這篇文章來源于DevicePlus.com英語網站的翻譯稿。

已經煩透了丟失鑰匙或者忘記帶鑰匙而被鎖在門外嗎？好吧，讓我來為您提供一個完美的解決方案！今天，我們將制作一款Arduino RFID門鎖。我想要找到一種簡單并且安全的方法來鎖門，而不必購買一個昂貴的裝置。接下來，我們將要學習射頻識別（RFID）技術并將其應用到無線通信中。

什么是RFID？

“RFID表示射頻識別，[…]RFID的作用與信用卡或者ATM卡背面的條形碼或磁條相同；它為物體提供了唯一的標識符。而且，就像必須掃描條形碼或詞條才能獲取信息一樣，RFID設備必須經過掃描才能獲取相關的識別信息。”– 摘自?Technovelgy，一個記錄科學技術與科幻創意的網站。

在本項目中通過使用RFID技術來從RFID標簽中讀取數據，并將信息發送到MCU的非易失性存儲器。從標簽讀取的ID與存儲的信息進行比較，如果匹配，則門將被解鎖/打開。

硬件

Arduino Nano

RFID RC522

壓電蜂鳴器

2x LED

2x 330 電阻

4×4 鍵盤

LCD適配器I2C

LCD16X2BL

軟件

Arduino IDE

SketchUp

Github

將LCD 連接到Arduino

LCD有16個引腳，對于Arduino Nano來說引腳數量過多，因此一定要使用I2C適配器，如此一來可以僅通過Arduino的兩個信號引腳來實現顯示功能。這很有幫助，因為這種情況下需要通過MCU控制的引腳數量就會很少。

圖1：LCD引腳

LCD具有并行接口，這意味著MCU必須同時操控多個接口引腳來對顯示進行控制。下表提供了每個引腳的說明：

圖2：引腳規格

首先，我們將在LCD和I2C之間建立連接。為此，我們需要一個I2C LCD顯示適配器（LCD1602）。該適配器將16 x 2字符LCD顯示轉換為串行I2C LCD，僅用兩根導線連接即可通過Arduino進行控制。

圖3：Arduino和LCD之間的連接

接下來，我們將在Arduino IDE中添加庫“”。我們可以通過該庫將LCD連接到Arduino。內置的LiquidCrystal_I2C庫可以輕松實現在LCD屏幕上顯示字母。

您可以點擊此處下載LiquidCrystal_I2C.h。

請按照以下步驟將新的庫安裝到您的Arduino IDE中：

1) 首先，從Github上下載文件（我將要下載的是Keypad庫）。

2) 壓縮(.zip)每個文件夾。

3) 拷貝.zip文件到您的Arduino文件夾中。

4) 打開Arduino并添加Keypad.zip：：Sketch menu > Include Library > Add .ZIP Library。

5) 添加keypad庫：Sketch menu > Include Library > Keypad.

測試LCD的代碼：

#include 

#include 

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // Set the LCD address to 0x27 for a 16 chars and 2 line display

void setup() {

lcd.begin();// initialize the LCD

lcd.backlight();// Turn on the blacklight and print a message.

lcd.backlight();

lcd.print("Hello, world!");

}

void loop() {

}

圖4：連接到Arduino Nano的LCD

連接鍵盤

現在，要進入鍵盤部分了！我們將要對鍵盤進行連接，以實現在LCD上顯示從鍵盤輸入的數字。

Keypad.h 是一個讓Arduino能夠從鍵盤讀取矩陣類型鍵盤數據的庫。

在本教程中我使用的是一個 4×4 鍵盤。

下表顯示了Arduino開發板與鍵盤之間的連接情況。鍵盤引腳連接到Arduino的數字輸出引腳。D6引腳是PWM引腳，因此用于蜂鳴器。

Keypad pin	Arduino pin
1	D2
2	D3
3	D4
4	D5
5	A0
6	D7
7	D8

圖5：Arduino、LCD以及鍵盤之間的連接

圖6：連接到Arduino的LCD和鍵盤

連接RFID

接下來，我們將添加RFID。在這種情況下，RFID板使用SPI通信協議，其中Arduino將作為主機，而RFID閱讀器將作為從機。讀卡器和標簽將被設計為以13.56MHz大小的頻率進行通信。

這是很重要的一步，因為RFID會幫助我們從卡上讀取數據，并且確定ID是否對應于EEPROM中存儲的信息。如果匹配，我們就能夠進入房間并顯示“解鎖”。否則，LCD將顯示“鎖定”。

圖7： Arduino、LCD以及RFID之間的連接

圖8： Arduino、LCD以及RFID

添加蜂鳴器以及LED

下一步是添加一個蜂鳴器和2個LED，以模擬被控制訪問系統的狀況。請查看下面的接線圖（圖9）。我們設置了一個蜂鳴器，可以在獲得訪問權限（解鎖）時蜂鳴。鎖定時，紅色LED始終亮起，解鎖時，綠色LED會亮起。

為了保護這些設備模塊，我決定用3D打印制造出收納的盒子。如果您沒有3D打印機，可以使用一個可以盛放所有組件的塑料盒。這會很有幫助，因為這樣一來這些模塊將會被放置于內部，只有LED、鍵盤和LCD會放置在盒子外。

圖9：Nano、 LCD、鍵盤、RFID和蜂鳴器連接接線圖

制造收納的盒子

對于本項目，我想要制造一個自定義的盒子來收納所有的組件，并保護這些組件不被損壞。

我使用SketchUp設計了一個盒子，這個軟件具有用戶友好型界面，有一些簡單的操作按鈕，如橡皮擦、線條和卷尺工具等。

盒子的尺寸是 120x125x37 mm。

如果您對Sketchup不熟悉，建議您點擊此處閱讀一些Sketchup教程。

圖10：收納盒子（頂部視圖）

圖11：收納盒子（底部視圖）

設計盒子時，我考慮了以下尺寸：

頂部視圖：

2 個用于LED的開口 (5.2 mm)

1 個用于LCD的開口 (42.2×7.3 mm)

1 個用于線纜的開口(16×10.5 mm)span>

底部視圖

1 個用于鍵盤的開口(27×10 mm)

在測量了組件的尺寸之后，我設計了一個非常緊湊的盒子。您可以根據自己的喜好對設計進行更改。

圖12：內部裝有模塊的完整收納盒

代碼流程圖

完整代碼

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include



int relPin;

int state=0;

byte  COD[10];

byte  AUX[10];

int k=0;

String ;

String ;

//NFC

#define RST_PIN   9

#define SS_PIN 10   

MFRC522 mfrc522(SS_PIN, RST_PIN);   // Create MFRC522 instance

#define NEW_UID {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF}

MFRC522::MIFARE_Key key;



//LCD

LiquidCrystal_I2C  lcd(0x27,16,2);



//KEYPAD

const byte numRows= 4; //number of rows on the keypad

const byte numCols= 4; //number of columns on the keypad



char keymap[numRows][numCols]=

{

{'1', '2', '3', 'A'},

{'4', '5', '6', 'B'},

{'7', '8', '9', 'C'},

{'*', '0', '#', 'D'}

};



//Code that shows the the keypad connections to the arduino terminals

byte rowPins[numRows] = {2,3,4,5}; //Rows 0 to 3

byte colPins[numCols]= {A0,7,8,9}; //Columns 0 to 3



//initializes an instance of the Keypad class

Keypad myKeypad= Keypad(makeKeymap(keymap), rowPins, colPins, numRows, numCols);



void setup() {

  pinMode(A0,OUTPUT);

  digitalWrite(A0,HIGH);

  pinMode(A3,OUTPUT);

  digitalWrite(A3,HIGH);

  pinMode(A1,OUTPUT);

  digitalWrite(A1,HIGH);

  pinMode(A2,OUTPUT);

  digitalWrite(A2,LOW);

  //NFC

  Serial.begin(9600);  // Initialize serial communications with the PC

  while (!Serial);  // Do nothing if no serial port is opened

  SPI.begin(); // Init SPI bus

 mfrc522.PCD_Init();     // Init MFRC522 card



 for (byte i = 0; i < 6; i++) {        

key.keyByte[i] = 0xFF;

 }

lcd.begin();

lcd.backlight();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.clear();

lcd.print( "BLOCKED" );

}



void  readNFC(){   // This function will read the code stored on  

 for (byte i =0; i<(mfrc522.uid.size); i++) {  // the  UID

   COD[i]=mfrc522.uid.uidByte[i];

 }

 Serial.print("COD");

 Serial.print(COD[0]);

 Serial.print(COD[1]);

 Serial.print(COD[2]);

 Serial.print(COD[3]);

}



void pairNFC(){

 Serial.println("COD in pair");

 Serial.print(COD[0]);

 Serial.print(COD[1]);

 Serial.print(COD[2]);

 Serial.print(COD[3]);

  long  r=0;

  int c=0;

  for(int i=1;i<=EEPROM.read(0);i++){                       //The UID cannot be stored on

switch(i%4){                                                     // one variable, it was needed to be

      case 1 :{AUX[0]=EEPROM.read(i); break;}     // split

      case 2 :{AUX[1]=EEPROM.read(i); break;}

      case 3 :{AUX[2]=EEPROM.read(i); break;}

      case 0 :{AUX[3]=EEPROM.read(i); break;}

}

if((i)%4==0)

   {Serial.println(r);

    if( AUX[0]==COD[0] && AUX[1]==COD[1] && AUX[2]==COD[2] && AUX[3]==COD[3] ){                                      //Verify if the code is in EEPROM

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print("CODE ALREADY IN");

         lcd.setCursor(0,1);

         lcd.print("SYSTEM");

      delay(2000);

          c=1;

      break;}

  }

  }



if(c==0){int aux2=EEPROM.read(0);

             Serial.println("CODE PAIRED");

Serial.print(COD[0]);

Serial.print(COD[1]);

Serial.print(COD[2]);

Serial.print(COD[3]);



         EEPROM.write(aux2+1,COD[0]);  //Writing code in EEPROM

         EEPROM.write(aux2+2,COD[1]);

         EEPROM.write(aux2+3,COD[2]);

         EEPROM.write(aux2+4,COD[3]);



         aux2=aux2+4; // Position for a new code

         Serial.println("aux2");

         Serial.println(aux2);

         EEPROM.write(0,0);

         EEPROM.write(0,aux2);    

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print("CODE PAIRED");

         delay(2000);}   

 }



boolean validationNFC(){

  boolean c=false;

  for(int i=1;i<=EEPROM.read(0);i++){   //Read the EEPROM

      switch(i%4){

      case 1 :{AUX[0]=EEPROM.read(i); break;}

      case 2 :{AUX[1]=EEPROM.read(i); break;}

      case 3 :{AUX[2]=EEPROM.read(i); break;}

      case 0 :{AUX[3]=EEPROM.read(i); break;}

    }

if((i)%4==0)

   {

    if( AUX[0]==COD[0] && AUX[1]==COD[1] && AUX[2]==COD[2] &&                AUX[3]==COD[3])

      c=true; //Verify if the code is in EEPROM and make flag=true;

     }

}       

  return c;  

}



int compareCODE(String a)    //We type a code on keypad and this will be compared

{ //with the accessCode;

 if(a.equals(accessCode))    

return 1;

 else if(a.equals(codpairing)) return 2;

 else return 0;  

}



String takeCode(char x) //Will display on the LCD the code typed

{ char vec[10];

 vec[0]=x;

 lcd.setCursor(0,0);

 lcd.clear();

 lcd.print('X');

 for(int i=1;i<8;i++)

    {vec[i]=myKeypad.waitForKey(); //Waits for 8 keys to be pressed and after that  

     lcd.print('X');} //is taking the decision

 vec[8]=NULL;

 String str(vec);

 return str;

}  



  void loop() {

   

  switch(state){

  case 0: {

    mfrc522.PCD_Init();

    if (  mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){

   

    readNFC(); //It will read the card and it will search for UID in its

    if(validationNFC()) //memory

       { state=1;

        lcd.clear();

        lcd.setCursor(0,0);

lcd.print( "VALID NFC CODE" ); //The door will be opened

        delay(1000);

        return;

       }

    else{

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.print( "INVALID NFC CODE" ) //If the code was wrongblocked

         delay(1000);

         lcd.setCursor(0,0);

         lcd.clear();

         lcd.print( "BLOCKED" );

         return;

        }

    }      

 

char c=myKeypad.getKey();

  if(c != NO_KEY){

   

String codcurent=takeCode(c);

int A=compareCODE(codcurent);

  if(A==0){                                //A is a variable that stores the current code

   lcd.clear();

   lcd.print("INVALID CODE");

   delay(2000);

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.clear();

    lcd.print("BLOCKED");

   return;

}

  if(A==1){

lcd.setCursor(0,0);

     lcd.clear();

   lcd.print( "VALID CODE " );

delay(2000);

   state = 1;

   Return;

}

  if(A==2); {

state=2;

         lcd.clear();

         lcd.setCursor(0,0);

        lcd.print( " Pairing..." );

      delay(2000);

    return;}

  }

break;

   }



 case 1:{

    lcd.clear();

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.print( "UNLOCKED" );

    digitalWrite(A3,LOW);

    digitalWrite(A1,LOW); //The red LED will be off

    digitalWrite(A2,HIGH); //The green LED will be on

    tone(6,3000,5010); //The buzzer will make a sound

    delay(5000); //After 5 seconds the system will be blocked

    digitalWrite(A3,HIGH);

    digitalWrite(A1,HIGH);

    digitalWrite(A2,LOW);

    state=0;

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.clear();

    lcd.print( "BLOCKED" );

return;

    }



  case 2:{

   mfrc522.PCD_Init();

      if (  mfrc522.PICC_IsNewCardPresent() && mfrc522.PICC_ReadCardSerial() ){

      readNFC();

      pairNFC();

      state=0;

      delay(2000);

      lcd.clear();

      lcd.setCursor(0,0);

      lcd.print( "BLOCKED" );   }

 

break;

}

}

}

結論

至此，我們成功制作了一款低成本的Arduino RFID門鎖。對我來說，這是一個很有趣的項目，因為我是為自己使用而制作的。此外，制作一個這樣的設備不僅能讓您因為做了一些有用的事而產生滿足感，學習到很多知識，還能讓您對自制電子設備有初步的嘗試和體驗。與各種各樣的開發板打交道是非常具有挑戰性的。本項目還包含了很多有趣的課題，例如：

與其他Arduino庫一起使用

理解EEPROM的使用

使用多種通信，如I2C, SPI

點擊此處 閱讀本文的第二部分，我們將開發用智能手機端解鎖的功能！查看我們的Arduino 項目，了解其他有趣且具有挑戰性的Arduino項目！

DevicePlus 編輯團隊

設備升級版適用于所有熱愛電子和機電一體化的人。

審核編輯黃宇