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【新鲜出炉】基于STM32F072(NUCLEO)板的高端指纹锁方案 精华  

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Veiko 发布时间：2015-1-10 18:37
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-31 17:16 编辑
# l: Q( v. H0 b
; k, G1 B/ }: a. V9 e: Z分享方案前请各位容我说一下此方案能实现的功能(包括可扩展部分)：
* D! s: a6 m5 n#### 想直接看方案演示视频请猛点 ####
1. STM32F072RB主控MCU,具有低功耗和掉电模式，在调电模式下通过刷卡或指纹传感器的触摸感应输出信号唤醒（指纹传感器和刷卡模块待机超低功耗），超级节能。
2. 指纹识别开门方式无本人授权无法破解，指纹传感器具有唯一ID，不能通过更直接换指纹传感器的方式开门，安全可靠性高。
3. SPI_Flash成本低，功耗小，掉电数据不丢失，擦写10W次以上可用于存储字库，语音编码，历史记录，注册信息等多种数据及开门参数，设备其他参数等。
4. OLED功耗低，显示效果优于同等价格的LCD，如Nokia5110
5. NY3P系列语音芯片一次性烧录，永久数据保存，工作电路简单，是超低成本的语音解决方案，使本方案人机交互体验更好。
6. 使用超低压差(该芯片应具有低压差，低功耗，低成本特性)LDO或REF芯片作为ADC参考电压的来源在每次开门时智能检测电池电量。
7. 注册及其他重要操作验证管理指纹，快捷，可靠。
8. 支持蓝牙串口（配合按键或其他一个插入检测），直接RS232或USB(HID或其他全速低速USB设备)方式连接PC或移动终端读取开门历史记录及注册记录，以及其他按键能完成的所有操作，使锁具结构设计更简单，使用更捷。【由于NUCLEO板没有引出USB接口，这里直接使用其带的USB转串功能与072MCU的UART2来与PC通信】
9. 可设置的误触发超时等待时间，根据使用习惯可人性化地延长设备电池使用时间。
10. 以上方案完成的前提下，主控MCU还剩余很多内部外设及外部接口资源，可预留进行扩展。
11. 支持远程报警和现场报警输出功能，出门在外更加放心。
12. 除指纹开门方式以外，其他所有开门方式支持屏蔽选项，根据使用场合不同，确定符合安全级别的开门方式，同时还能对功耗进行控制。
------------------华丽温柔的分割线-------------------
    以下是本次Demo演示板的框图，上面罗列的内容部份没有实现，但主要部分基本都完成了，并且为了即节约成本又能达到演示的效果，这里用把输出部分(如电机驱动电路，电磁铁驱动电路，报警输出电路等)省略了，统一在LCD上进行显示。进入正题，从方案的框图走起：
指纹锁系统框图.jpg
    由上图可以看出OLED显示屏、RC522【RFID读写卡模块】、W25X16存储芯片共用一条SPI总线，从系统工作流程上来看并不冲突，且节约IO资源，指纹传感器使用串口与主控MCU进行通信(命令传输：如对比，注册，删除，查询，复位等)，而整个系统又通过串口与PC相连接，当然在与PC相连接的时候这里需要一个转接电路或者转接线(顺便在这里提一种可以简化与PC串口通信的方案：使用ST官方的USB转串口例程进行修改后MCU直接通过USB与电脑连接，但通信用的上位机程序却可以直接基于UART开发，且无波特率限制,更方便的是ST提供了虚拟串口的驱动程序，当然要使用这种方法前提是整个系统的程序和数据存储空间够用，否则还是外加芯片吧！)。该方案不仅对用户的注册信息进行了记录(指纹ID号、卡号、RTC时间等)，同时还可以对使用情况作记录，设计时可以规定记录100条或200条，或者根据存储剩余量做更多的也可以，这样用户可以清楚的查询到何时谁开的门。
根据上面的框图还可以看到本次演示方案没有做的地方，主要原因是家里面不好制作PCB，原来在实验室的时候可以直接热转印腐蚀。所以较小器件和较复杂的电路都被省掉了，比如最关键的实现低功耗的电源管理电路，省掉的电源管理电路主要执行以下功能，主机可以通过控制对应IO的电平来达到关闭指纹传感器电源，和其他外部电源的功能，当然必须保留的是传感器触摸感应部分的电源以及刷卡模块的电源(刷卡模块通过指令进入低功耗状态，但必须保证刷卡时有中断输出)，当然单片机部分的低功耗就好办了，完全可以进入Stop模式，功耗相正常运行来说已经很低了，配合外部电路的情况下不管是用电池还是电源适配器对系统供电都没问题。
对于这次没有完成的地方，图中也有说明，可以根据实际需要添加防劫持功能(包括密码，指纹两个部份，IC卡一般不作防劫持功能)、组合开门方式、安全检测等，同时还可以加上外部效应电路和设备，完成开门动作和关门动作。
现在演示Demo完成了之后感觉片子还剩下好多IO和模块没有使用，这些都可以留待作为扩展接口，如果还不够的话你可以把JTAG接口改成J-Link接口，再不行把J-ink接口也配置成IO吧，但系统上电的时候最好加个检测，或延时，以便系统能够正常下载程序。
下面把各模块和整机的图小小展示一下：
第一版模块及整机图.jpg
!!!原理图及引脚配置以及演示视频都请看二楼，其他资料的话后续有链接哦!!!
新的完善后的方案已经在后面的楼层(关于更新的功能回复已置项)发布~~

8 W) l# h1 w8 q# w  J+ `' Q) d! N. F1 Z' E
赞 收藏 12 评论174 发布时间：2015-1-10 18:37

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174个回答
Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-10 18:38:40
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-23 10:05 编辑 # }# Y/ t" ?. i/ ]' \
/ Q, U- q6 _, d; t" y5 K2 g
PS：今天整理了一下，把原理图也放在此楼吧(2015-1-16晚)
: }! R1 I4 ?0 v+ v3 E  O  ^

方案原理图

方案原理图 7 x2 R8 B, J, C8 m
AD9格式的点后面的链接下载：    基于STM32F0的高端指纹锁方案.rar (8.94 KB, 下载次数: 176)
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-10 18:50:41
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-17 00:05 编辑 ! B( N; ^% {0 Z# P0 U6 V1 P

# m$ p  [" k- `; y% ?  Y资料分享开始了，嘿嘿，偷偷告诉大家，以下的分享内容是有大用处的，比如把USB转串口改一下就成了EEPROM烧写器、USB读卡器，特制存储器，SPI_Flash读写器，CAN总线测试工具，SPI总线测试工具，IIC测试工具，并口控制器，这么多的神器，而且如果是STM32F072的话，内部有USB需要的时钟，不需要外接晶振就可以实现USB接口功能哦！！！你心动没有不知道:% n6 G: {* V  W5 b9 H
1. 方案文档    方案分享文档.pdf (2 MB, 下载次数: 138)
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-10 18:51:10
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-17 00:24 编辑
6 ~( |8 v0 h' s7 @1 Z+ N( u! d8 ?- @% N4 i
资料分享第二波---------------------------; U( J, O' G% H6 I6 l3 }9 K
1. STM32F0xx USB库       Data Brief.pdf (120.04 KB, 下载次数: 54)
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-16 10:25:42
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-16 10:27 编辑
/ L& ]" ~- H+ v; f5 B4 z" B( M
& G* Z9 V' r4 }+ [( y# V3 X. v% _把Demo方案所用到的IO口及相关功能罗列一下：
2 X7 C! e  Y3 T% n/ r  h( L- g) a1. 指纹传感器5 G& D% r' l( T0 G( H) l1 ?0 p
   BLH_POWER_5.0 ----------- 触摸感应供电，不断电直接接5V
. ]' ^7 [2 x! `, h   BLH_POWER_3.3 ----------- PC4(使用高低电平控制开/关，用以完成低功耗功能)( O% n1 _+ e) a+ {
   BLH_MCU_TX -------------- PA9   UART1_TX
1 J8 B6 X7 c; h   BLH_MCU_RX -------------- PA10  UART1_RX( u: Y2 t# Z2 X! z2 ?3 ~9 Y8 @1 h
   BLH_INT ----------------- PA4(有触摸动作是输出高->可用上升沿中断将MCU从STOP模式唤醒)7 d' N6 }5 E0 L7 X9 `( T2 V2 D
2. OLED模块  x+ G* C9 y! Y: K2 y
   OLED_CS_sce ------------- PC2
8 }0 j# |' ?9 @   OLED_RES ---------------- PB0  y9 \  T: S3 K# W$ c0 C
   OLED_DC ----------------- PC35 p" V$ W( {, @: P
   OLED_sdin --------------- PA7
* M8 t0 L  k5 H   OLED_sclk --------------- PA5- M$ o5 ~  G8 U. G
3. W25X16模块
$ V  k! |& z% D6 T8 @0 P# K   W25X16_CS --------------- PB13
3 t8 {+ O; w: r4 R% K3 ~   W25X16_CLK -------------- PA5
! F/ |, v* V) }1 A   W25X16_MOSI ------------- PA7% I: Q# n7 E6 k  }
   W25X16_MISO ------------- PA6+ Y& V1 K& W- N
4. 蜂鸣器
2 T- b5 @; ~0 r+ o0 ]. G8 i   BEEP_Ctrl --------------- PC87 Z1 _' n2 c( l" Y, |
5. RC522模块7 q, k  _6 t5 V6 J1 b6 G7 L7 h
   RC522_CS ---------------- PC01 j" S; z8 Y3 ]8 V( J! H$ ]
   RC522_SCK --------------- PA5
- v: I! M. e6 p7 ?# \9 p   RC522_MOSI -------------- PA73 p0 H& ^, _1 M
   RC522_MISO -------------- PA6
4 ]$ f/ N) }, R; b# s   RC522_RST --------------- PC1
$ q4 a& |" O9 c( a2 U   RC522_IRQ --------------- PC10  O# q/ V( h& }6 Z8 h5 J% ?
6. 按键# q' Q, f5 _; D0 P( N5 Y3 O
   UserButton -------------- PC13
7 W+ r3 ~" ]8 v. a7 R7 o# q7. PC串口
$ \- |; a3 m, [4 U( h   PC_MCU_TX --------------- PA2 UART2_TX2 g- N* N0 V; D
   PC_MCU_RX --------------- PA3 UART2_RX9 a6 e* y3 W1 X/ _
: D% W2 A. P+ K
) Y) Q, H/ B! j3 F7 P; h
点击回一楼
1 N' l) _; u6 D3 I( ~3 j, i" ?! R
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-22 23:22:08
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-31 13:02 编辑 9 n' u' t' y8 m# H, k4 H5 b) J

: h; T. k' w5 @( O8 ^2015-1-19又到新神器模块--低功耗触摸按键板，配上之后再加个炫灯，想想都激冻(只是这个版本灯就不加了，只做演示嘛！)，啥都不说了，小弟是实在人，上图：: S, N, q% c) ]( i: e! G
触摸按键板正面.JPG 触摸按键板反面.JPG
8 O% i6 [( H( O! A" _当然，最近时间很紧啊，年关公司事也多，所以如果实在不行，这里就只是介绍一个方案了，有了这个触摸按键，可以增加的功能就多了，设置菜单可以变得丰富多彩了，而且还可以加密码功能了，为什么不直接用机械按键？一切只为高端，呵呵。为什么又不用触屏，成本，功耗！% j9 D) B: z6 W+ `

9 r  `8 \, z. U% P8 V! A4 Y【新消息】在不懈努力下，这个功能模块已经添加到方案当中，应用上添加了菜单与密码功能。请看后续的更新吧！
+ N% }3 G" n4 }# X1 _( j. `2 ~
% k6 V% ], N) b: }9 |回首页. R9 ?# m2 r. o8 V, E
% u. j& K3 x5 a) F0 o: H

9 J( G4 M, E. P( J' V
; X( s/ z! H* r& z8 H* Q+ g( x
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-23 10:01:18
哥已不画板子好多月，但是资料还是有的，封装什么的都不说了，有时候画板子想直接在软件里看3D效果，或者提供相关信息给产品结构设计人员，那么，这里是个好去处了，如果对你有帮助请点赞。' y. B/ |, e" v2 d

8 e+ q4 t8 S/ d( L/ A9 X) R9 |3D模型下载(免费哟)
$ K, o0 m* H+ |7 l2 g7 l: T5 c2 u
) m, B  W! J: s% g+ ~, A回一楼
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 09:41:48
【2015-1-31】收工了，收工了，今天最后一天把最新的成果展示给大家，经过不懈努力，楼主在原有功能的基础上添加了菜单控制和低功耗触摸功能以及密码功能，下面从上次的基础工程的整机图片开始选展示一下，最后到最新版的视频：
# A! r4 Y. U6 [9 W  w+ q* {+ C; s 第一版部分照片.jpg
9 A' H& k# i$ Z' C; Z+ Q* k3 ]
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 09:44:40
新版的整机展示，SPIFlash存储模块就没拍到了，不过在原来的贴子里面有其独特美丽的身影：
5 E! H( f7 G0 r' A4 s1 ?

暂时的最终版整机展示图

暂时的最终版整机展示图
" ~6 t8 k# K) @9 Y; I4 c% ^
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 09:47:06
【2015-1-31】最终版本整机操作过程当中的部份界面展示1：% Z8 Y* A* Z: Z9 `- G2 M
部份菜单照片1.jpg 0 S3 U5 Q6 z- Z, _3 a
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 09:48:02
【2015-1-31】最终版本整机操作过程中界面展示2： 部份菜单照片2.jpg
, n9 Q6 o) y! j9 v' H
- F, X/ g3 {$ i2 K$ c4 Y& `* v2 e; O) J5 A/ Z' c! y
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 09:50:12
视频还在加班加点制作中……
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 13:07:23
【2015-1-31】最新版的固件工程(指纹模块驱动不包含在内，其他模块驱动都有哦，有IIC和SPI的液晶，RC522，触摸等模块的驱动还有定时器和串口代码)：. E; u; d: r' @" s; N' c, b. l
$ V+ X( S2 I. [$ J( Z- U
STM32F072_FP_LOCK.part01.rar (5 MB, 下载次数: 161)
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-1-31 17:02:58
本帖最后由 Veiko 于 2015-1-31 17:04 编辑 ! i0 M" ?8 I8 A+ q) U

+ k* R& C; z8 Z% A1 }/ @【2015-1-31】OK,经过楼主的努力，视频处理完了，下面是视频地址，希望大家喜欢支持！8 c/ Z2 h# O' {0 S# U/ d

* z& v- P6 J0 f4 t: D4 n; L! Y! \( ^基于NUCLEO-072RB的高端指纹锁方案演示视频
% ?% J0 ^* b6 P& O9 }5 I! ~/ u- R4 P( E7 s+ U
------------------------------------------------------------------------------
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-2-4 20:15:04
使命已经完成，拆吧，去完成新的使命，哈哈！ IMG20150204200017副本.jpg
: W1 R! j8 \2 g' R- W
, I" R" h+ z. f# i$ j) k
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Veiko 最优答案 回答时间：2015-2-11 09:22:16

6 a5 @2 p9 p7 B$ `) ^8 i
----        感言       -----

/ ?' J' q4 L$ R  [7 v# `3 S7 [    在这里，我首先感谢论坛，感谢公司，感谢党，让我在这个环境优美的城市(成都，经常性PM2.5 -- 222及以上不等)，在快过年的时候有机会并成功地通过努力写代码获得这个“年终奖”。# o1 u$ [3 Z+ ~8 W4 L' y
    其实拿到板子，我也想过要放弃，但有什么理由要放弃，作为一名程序猿，你应该要执着地完成自已所说过的一些事情或感兴趣的事情，比如果我的飞行器还在吃灰，后期有机会我还会继续做飞行器，比如说，纯为了兴趣，再添置几台仪器，比如说，比如说这些都慢慢在实现着，而这些不用工资，用什么，”本山大叔上春晚，屌丝码农上论坛“，牛奶会有的，面包会有的。所以我坚持了下来，发现每天认真做一点，哪怕是一小部分也是有进步的，最后就拿了这个奖，再次感谢论坛，感谢STM8/STM32群1和群2的苦命程序猿以及漂亮的群主管理员。6 J# V. M0 J, ^$ p+ k
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那片清茶 回答时间：2015-1-10 19:01:26
你的指纹头是多少钱买的？
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Veiko 回答时间：2015-1-10 19:09:23
这个不方便秀露，如果有大量需求的话，可以帮你联系公司销售的
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Veiko 回答时间：2015-1-10 19:10:30
那片清茶 发表于 2015-1-10 19:01
5 Q2 y8 i, `. q9 g! L你的指纹头是多少钱买的？
7 G& ^2 E, y! I3 N" I( u
这边有多种指纹头子，半导体的和光学的
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那片清茶 回答时间：2015-1-10 19:17:10
Veiko 发表于 2015-1-10 19:10
1 q8 v2 q& D9 r) Y这边有多种指纹头子，半导体的和光学的
& h2 ?8 R5 g9 Y9 y
恩，你拿到便宜的吗？我问了几家都好像是70-80左右的
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Veiko 回答时间：2015-1-10 19:22:38
那片清茶 发表于 2015-1-10 19:17  r, t' |* O: G  x  W6 x7 M0 s5 Y
恩，你拿到便宜的吗？我问了几家都好像是70-80左右的

2 |' h4 y: {% x# J我们公司这边就是做指纹的，我不用拿便宜的
1 I/ H. N- ]4 H3 j" A1 }& Z6 ]2 |具体价格我却是不清楚的，你到www.finchos.com去看一下
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sacq12 回答时间：2015-1-10 19:31:00
靠前排学习
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770781327 回答时间：2015-1-10 19:38:41
Veiko 发表于 2015-1-10 19:22; q6 m# C' K" y7 F, {
我们公司这边就是做指纹的，我不用拿便宜的' c' ?5 s0 r8 F. B. i  Q5 Z
具体价格我却是不清楚的，你到www.finchos.com去看一下 ...
$ \6 B7 X9 _3 e$ t! B% D- w) a
这是工作优势呀，羡慕。。。
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Veiko 回答时间：2015-1-10 19:51:58
770781327 发表于 2015-1-10 19:382 d1 C' X3 E2 ^: [% U7 Q
这是工作优势呀，羡慕。。。
% r! r( N7 r: V4 B
又不是直接送我，方案发了是要还的，当然顺便也为公司打个广告，据说公司的产品还是挺好用的，而且待机时传感器电源关闭，只留下触摸感应低功耗呀
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Dylan疾风闪电 回答时间：2015-1-10 21:28:41
mark学习
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flintlovesam 回答时间：2015-1-10 23:21:09
学习了  哈哈
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埃斯提爱慕 回答时间：2015-1-10 23:38:58
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
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