STM32+华为云IOT设计的动态密码锁 _华为云

知识就是力量，时间就是生命。这篇文章主要讲述STM32+华为云IOT设计的动态密码锁相关的知识，希望能为你提供帮助。
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。

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2. 相关硬件 2.1 WIFI模块

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2.2 步进电机模块

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2.3 OLED显示屏

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2.4 STM32开发板

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2.5 矩阵键盘模块

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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/

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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
【STM32+华为云IOT设计的动态密码锁】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.exe13-Nov-2019 07:283.7GDetails
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

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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

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选择设备接入:

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选择免费试用：

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在产品页面，点击右上角创建产品:

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填上产品信息:

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得到产品ID，保存好ID，点击查看详情：

产品ID为：61b9ba3a2b2aa20288c1e7f1.

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点击设备页面，注册设备：

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填充信息进行注册：

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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

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关闭后就看到创建好的设备了：

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点击产品页面，选择刚才创建的产品：

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选择自定义模型---创建数据模型服务：

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选择新增属性，创建设备的属性

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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/

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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。

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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

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在产品页面可以，看到主题的全部格式：

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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。

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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:

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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。

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修改一下锁的状态，上报属性再查看：

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发现云端的状态也已经改变，现在设备上报已经OK。

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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：

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命令添加成功:

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在设备页面，选择同步命令下发：

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点击确定后，查看MQTT客户端，发现已经收到数据了：

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$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STM32连接华为云IOT的工程代码Get: https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/81993720
5.1 硬件相关原理图

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5.2 程序下载配置

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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GND3. ULN2003控制28BYJ-48步进电机接线:ULN2003接线: IN4: PC9d IN3: PC8c IN2: PC7b IN1: PC6a +: 5V -: GND4. 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-----PA75. 板载按键 KEY1---PA0 KEY2---PC136.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

//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"); elseUSART1_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:20170101000000if(RTC_GetYearState(i))SecCnt+=366*24*60*60; //闰年一年的秒数elseSecCnt+=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elseSecCnt+=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=2017; //基准年份/*1. 计算当前的年份*/ while(1)if(RTC_GetYearState(rtc_clock.year))if(sec> =366*24*60*60) //够一年sec-=366*24*60*60; rtc_clock.year++; else break; elseif(sec> =365*24*60*60) //够一年sec-=365*24*60*60; rtc_clock.year++; else break; /*2. 计算当前的月份*/ rtc_clock.mon=1; for(i=0; i< 12; i++)if(RTC_GetYearState(rtc_clock.year))if(sec> =mon_r[i]*24*60*60)sec-=mon_r[i]*24*60*60; rtc_clock.mon++; else break; elseif(sec> =mon_p[i]*24*60*60)sec-=mon_p[i]*24*60*60; rtc_clock.mon++; else break; /*3. 计算当前的天数*/ rtc_clock.day=1; while(1)if(sec> =24*60*60)sec-=24*60*60; rtc_clock.day++; else break; /*4. 计算当前的小时*/ rtc_clock.hour=0; while(1)if(sec> =60*60)sec-=60*60; rtc_clock.hour++; else break; /*5. 计算当前的分钟*/ rtc_clock.min=0; while(1)if(sec> =60)sec-=60; rtc_clock.min++; else break; /*6. 计算当前的秒*/ rtc_clock.sec=sec; /* 函数功能: 判断年份是否是平年、闰年返回值: 0表示平年 1表示闰年 */ u8 RTC_GetYearState(u32 year)if((year%4==0& & year%100!=0)||year%400==0)return 1; return 0; /* 函数功能: 获取星期 */ void RTC_GetWeek(u32 sec)u32 day1=sec/(60*60*24); //将秒单位时间转为天数 switch(day1%7)case 0: rtc_clock.week=0; break; case 1: rtc_clock.week=1; break; case 2: rtc_clock.week=2; break; case 3: rtc_clock.week=3; break; case 4: rtc_clock.week=4; break; case 5: rtc_clock.week=5; break; case 6: rtc_clock.week=6; break; /* 将标准时间转为秒单位时间思路: 全程加法时间基准点: 1970年1月1日0时0分0秒返回值: 得到的秒单位时间 */ unsigned int TimeToSec(int year, int mon, int mdeay, int hour, int min)int i; int sec_cnt = 0; //记录秒单位的时间 /*1. 转换年*/ for (i = 1970; i < year; i++)if (RTC_GetYearState(i)) //闰年sec_cnt += 366 * 24 * 60 * 60; elsesec_cnt += 365 * 24 * 60 * 60; /*2. 转换月*/ for (i = 0; i < mon - 1; i++)if (RTC_GetYearState(year)) //闰年sec_cnt += mon_r[i] * 24 * 60 * 60; elsesec_cnt += mon_p[i] * 24 * 60 * 60; /*3. 转换天数*/ sec_cnt += (mdeay - 1) * 24 * 60 * 60; /*4. 转换小时*/ sec_cnt += hour * 60 * 60; /*5. 转换分钟*/ sec_cnt += min * 60; return sec_cnt;