点也是避免不了的。换句话说，尽管智能锁发展得很好，但是也存在一定的缺点和问题，比如安全性、稳定性、耐用度等。在这个背景下，以及对智能锁怀着好奇之心还有不可描述的兴趣，我决定自己做一个智能锁感受一下。
作为一名穷逼大学生，要做一个智能锁肯定得考虑到成本问题，密码锁虽然成本低但是我又不想只是做一个单一的密码锁，想玩点特殊的，最后决定使用光学指纹识别模块，提升智能锁的档次，光学指纹识别模块相比于其他指纹识别模块更便宜而且使用简单。
然后我们再简单了解以下指纹锁，方便我们后续对它进行设计和研究。指纹锁是在原有机械锁的技术上增加指纹开锁功能，指纹开锁的主要技术是将用户的指纹信息先储存起来，当用户用指纹验证时，指纹识别系统会把用户的指纹和储存的指纹相对比，如果验证的指纹与预先储存的指纹相匹配，门锁就会打开，如果不相匹配，会提示错误，门锁无法打开。指纹锁是通过指纹是否匹配的方法来认识主人与开锁的，那么识别指纹的真假成了指纹锁的一个重要技术指标。目前市场广泛使用识别指纹的探头可分了两类，一类是光学指纹头。较便宜，另一类是半导体指纹头灵敏度更好也更精细，当然价格也是光学指纹头的两倍多。当然，除了这两种，还有温差感应式指纹识别和生物射频指纹识别，这两种并不常见，原因是前者受温度影响较大，识别面积范围小，后者虽然很牛逼，但是老贵了。扯远了，感兴趣的话大家可以去了解一下指纹学。
指纹锁是机械锁升级过来的，其主要目的是能够保障财物安全的情况下，提高了我们生活的便利性，相比于机械锁，指纹锁是高出一个级别的，不法分子想要伪造主人的假指纹，比撬锁的难度高出几百倍。
总的来说，使用指纹锁比使用机械锁要更安全、更便捷、更舒心。大家可以放心大胆使用。密码锁就不多解释了，因为太常见了，懂得都懂。
当然，做出来的产品那得必须考虑他的实用性，做出来不能用或者不实用，只能看那就违背了产品本身的定义。设计制作这个智能锁时，我还在住在大学宿舍，那么，首当其冲的便是我们宿舍的门锁，对，我得想想怎么把普通的机械锁在不拆除的前提下改成智能锁，最后，对门锁进行点对点的受力分析，决定用舵机做传动机构，用钓鱼线做传动绳拉动门锁开关，实现开锁。因为每个人原先的机械锁都不一样，要改动的话大家根据实际情况自己设计，这里只提供一个想法，就不多解释或者上图了。当然如果要拆掉原先的锁自己换上一个锁轴那就简单多了。好，废话不多说，总之大家可以简单的理解为我是用舵机模拟开锁。
硬件部分：
先给大家简单介绍以下设计所需要的硬件，之后会告诉大家怎么连线，包括仿真和实物接线图，我只是给出一个参考，大家自己设计的话完全可以根据自己的设计要求自己更改接线端口。
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控制芯片Arduino UNO
额…这个不多说，新手的话网上有很多资料，老手的话就更不用说了，我这里就直接放上在网上看到写的比较好的之一，新手可以学习了解以下。
Arduino UNO数据手册（新手入门）
图片来源于上述网址，意在让大家认识一下Arduino UNO 芯片 -
4×4矩阵按键
4×4矩阵键盘又称为行列式键盘，它是用4条I/O线作为行线，4条I/O线作为列线组成的键盘。在行线和列线的每一个交叉点上，设置一个按键。这样键盘中按键的个数是4×4个。这种行列式键盘结构能够有效地提高单片机系统中I/O口的利用率。由于单片机IO端口具有线与的功能，因此当任意一个按键按下时，行和列都有一根线被线与，通过运算就可以得出按键的坐标从而判断按键键值。
下图是我在某宝买的矩阵键盘包括它的原理图：
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LCD1602显示器
这个显示器我相信很多电子芯片爱好者肯定都有接触或了解过，要想用它来显示你总得知道它的工作原理吧，不清楚的话，前人之述备矣，网上解释得很清楚了，大家可以去了解一下，方便后续工作地进行。
LCD1602一般是16条引脚，我也有见过14条引脚的，但与16脚的相比缺少了背光电源A（15脚）和地线K（16脚），起始功能原理差不多，常见的还是16引脚的。下面是它的功能引脚，知道这个有利于接线。还有啥其他的具体知识，网上搜一下相关数据手册就全出来了，这里就不多此一举了。
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AS608光学指纹识别模块
ATK-AS608 指纹识别模块是 ALIENTEK 推出的一款高性能的光学指纹识别模块。
ATK-AS608 模块采用了国内著名指纹识别芯片公司杭州晟元芯片技术有限公司(Synochip)
的 AS608 指纹识别芯片。芯片内置 DSP 运算单元，集成了指纹识别算法，能高效快速采集图像并识别指纹特征。模块配备了串口、USB 通讯接口，用户无需研究复杂的图像处理及指纹识别算法，只需通过简单的串口、USB 按照通讯协议便可控制模块。本模块可应用于各种考勤机、保险箱柜、指纹门禁系统、指纹锁等场合。
它长这样：
PCB原理图：
模块引脚描述：
大家可以去网上找一下相关数据手册，当然，我相信你要是去某宝买的话都会有数据手册给你的，只是想学习了解，没有去买，然后实在找不到的话，我最后会放在我提供的资料包里，大家下载后可学习。 -
MG90S舵机
我用的舵机是小规格的，俗称9g舵机，了解过舵机的都知道，舵机实际上是通过脉宽调制来控制舵机角度的，舵机的控制信号是周期20ms 的脉宽调制（PWM）信号，其中脉冲宽度从 0.5ms-2.5ms，相对应舵盘的位置为 0~180 度，呈线性变化。我用Arduino做控制的话，实际上根据舵机的原理，写代码的方式也有两种，一种是直接写角度，另一种就是写入PWM信号。代码我后面也会给大家提供出来供大家下载。具体舵机啥原理，这玩意的资料网上很多，写的也很清楚，这里不做多解释。
图片来源于网络。附图是为了强调，舵机三条线的颜色分别表示为中间红色接开发板5V电源，灰色接地，橙色接信号端，一般都是这样的。了解一下方便后续接线。
实物接线方法：
LCD1602的VSS,VEE,RW均接地，其中为了使显示更清晰，VEE需要串一个电位器调节电阻或者直接串上1K~2.2K左右的电阻，LCD1602的VDD端接开发板5V电源；舵机红线接开发板5V电源，灰线接地；AS608指纹模块Vi接开发板3.3V电源端，GND接开发板地。
仿真部分：
Proteus仿真接线图：
因为仿真里是做不到指纹识别的，所以就没有在仿真中加入指纹识别模块，大家完全可以用某些元件代替，比如说就加个LED灯，我就懒得加了，因为我做仿真主要是想看LCD1602配合按键的效果以及我的代码能不能应付得过来，所以仿真做不做指纹模块对我来说不重要。
Proteus仿真效果图（部分）：
程序设计：
用Arduino做控制芯片的话，肯定都听过Arduino专门的IDE编程软件，去官网下载就好，也有Mixly图形化编程软件，但是个人还是建议用专门的IDE软件会好点，因为开源的库文件比较多。说到库文件，好像指纹识别的库文件需要自行下载并移到IDE库文件夹中的，一般是不自带的，我提供的资料里面有这次设计所需要的所有库文件，大家只需要把我里面压缩包Adafruit_Fingerprint_Sensor_Library.rar和Keypad-master.rar解压后复制到Arduino根目录的libraries文件夹内即可。
由于程序篇幅太长，这里仅提供思路，源码在我的资料包里都有。
写程序之前，得先弄清楚你要想实现什么功能，对于Arduino而言，很多代码都是开源的，可以直接复制了用，我们只需要根据自己实际电路微改一下就行。废话不多说，整个密码+指纹锁就是既能用密码开锁，也能用指纹开锁，LCD1602时刻给用户显示提示，免得用户一脸懵逼，不知道自己在干嘛，按键得充分应用起来，我是设置了按键有让用户选择开锁方式的功能，在主界面时用户可以选择开锁方式，按下指定键即可切换开锁方式，使用灵活，当密码输入正确，显示器做出提示，舵机转动；当指纹识别正确，显示器做出提示，舵机也能转动。错误的话当然会提示你错误，重新输入或者重新指纹识别啦。具体看我资料里的用户使用手册，需要强调以下，因为某些原因，我提供的这个资料只是基础版，能够基本实现其功能，供大家学习了解足以，完美版也有而且我还在不断完善，感兴趣且想要深入了解的朋友可以在讨论区留言讨论，如果针对初版有更好的想法欢迎讨论。
下面我附上部分代码：
/*定义部分*/
Servo myservo;
LiquidCrystal liquid_crystal_display{A5, A4, A0, A1, A2, A3,};
char password[6];
char initial_password[6], new_password[6];
int i = 0;
char key_pressed = 0;
const byte rows = 4;
const byte columns = 4;
char hexaKeys[rows][columns] = {
{'7', '8', '9', 'A'},
{'4', '5', '6', 'B'},
{'1', '2', '3', 'C'},
{'*', '0', '#', 'D'}
};
byte row_pins[rows] = {10, 11, 12, 13};
byte column_pins[columns] = {4, 5, 6, 7}; //键盘的引脚设定
Keypad keypad_key = Keypad( makeKeymap(hexaKeys), row_pins, column_pins, rows, columns);
/*loop循环函数*/
void loop()
{
key_pressed = keypad_key.getKey();
switch (key_pressed)
{
case 'A': KeyWay(); break;
case 'B': getFingerprintID(); break;
}
}
/*KeyWay()函数循环部分*/
while (flag == 0)
{
if (t == 3 || key_pressed == 'D')
{
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("A/B select way!");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 1);
i = 0; //清除按键按下次数的记录，避免密码判断错误
flag = 1;
}
key_pressed = keypad_key.getKey();
if (key_pressed)
{
password[i++] = key_pressed;
liquid_crystal_display.print(key_pressed);
if (key_pressed == 'C')
{
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("Enter again:");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 1);
i = 0; //清除按键按下次数的记录，避免密码判断错误
key_pressed = 0;
}
while (key_pressed == '*')
{
change();
}
}
if (i == 6)
{
delay(200);
for (int j = 0; j < 6; j++)
initial_password[j] = EEPROM.read(j);
if (!(strncmp(password, initial_password, 6))) //比较输入密码与当前密码是否一致
{
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("Password via!");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 1);
liquid_crystal_display.print("Welcome home!");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 2);
myservo.write(180);
delay(1000);
myservo.write(0);
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("A/B select way!");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 1);
i = 0; //清除按键按下次数的记录，避免密码判断错误
flag = 1;
}
else
{
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("Wrong Password!");
delay(1000);
liquid_crystal_display.clear();
liquid_crystal_display.print("Enter Password:");
liquid_crystal_display.setCursor(0, 1);
t++;
i = 0;
}
}
}
指纹识别函数我就不说了，因为初代版本真的就很简单，给大家个提示，我们完全可以直接在官网提供的Adafruit_Fingerprint_Sensor_Library文件里看到它的指纹载入、识别、删除函数，然后做些修改或增添就好，有C语言基础那就是小CASE。
实物效果图：
资料下载网址：
我把初代，能够基本实现其功能的资料都放在那里了，里面还有使用手册，感兴趣的可以下载看看。
密码+指纹锁资料包.
然后我录了视频放B站了，感兴趣的可以看一下，喜欢就点赞加关注吧！
整体效果视频