【分享】2023级 徐安东 李佳伦 智能门锁设计

xuandong

一、作品简介

本作品是一款以 DWIN T5L 智能屏（8051 内核 + DGUS II 图形界面）为主控、配 FPM10A 光学指纹模块 的嵌入式智能门锁系统。主控芯片同时承担控制、显示、触摸、语音与存储，实现 "双方式开锁 + 指纹全生命周期管理 + 密码掉电保存"。

主要功能

· 密码开锁：数字密码，默认 123456，可修改并写入内部 NOR Flash 掉电保存

· 指纹开锁：FPM10A 模块库内匹配（范围 ID 0~999），匹配成功即开锁

· 指纹管理：录入（两次按压采样）、删除单枚、清空全部、管理员指纹验证

· 人机交互：DGUS 触摸屏多页面状态机（主页 / 指纹解锁 / 密码错误 / 开锁成功 / 设置菜单等），开锁成功进入展示页停留约 3 秒后自动回主页

· 语音反馈：WAE 音频播放触摸提示音（敲门声、提示音）

· 硬件自适应：上电自动探测指纹模块实际波特率（9600 / 57600 / 115200 / 38400）

硬件组成：T5L 主控屏（含 DGUS 触摸屏、内部 NOR Flash、WAE 音频）、FPM10A 光学指纹模块（UART2 串口，P0.4/P0.5）、软件模拟 IIC（P2.2/P2.3，预留扩展）、定时器 2 提供 1ms 时基。

工程结构：USER/（主流程 main.c、系统初始化 sys.c）、HANDWARE/（FPM10A 指纹驱动、密码管理、NOR Flash 驱动、软件 IIC）、GUI_APP/（DGUS 界面工程：页面、图标、触摸配置、音频素材）。

二、工作原理

1. 上电初始化

sys_init() 配置 8051 寄存器、关闭看门狗、启动定时器 2（1ms 中断）→ 配置 DGUS 系统工作参数 → 串口初始化 → Device_Check() 自动探测 FPM10A 波特率（4 种波特率各试 5 次、连续 2 次合法应答才确认，结果写入 VP 0x3099）→ password_init() 密码置初值 123456 → 进入主页，开始主循环。

2. 主循环调度（前后台结构）

while(1) 中反复执行三件事：

· DGUS_Process()：轮询 DGUS 变量区（VP）各按键标志 ——0x3020 指纹开锁、0x3100 返回主页、0x3070 菜单、0x3060/0x3080 展示页、0x30B0 错误页返回、0x4200/0x4300 语音播放，据此完成页面跳转、功能触发与语音；

· 指纹扫描分支：当 fp_scan_enable=1 时调用 FPM10A_Search_GetID() 轮询指纹；

· input_mima() 与 kaijimima_config()：处理密码验证、改密与指纹管理。

3. 指纹开锁流程

触摸 "指纹开锁"→ 0x3020 置 1 → 跳转指纹解锁页（页 7）并置 fp_scan_enable=1 → 主循环反复执行：① GetImage 采集指纹图像；② Img2Tz 将图像转为特征存入 CharBuffer1；③ Search 在库内匹配。结果分三种：

· 匹配成功（返回 0）→ 跳转开锁成功页（页 13），置 judge_kaiji=1；

· 有手指但不匹配（返回 2）→ 跳转指纹错误页（页 8）；

· 未按指纹 / 采图失败（返回 1）→ 累计等待计数，超过约 8~10 秒跳转指纹错误页，防止一直停留在解锁页。

4. 密码开锁流程

键盘输入密码（写入 VP 0x2000，64 位输入区取 32 位参与比对）→ 按 "确认" 后 0x3010 置 1 → input_mima() 读取输入并与 ture_mima 比较：相等 → 开锁成功页（13），置 judge_kaiji=1；不等 → 密码错误页（5）。

5. 改密与指纹管理

· 改密：0x3090 确认 → 读取 0x2100 新密码 → 更新 ture_mima → norflash_write() 写入内部 NOR Flash（经 0xFF00 缓存区中转、轮询完成标志），实现掉电保存；

· 指纹管理（0x3000 功能码）：1= 管理员验证（约 10 秒超时）；2= 录入（两次按压、每次需连续 2 次成功采图 → 特征分别入 CharBuffer1/2 → RegModel 合成模板 → SaveFinger 入库，finger_id 自增）；3= 清空全部；4= 删除单枚（先验证指纹搜出 ID 再 DeletChar 删除）。

6. 结果反馈

开锁成功后经功能菜单进入展示页停留约 3 秒（标称）自动回主页；失败 / 超时进入对应错误页；触摸按键经 VP 0x00A0 的 WAE 指令播放提示音。

三、设计思路

1. 一体化硬件选型，降低系统复杂度

选用 T5L 智能屏把控制（8051）、显示（DGUS）、存储（NOR Flash）、语音（WAE）集成于一颗芯片，减少外围电路；指纹识别交给带内置算法的 FPM10A 模组，主控只发串口指令，无需自行实现图像处理与特征比对。

2. 分层模块化架构

HANDWARE/ 底层驱动（FPM10A、密码、NOR Flash、IIC）与 USER/ 应用层（主流程）分离，GUI 界面独立于固件（DGUS 工程），各模块可独立调试、替换和复用。

3. 前后台轮询 + 标志位状态机

不依赖操作系统：主循环轮询 VP 按键标志完成页面跳转与功能分发；用 fp_scan_enable（是否扫描）、judge_kaiji（是否已开锁）、fp_unlock_tick（超时计数）等标志位管理状态，返回主页时统一复位，避免上一次成功开锁状态被误复用。

4. 针对实际问题的可靠性加固

· 自动波特率探测：4 种波特率各试 5 次、连续 2 次合法应答才确认，解决模块出厂波特率未知、换模块即失效的问题；

· 串口带超时接收（Uart_Receive_Byte_TO）：模块掉线时不会在 while(!RI0) 死等卡死系统；

· 应答校验 + 发命令前清空接收缓冲：防止上一次应答残留导致数据错位；

· 录入防误触："先确认无手指、再连续 2 次成功采图" 才记为一次有效按压，防止模块 0 码误判造成无效录入；

· 密码掉电保存：改密后立即写 NOR Flash，断电不丢失。

5. 交互与可调试设计

多页面状态机配合语音、结果展示页（约 3 秒自动回主页），错误与超时均有明确页面反馈；预留 VP 0x30A0~0x30B5 调试变量区，实时记录指纹模块各步骤应答状态码，可在 DGUS 调试界面直接观测通信过程，便于排查问题。

四、演示视频

【智能门锁设计-哔哩哔哩】 https://b23.tv/tJLAPlU