【文章內(nèi)容簡介】 14VSS電源接地(0V)15VDD電源電源(+3V)16IREF模擬輸入?yún)⒖茧娏?7VSS電源接地(0V)18VDD電源電源(+3V)19DVDD電源輸出去耦電路電源正極端20VSS電源接地(0V) 首先在家用場合中，nRF24L01無線模塊的距離足夠用，而且消耗的功耗極低，傳輸穩(wěn)定，并且跟其他無線模塊比較價格最低，性價比較高，所以選擇了nRF24L01無線模塊。 指紋模塊 FM70系列光學(xué)指紋模塊以高性能高速DSP處理器AS601為核心，在無需上位機(jī)參與管理的情況下，具有指紋錄入、圖像處理、指紋比對、搜索和模板存儲等功能的智能型模塊。和同類質(zhì)問產(chǎn)品相比，F(xiàn)M70模塊具有以下特色：指紋圖像讀取過程中，對于濕手指都有較好的成像質(zhì)量，適合人群廣泛；用戶根據(jù)FM70模塊提供的豐富指令，可自行開發(fā)出功能強(qiáng)大的指紋識別應(yīng)用系統(tǒng)；面對不同應(yīng)用場合，用戶可自行設(shè)定不同安全等級。指紋算法從獲取的指紋圖像中提取的特征，代表了指紋的信息。指紋的存儲、比對和搜索等都是通過指紋特征來完成的。指紋處理包含兩個過程：指紋登錄過程和指紋匹配過程。指紋登錄時，對每一枚指紋錄入2次，將2次錄入的圖像進(jìn)行處理，合成模板存儲于模板中。指紋匹配時，通過指紋傳感器，錄入要驗證指紋圖像并進(jìn)行處理，然后與模板中的指紋模板進(jìn)行匹配比較（若與模塊中指定的一個模板進(jìn)行匹配，稱為指紋比對方式，即1:1方式；若與多個模板進(jìn)行匹配，稱為指紋搜索方式，即1：N方式），模塊給出匹配結(jié)果，通過或失敗。FM70指紋模塊共有23條指令，每一條指令介紹的非常詳細(xì)，并且通俗易懂。FM70指紋模塊的參數(shù)指標(biāo)如表44所示。表44 FM70指紋模塊技術(shù)指標(biāo)表 The index table of FM70 fingerprint module parameter 性能參數(shù)特點(diǎn)供電電壓~供電電流供電小于120mA，峰值電流小于140mA指紋錄入圖像時間窗口面積14*18mm特征文件/模板文件256/512字節(jié)存儲容量1000枚安全等級五級，默認(rèn)第三級認(rèn)假率/拒真率%/%(安全等級為3級時)上位機(jī)接口UART(TTl邏輯電平)通信波特率(UART)(9600*N)bps，其中N為1~12，默認(rèn)值為6，即57600bps工作溫度20~+50℃存儲環(huán)境40~+50℃ 12864OLED模塊 12864OLED（有機(jī)發(fā)光顯示OrganicLight EmittingDisplay）液晶屏是一種128*64行點(diǎn)陣的藍(lán)色或黃藍(lán)雙色的的液晶屏，作為新一代顯示技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種儀器儀表的顯示終端，實(shí)時顯示字符、漢字、曲線等信息。模塊內(nèi)藏64*64的顯示數(shù)據(jù)RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對應(yīng)與OLED屏上的一個點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)；其接口電路和指令簡單，具有8位并行數(shù)據(jù)接口，讀寫時序適配68系列時序，可直接與8位微處理器相連。利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示漢字，可完成圖形顯示。此外，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，具有超輕薄、高亮度、廣視角、自發(fā)光、響應(yīng)速度快、適應(yīng)溫度范圍寬、抗震強(qiáng)、功耗低，可實(shí)現(xiàn)柔軟顯示等優(yōu)越性能，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。 無線傳輸控制電路從單片機(jī)控制的角度來看，我們只需要關(guān)注nRF24L01無線模塊的六個控制和數(shù)據(jù)信號，分別為CSN、SCK、MISO、MOSI、IRQ和CE。CSN為芯片的片選線，CSN為低電平芯片工作；SCK是芯片控制的時鐘線；MISO為芯片控制數(shù)據(jù)線，掌控輸入輸出；MOSI為芯片控制數(shù)據(jù)線，掌控輸出輸入；IRQ為中斷信號，無線通信過程中MCU主要通過IRQ與nRF24L01進(jìn)行通信；CE為芯片的模式控制線，在CSN為低的情況下，CE協(xié)同nRF24L01的CONFIG寄存器共同決定nRF24L01的狀態(tài)。STC89C52與無線模塊連接的原理圖、STM32F103與無線模塊連接的原理圖如圖4圖43所示。圖42 STC89C52控制無線模塊電路圖 The circuit diagram of STC89C52 control wireless module 圖43 STM32F103控制無線模塊電路圖 The circuit diagram of STM32F103 control wireless module 指紋錄入控制電路 FM70指紋模塊是一個技術(shù)比較成熟的、內(nèi)部有快速圖像處理功能的光學(xué)指紋模塊。具有指紋錄入快速、圖像處理快速、干濕手指均可錄入、指紋圖像存儲數(shù)量大、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。加之引腳數(shù)量少，將引腳和單片機(jī)進(jìn)行連接，在單片機(jī)和指紋模塊通過IIC完成通信之后即可錄入指紋。單片機(jī)和指紋模塊連接原理圖如圖44所示。圖44 STM32F103控制指紋模塊原理圖Fig 44 STM32F103 control the schematic diagram of the fingerprint module 按鍵掃描控制電路 4*4薄膜矩陣共16個按鍵，8根引腳。其中PB8~PB11為上拉輸入，PB12~PB15為下拉輸入。首先將PB8~PB11分別設(shè)置為1，然后寫出當(dāng)每一行對應(yīng)按鍵按下時PB12~PB15對應(yīng)的值，根據(jù)得出的16進(jìn)制數(shù)就能知道那個按鍵被按下。圖45為STM32F103和薄膜矩陣鍵盤連接原理圖。圖45 STM32F103控制矩陣鍵盤原理圖 STM32F103 control matrix keyboard diagram 12864OLED顯示控制電路本系統(tǒng)采用的液晶顯示器是 128*64 的標(biāo)準(zhǔn)無字庫液晶顯示器，主要特性為：黃藍(lán)雙色；8 位并行數(shù)據(jù)接口，適配M6800 系列時序；擁有 6464 位(512 字節(jié))的顯示存儲器，其數(shù)據(jù)直接作為顯示驅(qū)動信號；操作指令簡單，低功耗。12864OLED作為新一代的液晶顯示技術(shù)，比傳統(tǒng)的液晶屏有更廣的視角，顯示漢字、西文和圖像都很清晰，其獨(dú)特的取模取字方法可以得到設(shè)計者想要的字符。外形小巧、簡潔，內(nèi)部魯棒性好，不輕易亂碼，是一個用處廣泛的液晶屏。 OLED12864 液晶是由 128 個液晶顯示單元排列組成顯示器的長，由 64 個液晶顯示單元排列組成顯示器的寬，如果一個漢字是 1616 寬度，那么可以顯示長度 8 個漢字，寬度上能顯示 4 個漢字。本系統(tǒng)選擇的是不帶字庫的 12864，原因是不帶字庫的可以自由選擇顯示字體；LCD12864 液晶顯示器與單片機(jī)的管腳接口如圖 46 所示。圖46 STM32F103控制液晶顯示模塊電路圖 The circuit diagram of STM32F103 control LCD module 5 軟件設(shè)計 軟件設(shè)計原則系統(tǒng)軟件[8]是控制和協(xié)調(diào)計算機(jī)以及外部設(shè)備，支持應(yīng)用的軟件開發(fā)和運(yùn)行的系統(tǒng)，是不需要用戶干預(yù)的各種程序的集合。主要功能是調(diào)度、監(jiān)控和維護(hù)計算機(jī)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理計算機(jī)系統(tǒng)中各種獨(dú)立的硬件，使得它們可以協(xié)調(diào)工作。軟件設(shè)計原則需要滿足：(1)可靠性用軟件系統(tǒng)規(guī)模越做越大越復(fù)雜，其可靠性越來越難保證。應(yīng)用本身對系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性要求越來越高，軟件系統(tǒng)的可靠性也直接關(guān)系到設(shè)計自身的聲譽(yù)和生存發(fā)展競爭能力。軟件可靠性意味著該軟件在測試運(yùn)行過程中避免可能發(fā)生故障的能力，且一旦發(fā)生故障后，具有解脫和排除故障的能力。軟件可靠性和硬件可靠性本質(zhì)區(qū)別在于：后者為物理機(jī)理的衰變和老化所致，而前者是由于設(shè)計和實(shí)現(xiàn)的錯誤所致。故軟件的可靠性必須在設(shè)計階段就確定，在生產(chǎn)和測試階段再考慮就困難了。(2)健壯性健壯性又稱魯棒性，是指軟件對于規(guī)范要求以外的輸入能夠判斷出這個輸入不符合規(guī)范要求，并能有合理的處理方式。軟件健壯性是一個比較模糊的概念，但是卻是非常重要的軟件外部量度標(biāo)準(zhǔn)。軟件設(shè)計的健壯與否直接反應(yīng)了分析設(shè)計和編碼人員的水平。(3)可修改性要求以科學(xué)的方法設(shè)計軟件，使之有良好的結(jié)構(gòu)和完備的文檔，系統(tǒng)性能易于調(diào)整。(4)容易理解軟件的可理解性是其可靠性和可修改性的前提。它并不僅僅是文檔清晰可讀的問題，更要求軟件本身具有簡單明了的結(jié)構(gòu)。這在很大程度上取決于設(shè)計者的洞察力和創(chuàng)造性，以及對設(shè)計對象掌握得透徹程度，當(dāng)然它還依賴于設(shè)計工具和方法的適當(dāng)運(yùn)用。(5) 程序簡便 要實(shí)現(xiàn)一種功能可以用多種程序?qū)崿F(xiàn)，但是要選擇最簡便、最通俗易懂的程序最為最終的程序。(6)可測試性可測試性就是設(shè)計一個適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)集合，用來測試所建立的系統(tǒng)，并保證系統(tǒng)得到全面的檢驗。(7)效率性軟件的效率性一般用程序的執(zhí)行時間和所占用的內(nèi)存容量來度量。在達(dá)到原理要求功能指標(biāo)的前提下，程序運(yùn)行所需時間愈短和占用存儲容量愈小，則效率愈高。(8)標(biāo)準(zhǔn)化原則在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)開放，基于業(yè)界開放式標(biāo)準(zhǔn)，符合國家和信息產(chǎn)業(yè)部的規(guī)范。(9)先進(jìn)性滿足客戶需求，系統(tǒng)性能可靠，易于維護(hù)。(10)可擴(kuò)展性軟件設(shè)計完要留有升級接口和升級空間。對擴(kuò)展開放，對修改關(guān)閉。 主程序設(shè)計 系統(tǒng)工作流程圖是整個系統(tǒng)完整的工作情況，系統(tǒng)工作流程圖如圖51所示。在系統(tǒng)工作流程圖中，主程序是核心。主程序是整個程序設(shè)計的主體，也是整個系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，它負(fù)責(zé)各個子程序模塊的執(zhí)行順序、時序以及它們之間的關(guān)系。主程序通過系統(tǒng)的自檢以及調(diào)用各種子程序模塊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的初始化，進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理、按鍵處理、參數(shù)傳遞、產(chǎn)生控制信號等功能。主程序流程如圖 52 所示。子程序的實(shí)現(xiàn)都是通過主程序的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)的，系統(tǒng)子程序模塊包括：顯示子程序、指紋設(shè)置子程序、密碼設(shè)置子程序、開/關(guān)物品子程序和刪除指紋子程序等。圖51系統(tǒng)工作流程圖 The workflow diagram ofsystem 圖52 主程序流程圖 The flow diagram of main program 系統(tǒng)啟動程序設(shè)計本設(shè)計進(jìn)行初始化的流程依次是指紋串口配置、啟動系統(tǒng)滴答定時器、OLED初始化、無線模塊初始化和矩陣鍵盤初始化，每個過程都有每個過程的作用。指紋串口配是要使單片機(jī)和指紋模塊實(shí)現(xiàn)通信必須需要配置USART1串口，配置USART1的GPIO口，配置工作模式這樣就可以將單片機(jī)上的數(shù)據(jù)打印到串口上進(jìn)行與指紋模塊的通信；啟動系統(tǒng)滴答定時器的作用是使中斷時間可自由配置，方便用戶；OLED初始化的作用是配置GPIO引腳，初始清屏；無線模塊初始化的目的是使IO口初始化，配置SPI_NRF_SPI的SCK、MISO、MOSI引腳為GPIOA^GPIOA^GPIOA^7，同時配置CE、CSN和IRQ引腳，為發(fā)送數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備；矩陣鍵盤初始化是初始化IO口，配置PB8~B11為上拉輸入，PB12~PB15為下拉輸入。在進(jìn)行初始化之后，保證所有的模塊調(diào)試成功，進(jìn)行本系統(tǒng)程序的燒錄。初始化流程圖如圖53所示。圖53 系統(tǒng)初始化流程圖 The flow diagram of system initialization 模式選擇程序設(shè)計在系統(tǒng)啟動之后，首先進(jìn)行初始化。之后進(jìn)入模式選擇，在這個過程中，首先獲取按鍵值，如果按鍵返回值為‘A’，進(jìn)入錄入指紋模式；如果按鍵返回值為‘B’，進(jìn)入設(shè)置密碼模式；如果按鍵返回值為‘C’，進(jìn)入解鎖模式；如果按鍵返回值為‘D’，進(jìn)去刪除指紋模式。模式選擇具體過程如圖54所示。圖54 模式選擇流程圖 The flow diagram of mode selection 解鎖程序設(shè)計 在解鎖程序設(shè)計下，首先選擇解鎖方式，解鎖方式有兩種，一種是指紋開鎖，一種是密碼開鎖。如果選擇指紋開鎖就直接將手指放在指紋模塊的掃描區(qū)，圖像錄入之后進(jìn)行匹配；如果選擇密碼開鎖就直接鍵入密碼，輸入完密碼之后進(jìn)行密碼匹配。匹配成功之后進(jìn)行開/關(guān)物品。具體過程如圖55所示。圖55 解鎖流程圖 The flow diagram of unlock flow 密碼設(shè)定程序設(shè)計 在密碼設(shè)定程序設(shè)計下首先要鍵入原始密碼，然后對鍵入的密碼進(jìn)行匹配。匹配成功之后輸入新密碼，確認(rèn)新密碼，然后密碼設(shè)定成功。具體過程如圖56所示。圖56 密碼設(shè)定流程圖Fig. The flow diagram of enable password 發(fā)送控制命令程序設(shè)計在發(fā)送命令程序設(shè)計下，首先要獲取按鍵值。如果按鍵值為‘1’，就進(jìn)行對洗衣機(jī)的開關(guān)；如果按鍵值為‘2’，就進(jìn)行對藥品柜的開關(guān)；如果按鍵值為‘3’，就進(jìn)行對消毒柜的開關(guān)。具體過程如圖57所示。圖57 發(fā)送控制命令流程圖Fig. 57 The flow diagram of send control mand6 系統(tǒng)測試與運(yùn)行 測試方案嵌入式系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件硬件可裁剪，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、性能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)安全性的失效可能會導(dǎo)致災(zāi)難性的后果，會導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。這就需要對嵌入式系統(tǒng)，包括嵌入式軟件進(jìn)行嚴(yán)格的測試、確認(rèn)和驗證。隨著越來越多的領(lǐng)域使用軟件和微處理器控制各種嵌入式設(shè)備，對日益復(fù)雜的嵌入式軟件進(jìn)行快速有效的測試愈加顯得重要。嵌入式系統(tǒng)自身軟硬件結(jié)合的復(fù)雜性及其質(zhì)量的重要性，造成其軟件測試[9][10]的特殊性，就是在執(zhí)行正常軟件測試的單元測試、集成測試、系統(tǒng)測試和確認(rèn)測試的過程中，還要考慮到軟件與硬件的兼容問題，即需要進(jìn)行軟硬件集成測試。前3個階段適用于任何軟件的測試，硬件/軟件集成測試階段是嵌入式軟件所特有的，目的是驗證嵌入式軟件與其所控制的硬件設(shè)備