用 ESP32 + HaaS Python 打造 RFID 智能刷卡门禁系统

Posted 2022-03-04 HaaS技术社区

简介

   我们每天进小区人行通道的时候，都会带一张卡或者一个小扣子，进小区以前往往要把小扣子靠近一下闸机，然后门才开，那这一套闸机系统是怎么实现的呢？ 本章课程将一步步教会大家如何去学习并且打造一套DIY智能刷卡门禁系统。

   小区管理系统中会提前设置好哪些RFID卡是有效的，然后将这些RFID卡分发给小区的业主，但是如果拿着不是系统录入的卡，那么RFID卡是刷不开门禁系统的。

准备

   本案例打造需要如下硬件：

• ESP32一台
• mfrc522 RFID传感器模块一个
• 蜂鸣器一个
• Servo舵机一个
• 杜邦线若干
• RFID卡片若干
• Micro-USB数据线一条

硬件连线图

   硬件连线图如下图所示：

   根据ESP32的硬件连线图，可以得知舵机的信号线线是连接PWM，RFID识别模块是SPI与MCU连接，蜂鸣器I/O与MCU的GPIO连接。

物联网平台开发

开通公共实例

   对于第一次使用物联网平台的读者，需要开通实例以使用物联网平台的功能。这里可以使用免费的公共实例进行开发。

   在物联网平台中，左上角选择“华东2-上海”，点击“公共实例”，即可开通。

开通物联网平台功能之后，需要完成下面的3个步骤完成云端设备的设定：

1. 创建云端产品
2. 创建产品属性（物模型）
3. 创建云端设备（获取三元组）

创建云端产品

   点击上图中的“公共实例”，即可进入控制台进行产品创建。然后，点击创建产品按钮，如下图所示。

   在新建产品设定页面按照下图所示，设定“产品名称”，选择所属的“自定义品类”（如果创建的产品品类为标准品类，可以选择标准品类），节点类型选择“直连设备”，联网方式选择“Wi-Fi”，数据格式选择“ICA标准数据格式”，检验类型和认证方式选择默认设定即可。还可以根据开发者自己的需求在“产品描述”页面添加针对此产品的描述。

   选择之后，点击“确认”按钮，即可完成产品创建。返回“产品”页面之后可以看到产品类表中会出现刚刚创建的“智能刷卡机”的产品，如下图所示。

创建产品属性（物模型）

   点击上图中的“查看”按钮，即可看到产品信息，Topic列表，功能定义，数据解析等跟产品相关功能的设定。点开“功能定义”标签页，可以看到设备物模型定义，点击“添加自定义功能”，其中功能名称、标识符、数据类型和定义如下所示。

   标识符是设备端上报设备属性状态的消息中需要使用的标识符，并且只有在设备上报的属性内容符合“数据定义”中的数据取值范围的时候才会被物联网平台记录，否则会被物联网平台认定为非法属性而过滤掉。

   产品及其物模型创建完成后就可以创建这个产品的设备了。

创建云端设备（获取三元组）

   在产品列表页面中，点击“管理设备”，就会进到设备管理页面。

   在“设备”页面点击“添加设备”按钮，如下图所示。

   在“添加设备”页面中设定“deviceName”，这里开发者可以自己填入自己想设定的设备名称，也可以不填任何内容让系统自动生成设备名称，如下图所示。

   设备添加完成后，点击“前往查看”按钮，就可以看到此设备端详细信息了。

   设备信息中有两个信息需要和设备端开发相匹配：

1. 三元组
2. 物模型属性信息

获取设备三元组

   如上图所示，点击“查看”按钮，就可以看到设备的三元组信息，三元组是物联网设备端和物联网云端设备相关联的唯一标识符，在设备端连接云端的时候会使用三元组信息和云端进行鉴权，鉴权通过之后云端会认为设备已激活并上线。

查看设备属性信息

   设备详情信息页中的“物模型数据”标签页中可以看到设备的所有属性信息、设备时间上报情况及设备服务调用情况，如下图所示。待物联网设备按照设备属性对应的标识符上报设备属性的时候，本图片中的“人体温度“等属性值就会显示设备最新的属性信息。

创建产品和设备的过程是按照面向对象的思想进行设计的，其中创建产品可以看成是新建一个类，其中的物模型则是类的对象，创建设备则是进行类的实例化。

设备端开发

开发环境

   在进行下一步之前请确保ESP32开发环境已经搭建完毕。详情请参考esp32开发环境的说明。

创建解决方案

   点击下图中的"快速开始"按键(

)会弹出HaaS Studio的欢迎页面，请点击“创建项目”按钮。

   在随后弹框中，设定好项目名称（“rfid_open_door”）及工作区路径之后，硬件类型选择ESP32，点击“立即创建”，创建一个Python轻应用的解决方案。

   将脚本目录中的所有文件复制后覆盖rfid_open_door工程目录下的原有文件。其中main.py脚本的内容如下图所示：

#########
from aliyunIoT import Device     # iot组件是连接阿里云物联网平台的组件
import network                   # Wi-Fi功能所在库
import ujson
##################
from driver import SPI,GPIO,PWM
import mfrc522
import utime
import servo
rfid_card  = 0
mfrc522Dev = 0
buzzerobj = 0
servoObj = 0
#########
# 物联网平台连接标志位
iot_connected = False
wlan = None
# 三元组信息
productKey = "产品密钥" #需要填入物联网云平台申请到的productKey信息
deviceName = "设备名称" #需要填入物联网云平台申请到的deviceName信息
deviceSecret = "设备密钥" #需要填入物联网云平台申请到的deviceSecret信息
# 物联网设备实例
device = None
# Wi-Fi SSID和Password设置
wifiSsid = "请填写您的路由器名称"
wifiPassword = "请填写您的路由器密码"
...
if __name__ == '__main__' :
    ##########
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)   #创建WLAN对象
    get_wifi_status()
    connect_lk(productKey, deviceName, deviceSecret)
    ##########
    servo_init()
    init_buzzer()
    init_mfrc522()
    while True:
        print("\\nHold a tag near the reader")
        rfid_card = mfrc522Dev.readCardID()
        buzzer_readcard()
        report_event()

   然后对main.py里边的内容后需要完成以下三处代码修改。

Python脚本的详细说明请参考脚本内嵌的文字版注释

1. 修改路由器名称及密码    修改rfid_open_door工程里main.py中wifiSsid和wifiPassword的值为读者实际要连接的路由器的名称及密码（请注意名称和密码都需要放在""符号中间）。

# Wi-Fi SSID和Password设置
wifiSsid = "请填写您的路由器名称"
wifiPassword = "请填写您的路由器密码"

   修改完成之后get_wifi_status函数中的wlan.connect(wifiSsid, wifiPassword)语句就会连接读者自己设定的路由器。

1. 修改设备端三元组

   修改rfid_open_door工程里main.py中productKey、deviceName和deviceSecret的值为读者创建的物联网设备的三元组信息，如下图所示：

# 三元组信息
productKey = "产品密钥"
deviceName = "设备名称"
deviceSecret = "设备密钥"

1. 修改设备端上报RFID卡号信息所用标识符

   rfid_open_door工程里main.py中下面的代码实现的是上传RFID卡号到云端的功能。其中“rfid_card”为上报时所用的标识符。

def report_event():
    global rfid_card
    upload_data = 'params': ujson.dumps(
        'rfid_card': str(rfid_card),
    )
    
    # 上传端测的RFID卡号到物联网平台
    print(upload_data)
    device.postProps(upload_data)

   确保rfid_card标识符和物联网产品的物模型中属性标识符是一样的，如下图所示：

   下面是本节添加的重点代码段落讲解：

• 设备联网调用

##########
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)   #创建WLAN对象
    get_wifi_status()
    connect_lk(productKey, deviceName, deviceSecret)
##########

• 舵机和RFID识卡模块的初始化

def servo_init():
    global servoObj
    pwmObj = PWM()
    pwmObj.open("servo")
    data_r = 'freq':50, 'duty': 0
    pwmObj.setOption(data_r)
    print("buzzer inited!")
    servoObj = servo.SERVO(pwmObj)
def init_mfrc522():
    global mfrc522Dev
    spiDev = SPI()
    spiDev.open("mfrc522")
    sda_gpio = GPIO()
    sda_gpio.open("mfrc522_sda")
    reset_gpio = GPIO()
    reset_gpio.open("mfrc522_rst")
    mfrc522Dev = mfrc522.MFRC522(spiDev, sda_gpio, reset_gpio)
    print("mfrc522 inited!")

运行结果

   推送此脚本到ESP32之后，运行此脚本，ESP32串口会周期性的打印如下日志。其中：

• “物联网平台连接成功” 代表成功连接到物联网平台
• “Hold a tag near the reader”说明RFID识别模块准备好
• "'params': '"rfid_card": "979024648674"'"顺利读到RFID卡，并且把卡号“979024648674”上报云端

==== python file check /data/pyamp/main.py ====
 ==== python execute from /data/pyamp/main.py ====
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
('172.16.2.152', '255.255.254.0', '172.16.2.1', '114.114.114.114')
establish tcp connection with server(host='xxxx.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com', port=[443])
sleep for 1 s
tcp_connect: can only connect from state CLOSED
success to establish tcp, fd=54
物联网平台连接成功
sleep for 2s
buzzer inited!
mfrc522 inited!
Hold a tag near the reader
'params': '"rfid_card": "979024648674"'
Hold a tag near the reader

物联网平台端设备信息查看

   物联网设备的系统启动成功并连接到物联网平台之后，物联网平台上对应的设备状态会从”未激活状态“变为”上线“，在物模型数据标签页上会显示设备上报到物联网平台的属性值。

   此时如果设备端读取到RFID卡号，物联网平台的物模型数据会更新为设备上报的最新的属性值。

规则引擎

场景联动设定

   点击规则引擎->场景联动，点击创建规则。

   进行规则设定，如下所示，云端识别到卡号“152915170457”，那么就发送一条开门命令。

调试

   ESP32串口会周期性的打印如下日志。其中：

• "'params': '"rfid_card": "152915170457"'"顺利读到RFID卡，并且把卡号“152915170457”上报云端
• “90 0 打开门”，说明成功执行了一次开门，然后自动关门的动作

==== python file check /data/pyamp/main.py ====
 ==== python execute from /data/pyamp/main.py ====
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
wifi_connected: False
('172.16.2.152', '255.255.254.0', '172.16.2.1', '114.114.114.114')
establish tcp connection with server(host='xxxx.iot-as-mqtt.cn-shanghai.aliyuncs.com', port=[443])
sleep for 1 s
tcp_connect: can only connect from state CLOSED
success to establish tcp, fd=54
物联网平台连接成功
sleep for 2s
buzzer inited!
mfrc522 inited!
Hold a tag near the reader
'params': '"rfid_card": "979024648674"'
Hold a tag near the reader
'params': '"rfid_card": "152915170457"'
Hold a tag near the reader
90
0
打开门