STM32+华为云IOT设计的动态密码锁
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了STM32+华为云IOT设计的动态密码锁相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1. 前言
随着人们生活水平的提高及科学技术的发展，个人信息保护显得至关重要，设计了一款物联网智能电子密码锁，以STM32单片机为主控制器,由触摸矩阵键盘、ESP8266、步进电机等模块组成，具有远程控制、随机密码生成等功能。经软硬件测试,系统响应迅速,灵敏度高,实时性好,系统识别准确率高达99%，该系统运行稳定,安全可靠,功耗低及具有较好的扩展性。
当前支持的开锁方式：
（1）支持手机APP远程开锁。通过华为云物联网平台实现远程发送指令开锁，设备上的ESP8266通过连接家里路由器，在连接华为云物联网平台，可以在手机APP上对设备端的RTC时间进行校准，设备唯一ID获取，生成随机开锁密码，可以点击APP上的开锁按钮，通过物联网平台提供的API发送指令给STM32设备完成开锁。
（2）随机密码开锁。手机APP与本地设备都采用时间、作为算法种子，采用算法生成开锁密码，每一串的密码有效时间为一分钟。查看手机APP上显示的密码之后，在本地设备上输入完成密码对比开锁。
2. 相关硬件
2.1 WIFI模块
2.2 步进电机模块
2.3 OLED显示屏
2.4 STM32开发板
2.5 矩阵键盘模块
3. 手机APP设计
3.1 开发环境介绍
上位机软件采用Qt框架设计，Qt是一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架。Qt是一个1991年由Qt Company开发的跨平台C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发GUI程序，也可用于开发非GUI程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT官网: https://www.qt.io/
3.2 学习教程
QT入门实战专栏: https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/category_11400392.html
QT5环境安装教程：https://xiaolong.blog.csdn.net/article/details/120654599
下载QT5.12.6下载地址：
https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6/
打开链接后选择：
qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details
软件安装时断网安装，否则会提示输入账户。
** 安装的时候，勾选一个mingw 32编译器即可。**
3.3 实现效果
4. 创建云端设备
4.1 创建设备
登录官网: https://www.huaweicloud.com/
直接搜索物联网，打开页面。
https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html
选择设备接入:
选择免费试用：
在产品页面，点击右上角创建产品:
填上产品信息:
得到产品ID，保存好ID，点击查看详情：
产品ID为：61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1.
点击设备页面，注册设备：
填充信息进行注册：
保存设备密匙和设备ID，点击保存关闭会自动下载文件保存，后面生成密码和登录账号需要使用
关闭后就看到创建好的设备了：
点击产品页面，选择刚才创建的产品：
选择自定义模型—创建数据模型服务：
选择新增属性，创建设备的属性
4.2 创建MQTT登录账号和密匙
设备创建完成接来下生成MQTT登录账号、密匙，方便设备登录云端平台。
官网工具地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
打开刚才创建设备时，下载的密匙文件，把内容复制出来对应的填进去，生成即可。
4.3 拼接主题订阅与发布的格式
官方文档介绍: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_01_2127.html
在产品页面可以，看到主题的全部格式：
帮助文档：https://support.huaweicloud.com/iothub/index.html
总结的格式如下:
格式: $oc/devices/device_id/sys/messages/down
//订阅主题: 平台下发消息给设备
$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down
格式: $oc/devices/device_id/sys/properties/report
//设备上报数据
$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report
上属性的数据格式:
//上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了)
"services": ["service_id": "lock","properties":"门锁":1]
上面属性里的服务ID和属性里的名称，在设备页面，影子设备页面查看。
4.4 MQTT客户端模拟设备登录云端
下面使用MQTT客户端模拟设备登录服务器测试，看设备创建的是否OK。
服务器的IP地址是: 121.36.42.100
端口号是: 1883
打开MQTT客户端软件，按照提示，输入相关参数后，点击连接，然后再点击订阅主题，发布主题即可:
查看云端服务器的情况: 可以看到设备已经在线了，并且收到上传的数据。
修改一下锁的状态，上报属性再查看：
发现云端的状态也已经改变，现在设备上报已经OK。
接下来测试命令下发，实现远程开锁关锁的功能：
打开产品页面，新增加命令：
命令添加成功:
在设备页面，选择同步命令下发：
点击确定后，查看MQTT客户端，发现已经收到数据了：
$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497/sys/commands/request_id=88e2626f-290d-405e-962d-51554445a8fd"paras":"lock":1,"service_id":"lock","command_name":"lock"
设备端解析收到的数据，就可以完成多步进电机的控制，完成开锁关锁。
5. STM32设备端代码设计
5.1 硬件相关原理图
5.2 程序下载配置
5.3 硬件接线
1. 板载ESP8266串口WIFI模块与STM32的串口3相连接。
PB10--RXD 模块接收脚
PB11--TXD 模块发送脚
PB8---CH-PD---悬空
PB9---RST---悬空
GND---GND 地
VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
2. 触摸按键使用TTP229型号的驱动芯片
SCL接PC11
SDA-OUT接PC10
电源接VCC-3.3
GND接GND
3. ULN2003控制28BYJ-48步进电机接线:
ULN2003接线:
IN4: PC9 d
IN3: PC8 c
IN2: PC7 b
IN1: PC6 a
+ : 5V
- : GND
4. OLED显示屏
D0----SCK-----PB14
D1----MOSI----PB13
RES—复位(低电平有效)—PB12
DC---数据和命令控制管脚—PB1
CS---片选引脚-----PA7
5. 板载按键
KEY1---PA0
KEY2---PC13
6.板载LED灯
LED1---PB5
LED2---PB0
LED3---PB1
7. 板载蜂鸣器
BEEP---PA8
5.4 服务器连接核心代码
项目代码: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
//华为物联网服务器的设备信息
#define MQTT_ClientID "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510"
#define MQTT_UserName "61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497"
#define MQTT_PassWord "385ce91dfe7da5b7431868d5d87e7998163c493344040935d5a00024d6324242"
//订阅与发布的主题
#define SET_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/messages/down" //订阅
#define POST_TOPIC "$oc/devices/61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1_QQ1126626497_0_0_2021121510/sys/properties/report" //发布
char mqtt_message[200];//上报数据缓存区
int main()
u32 time_cnt=0;
u32 i;
u8 key;
LED_Init();
BEEP_Init();
KEY_Init();
USART1_Init(115200);
TIMER1_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART2_Init(9600);//串口-蓝牙
TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART3_Init(115200);//串口-WIFI
TIMER3_Init(72,20000); //超时时间20ms
USART1_Printf("正在初始化WIFI请稍等.\\n");
if(ESP8266_Init())
USART1_Printf("ESP8266硬件检测错误.\\n");
else
//非加密端口
USART1_Printf("WIFI:%d\\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode("CMCC-Cqvn","99pu58cb","121.36.42.100",1883,1));
//2. MQTT协议初始化
MQTT_Init();
//3. 连接华为服务器
while(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord))
USART1_Printf("服务器连接失败,正在重试...\\n");
delay_ms(500);
USART1_Printf("服务器连接成功.\\n");
//3. 订阅主题
if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1))
USART1_Printf("主题订阅失败.\\n");
else
USART1_Printf("主题订阅成功.\\n");
..................
..................
...................
5.5 随机密码生成
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <windows.h>
char pwdcont[] = "0123456789abcdefghijklmn";
char* get_Password(int pwd_size)
int i;
int random;
char *Password = (char *)malloc(pwd_size + 1);
//获取时间种子
srand((unsigned)time(NULL));
for (i = 0; i < pwd_size; i++)
random = rand() % (strlen(pwdcont));
*(Password + i) = pwdcont[random];
*(Password + i) = '\\0';
return Password;
int main()
int random;
char *Password;
srand((unsigned)time(NULL));
for (int i = 0; i < 10; i++)
Sleep(100);
random = rand() % 10;//密码的长度范围 （6-63）
printf("random = %d\\n", random);
Password = get_Password(random);
printf("Password = %s\\n", Password);
free(Password);
return 0;
5.6 RTC实时时钟代码
#include "rtc.h"
//定义RTC标准结构体
struct RTC_CLOCK rtc_clock;
/*
函数功能: RTC初始化函数
*/
void RTC_Init(void)
if(BKP->DR1!=0xAB) //表示RTC第一次初始化
//1. 备份寄存器时钟
RCC->APB1ENR|=1<<27; //备份时钟接口
RCC->APB1ENR|=1<<28; //电源时钟接口
PWR->CR|=1<<8; //允许写入RTC和后备寄存器
//2. 配置RTC时钟源
RCC->BDCR|=1<<0; //开启外部32.768K时钟
while(!(RCC->BDCR&1<<1)) //等待时钟就绪
RCC->BDCR&=~(0x3<<8); //清空时钟配置
RCC->BDCR|=0x1<<8; //选择外部32.768K时钟
//3. 配置RTC核心寄存器
RCC->BDCR|=1<<15; //开启RTC时钟
while(!(RTC->CRL&1<<5)) //判断上一次寄存器是否写完成
RTC->CRL|=1<<4; //进入配置模式
RTC->PRLH=0; //预分频高位
RTC->PRLL=0x7FFF; //32767 预分频低位
RTC->CNTH=0; //计数器高位
RTC->CNTL=0; //计数器低位
RTC->ALRH=0; //闹钟寄存器高位
RTC->ALRL=60; //闹钟寄存器低位
RTC->CRL&=~(1<<4);//退出配置模式
while(!(RTC->CRL&1<<5)) //判断上一次寄存器是否写完成
BKP->DR1=0xAB; //表示配置成功了
RTC->CRH|=1<<0; //秒中断
RTC->CRH|=1<<1; //闹钟中断
STM32_SetPriority(RTC_IRQn,2,2); //优先级
RTC_SetTime(2022,4,9,0,36,1);
extern void Update_FrameShow(void);
/*
函数功能: RTC闹钟中断服务函数
*/
void RTC_IRQHandler(void)
u32 SecCnt;
if(RTC->CRL&1<<0)
SecCnt=RTC->CNTH<<16;//获取高位
SecCnt|=RTC->CNTL; //获取低位
RTC_GetTime(SecCnt); //转换标准时间
RTC_GetWeek(SecCnt);
// printf("%d-%d-%d %d:%d:%d week:%d\\n",rtc_clock.year,rtc_clock.mon,rtc_clock.day,rtc_clock.hour,rtc_clock.min,rtc_clock.sec,rtc_clock.week);
Update_FrameShow(); //更新显示
RTC->CRL&=~(1<<0); //清除秒中断标志位
if(RTC->CRL&1<<1)
// printf("闹钟时间到达!....\\n");
// BEEP=1;
// DelayMs(500);
// BEEP=0;
RTC->CRL&=~(1<<1); //清除闹钟中断标志位
//闰年的月份
static int mon_r[12]=31,29,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;
//平年的月份
static int mon_p[12]=31,28,31,30,31,30,31,31,30,31,30,31;
/*
函数功能: 设置RTC时间
函数形参:
u32 year; 2018
u32 mon; 8
u32 day;
u32 hour;
u32 min;
u32 sec;
*/
void RTC_SetTime(u32 year,u32 mon,u32 day,u32 hour,u32 min,u32 sec)
u32 i;
u32 SecCnt=0; //总秒数
/*1. 累加已经过去的年份*/
for(i=2017;i<year;i++) //基准年份:20170101000000
if(RTC_GetYearState(i))
SecCnt+=366*24*60*60; //闰年一年的秒数
else
SecCnt+=365*24*60*60; //平年一年的秒数
/*2. 累加过去的月份*/
for(i=0;i<mon-1;i++)
if(RTC_GetYearState(year))
SecCnt+=mon_r[i]*24*60*60; //闰年一月的秒数
else
SecCnt+=mon_p[i]*24*60*60; //平年一月的秒数
/*3. 累加过去的天数*/
SecCnt+=(day-1)*24*60*60;
/*4. 累加过去小时*/
SecCnt+=hour*60*60;
/*5. 累加过去的分钟*/
SecCnt+=min*60;
/*6. 累加过去的秒*/
SecCnt+=sec;
/*7. 设置RTC时间*/
RCC->APB1ENR|=1<<27; //备份时钟接口
RCC->APB1ENR|=1<<28; //电源时钟接口
PWR->CR|=1<<8; //允许写入RTC和后备寄存器
while(!(RTC->CRL&1<<5)) //判断上一次寄存器是否写完成
RTC->CRL|=1<<4; //进入配置模式
RTC->CNTH=SecCnt>>16; //计数器高位
RTC->CNTL=SecCnt&0xFFFF; //计数器低位
RTC->CRL&=~(1<<4);//退出配置模式
while(!(RTC->CRL&1<<5)) //判断上一次寄存器是否写完成
/*
函数功能: 获取RTC时间
函数参数: u32 sec 秒单位时间
*/
void RTC_GetTime(u32 sec)
u32 i;
rtc_clock.year=STM32+华为云IOT设计的动态密码锁