基于树莓派的指纹识别与RFID考勤系统

• 难度系数：4分
• 工作量：4分
• 创新点：3分

1 简介

2 主要器件

• R305指纹模块
• PL2303 USB转TTL
• RC522 RFID 模块
• 20x4 液晶显示器
• 树莓派
• 以太网电缆
• 按钮 (8)
• 蜂鸣器
• 跳线
• SD 卡 (16 GB)
• 电位器 (10k)

3 实现效果

4 设计原理

4.1 Adafruit 指纹传感器库

具体配置见 Adafruit 指纹传感器库

4.2树莓派读取 RC522 RFID 标签**

简介
RC522 RFID 模块是一个简单的附加组件，我们可以连接到 Raspberry Pi 以读取 MIFARE 标签和卡片。这是一个很棒的功能，可以包含在安全系统或任何需要识别物体或人而无需按下按钮、操作开关或其他传感器的应用程序中。非接触式标签可以放在钥匙圈上，卡片可以很好地放在钱包里。

支持的协议
使用 RC522 芯片的模块应该支持所有使用以下标准的标签：

• MIFARE 迷你
• MIFARE 1K
• MIFARE 4K,
• MIFARE 超轻
• MIFARE DESFire EV1
• MIFARE Plus 射频

可以购买额外的卡片和标签，但您应该确保它们支持其中一种标准。

这些 RFID 模块无法读取非接触式银行卡。他们可以从智能手机读取 ID，但 ID 每次都不同，因此在大多数情况下不是很有用。

硬件设置

使用 7 路母母跨接电缆将模块连接到 Pi。

接线细节如下表所示：

下载 RC522 Python 库

示例 Python 脚本

import time
import RPi.GPIO as GPIO
import MFRC522
 
# Create an object of the class MFRC522
MIFAREReader = MFRC522.MFRC522()
 
# Welcome message
print("Looking for cards")
print("Press Ctrl-C to stop.")
 
# This loop checks for chips. If one is near it will get the UID
try:
   
  while True:
 
    # Scan for cards
    (status,TagType) = MIFAREReader.MFRC522_Request(MIFAREReader.PICC_REQIDL)
 
    # Get the UID of the card
    (status,uid) = MIFAREReader.MFRC522_Anticoll()
 
    # If we have the UID, continue
    if status == MIFAREReader.MI_OK:
 
      # Print UID
      print("UID: "+str(uid[0])+","+str(uid[1])+","+str(uid[2])+","+str(uid[3]))
 
      time.sleep(2)
 
except KeyboardInterrupt:
  GPIO.cleanup()

4.3 20×4 LCD 模块

液晶模组硬件

通常设备需要 8 条数据线来向位 0-7 提供数据。但是，此 LCD 可以配置为使用“4 位”模式，该模式允许您以 4 位的两个块（或半字节）发送数据。这减少了与 Pi 连接时所需的 GPIO 连接数量。

连接方法如下：

注： RW 引脚允许将设备置于读取或写入模式。我将此引脚接地以防止模块尝试向 Pi 发送数据，因为 Pi 不能容忍其 GPIO 接头上的 5V 输入。

Pin 3：为了控制对比度，您可以调整提供给 Pin 3 的电压。我使用 10K 欧姆微调器为 Pin 3 提供 0-5V 的可变电压，从而可以调整对比度。

引脚 15：这为背光 LED 供电。为了打开和关闭背光，我使用了一个晶体管（BC547、BC548 或同等产品）来切换此引脚。这需要一个额外的 GPIO 引脚来切换晶体管，但允许我的 Python 脚本控制背光。

LCD软件配置

使用 RPi.GPIO 库来提供对 Python 中 GPIO 的访问。
此设置的功能包括：

• 10k可变电阻调节对比度
• 2k可变电阻调节背光亮度
• 一个晶体管，可以打开和关闭背光
• 左对齐、居中和右对齐的文本

面包板电路如下所示：

5 部分核心代码

LCD部分代码

import RPi.GPIO as GPIO
import time
 
# Define GPIO to LCD mapping
LCD_RS = 7
LCD_E  = 8
LCD_D4 = 25
LCD_D5 = 24
LCD_D6 = 23
LCD_D7 = 18
LED_ON = 15
 
# Define some device constants
LCD_WIDTH = 20    # Maximum characters per line
LCD_CHR = True
LCD_CMD = False
 
LCD_LINE_1 = 0x80 # LCD RAM address for the 1st line
LCD_LINE_2 = 0xC0 # LCD RAM address for the 2nd line
LCD_LINE_3 = 0x94 # LCD RAM address for the 3rd line
LCD_LINE_4 = 0xD4 # LCD RAM address for the 4th line
 
# Timing constants
E_PULSE = 0.0005
E_DELAY = 0.0005
 
def main():
  # Main program block
 
  GPIO.setmode(GPIO.BCM)       # Use BCM GPIO numbers
  GPIO.setup(LCD_E, GPIO.OUT)  # E
  GPIO.setup(LCD_RS, GPIO.OUT) # RS
  GPIO.setup(LCD_D4, GPIO.OUT) # DB4
  GPIO.setup(LCD_D5, GPIO.OUT) # DB5
  GPIO.setup(LCD_D6, GPIO.OUT) # DB6
  GPIO.setup(LCD_D7, GPIO.OUT) # DB7
  GPIO.setup(LED_ON, GPIO.OUT) # Backlight enable
 
  # Initialise display
  lcd_init()
 
  # Toggle backlight on-off-on
  lcd_backlight(True)
  time.sleep(0.5)
  lcd_backlight(False)
  time.sleep(0.5)
  lcd_backlight(True)
  time.sleep(0.5)
 
  while True:
 
    # Send some centred test
    lcd_string("--------------------",LCD_LINE_1,2)
    lcd_string("Rasbperry Pi",LCD_LINE_2,2)
    lcd_string("Model B",LCD_LINE_3,2)
    lcd_string("--------------------",LCD_LINE_4,2)
 
    time.sleep(3) # 3 second delay
 
    lcd_string("Raspberrypi-spy",LCD_LINE_1,3)
    lcd_string(".co.uk",LCD_LINE_2,3)
    lcd_string("",LCD_LINE_3,2)
    lcd_string("20x4 LCD Module Test",LCD_LINE_4,2)
 
    time.sleep(3) # 20 second delay
 
    # Blank display
    lcd_byte(0x01, LCD_CMD)
 
    time.sleep(3) # 3 second delay
 
def lcd_init():
  # Initialise display
  lcd_byte(0x33,LCD_CMD) # 110011 Initialise
  lcd_byte(0x32,LCD_CMD) # 110010 Initialise
  lcd_byte(0x06,LCD_CMD) # 000110 Cursor move direction
  lcd_byte(0x0C,LCD_CMD) # 001100 Display On,Cursor Off, Blink Off
  lcd_byte(0x28,LCD_CMD) # 101000 Data length, number of lines, font size
  lcd_byte(0x01,LCD_CMD) # 000001 Clear display
  time.sleep(E_DELAY)
 
def lcd_byte(bits, mode):
  # Send byte to data pins
  # bits = data
  # mode = True  for character
  #        False for command
 
  GPIO.output(LCD_RS, mode) # RS
 
  # High bits
  GPIO.output(LCD_D4, False)
  GPIO.output(LCD_D5, False)
  GPIO.output(LCD_D6, False)
  GPIO.output(LCD_D7, False)
  if bits&0x10==0x10:
    GPIO.output(LCD_D4, True)
  if bits&0x20==0x20:
    GPIO.output(LCD_D5, True)
  if bits&0x40==0x40:
    GPIO.output(LCD_D6, True)
  if bits&0x80==0x80:
    GPIO.output(LCD_D7, True)
 
  # Toggle 'Enable' pin
  lcd_toggle_enable()
 
  # Low bits
  GPIO.output(LCD_D4, False)
  GPIO.output(LCD_D5, False)
  GPIO.output(LCD_D6, False)
  GPIO.output(LCD_D7, False)
  if bits&0x01==0x01:
    GPIO.output(LCD_D4, True)
  if bits&0x02==0x02:
    GPIO.output(LCD_D5, True)
  if bits&0x04==0x04:
    GPIO.output(LCD_D6, True)
  if bits&0x08==0x08:
    GPIO.output(LCD_D7, True)
 
  # Toggle 'Enable' pin
  lcd_toggle_enable()
 
def lcd_toggle_enable():
  # Toggle enable
  time.sleep(E_DELAY)
  GPIO.output(LCD_E, True)
  time.sleep(E_PULSE)
  GPIO.output(LCD_E, False)
  time.sleep(E_DELAY)
 
def lcd_string(message,line,style):
  # Send string to display
  # style=1 Left justified
  # style=2 Centred
  # style=3 Right justified
 
  if style==1:
    message = message.ljust(LCD_WIDTH," ")
  elif style==2:
    message = message.center(LCD_WIDTH," ")
  elif style==3:
    message = message.rjust(LCD_WIDTH," ")
 
  lcd_byte(line, LCD_CMD)
 
  for i in range(LCD_WIDTH):
    lcd_byte(ord(message[i]),LCD_CHR)
 
def lcd_backlight(flag):
  # Toggle backlight on-off-on
  GPIO.output(LED_ON, flag)
 
if __name__ == '__main__':
 
  try:
    main()
  except KeyboardInterrupt:
    pass
  finally:
    lcd_byte(0x01, LCD_CMD)
    lcd_string("Goodbye!",LCD_LINE_1,2)
    GPIO.cleanup()

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