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【实验番外篇】任务四：基于树莓派的网络考勤系统及刷卡门禁 - 第一阶段

背景：公司的打卡机目前还是比较低端的，虽然是指纹识别的，但是每月统计打卡或临时查看记录的时候都要摘下来连接到电脑上，非常的不方便，而且刷卡门禁与考勤系统是分开的两套系统，又不方便统一管理。

虽然手中没有指纹识别模组，但是我们有物美价廉的RFID模块啊～～抱着把手中的RFID模块和树莓派充分利用起来以及Impossible is nothing的信念，决定自己做一套基于RFID模块和树莓派的网络版考勤系统，同时将刷卡门禁功能集成进来，方便统一管理。

第一阶段：驱动RFID模块（RC522）

第二阶段：搭建RPi网络服务器

第三阶段：完善刷卡门禁功能及终端显示功能

第四阶段：搭建后台管理系统

第五阶段：完善后台管理系统与硬件接口的衔接

第六阶段：软、硬件功能系统测试

工具：RFID模块 -- RC522（通讯接口：SPI）

            非接触式IC卡 -- Mifare One卡

1、启用SPI接口

从黑名单中将SPI接口释放出来，之前在I2C实验中做过类似的操作

sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

# blacklist spi and i2c by default (many users don't need them)

#blacklist spi-bcm2708
#blacklist i2c-bcm2708

确认内核支持

pi@raspberrypi ~ $ ls -la /dev/spi*
crw-rw---T 1 root spi 153, 0 Jan  1  1970 /dev/spidev0.0
crw-rw---T 1 root spi 153, 1 Jan  1  1970 /dev/spidev0.1

2、这次使用的编程语言是比较熟悉的C，安装wiringPi，方便调用SPI接口

使用GIT工具下载wiringPi，如果你的RPi还没有GIT，可以使用下面的指令获取

sudo apt-get install git-core

git clone git://git.drogon.net/wiringPi

进入wiringPi目录并安装wiringPi

cd wiringPi
./build

gpio -v
gpio readall

注意：需要用下面的指令将SPI驱动程序加载到内核

gpio load spi

（1）首先，需要初始化SPI接口，并了解其函数的使用方法，下面是一些比较重要的设置与代码举例： 

    #include <wiringPi.h>
    #include <wiringPiSPI.h>

#define RST           1
#define channel       0
#define speed         1000000

unsigned char ucAddr;
unsigned char data[2] = {0, 0};

wiringPiSetup();			//wiringPi初始化
wiringPiSPISetup(channel, speed);	//设置SPI通道 0，速率 1000000 - 1Mbit/s
wiringPiSPIDataRW(channel, &ucAddr, 1);
wiringPiSPIDataRW(channel, data, 2);

我将RC522的片选（NSS）接到了CE0上，所以这里要设置为通道0，从RC522的DATASHEET中我们可以了解到，模块的SPI 接口可处理高达10Mbit/s的数据速率，这里我仅使用了1Mbit/s的数据速率，已经足够我的需求了。

根据官网的介绍RPi的SPI接口是全双工的工作方式，通过wiringPiSPI接口进行数据读写的时候，SPI总线会自动将返回的数据覆盖到之前发送的变量上。

"This performs a simultaneous write/read transaction over the selected SPI bus. Data that was in your buffer is overwritten by data returned from the SPI bus."

（2）解决通讯基础函数

这里其实遇到了一些问题，导致很多次实验没有成功。首先，我们来看一下DATASHEET中的介绍。

地址字节格式：

读数据字节顺序：

写数据字节顺序：

从中我们可以发现读写的命令是包含在地址字节格式中的，而地址是通过主机发送出去的字节0。

读数据过程中字节0是没有真正返回寄存器的实际值的，而真正返回是从下一个字节开始的，这里我们直接发送0x00地址，获取真实数据。

另外，我在调试的过程中，在运行到if(!(ReadRawRC(ErrorReg)&0x1B))这句时，读ErrorReg寄存器返回值是0x45，然后直接跳转到MI_ERR，正是由于读取寄存器方式错误引起的。

/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：读RC522寄存器
//参数说明：Address[IN]:寄存器地址
//返    回：读出的值
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
unsigned char ReadRawRC(unsigned char Address)
{
	unsigned char ucAddr;
	unsigned char data = 0x00;
	ucAddr = ((Address<<1)&0x7E)|0x80;	//address format：1XXXXXX0
	wiringPiSPIDataRW(channel, &ucAddr, 1);
	wiringPiSPIDataRW(channel, &data, 1);	//读两次才能拿到真正的RC522的返回值，非常重要
	return data;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：写RC522寄存器
//参数说明：Address[IN]:寄存器地址
//          value[IN]:写入的值
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void WriteRawRC(unsigned char Address, unsigned char value)
{  
	unsigned char ucAddr;
	unsigned char data[2] = {0, 0};
	ucAddr = ((Address<<1)&0x7E);	//address format：0XXXXXX0
	data[0] = ucAddr;
	data[1] = value;
	wiringPiSPIDataRW(channel, data, 2);
}

当我们建立起通讯基础函数后，就可以放心的根据程序流程开始编写功能函数了。

上传完整代码：

https://github.com/chronosMaker/RPiRFID.git

看一下实际运行效果，试了一张MF1 S50的空白卡，读写都正常

下面是刚才读的扇区0的具体信息

Mifare 1 卡内部有 1 个 EEPROM，分成 0~15 共 16 个扇区，每个扇区分成 0~3 共 4 块，每块 16 字节。

1、扇区 0 的块 0 是厂商标志字节，保存着只读的卡信息及厂商信息。

22  8B  BE  B5  A2  08  04  00  69  73  73  69  35  36  34  30

前面四个字节 22  8B  BE  B5 是卡序列号，08 是卡容量，04  00 是卡类型，后面是厂商自定义的一些信息。

2、每个扇区的块 0 保存着该块的密钥 A 与密钥 B 及该块的访问条件，每个扇区都有自己的一套密钥及访问条件，其中，4 个字节的访问条件是对每个扇区 4 个块的读写定义。比如块 3 的 16 字节如下：

00  00  00  00  00  00  FF  07  80  69  FF  FF  FF  FF  FF  FF

前面 6 个字节是密钥 A，因为 Read 永远为 Never，所以读到的都是 0x00，最后的 6 字节是密钥 B，其值为 0xFF  0xFF  0xFF  0xFF  0xFF  0xFF，中间的 4 个字节是访问条件。对应DATASHEET相关表格，可得出对该扇区块的存取控制条件。

试了一张北京地铁车票

又试了一下公司的门禁卡

以上两张卡都由于密钥错误导致无法读取内部数据，如果能够获取对应密钥，那么。。。。。。^_^

tips：原装的 Philps S50 芯片在出厂时设置每个分区的的第四块 A 密钥是“FFFFFFFFFFFF”，控制字是：“FF078069”，B 密钥是：“FFFFFFFFFFFF”，A 密钥是供用户读写操作的，利用 A 密钥可对对除 0 区外其它所有扇区块进行读写操作。 B 密钥不可操作，这些用的都是逻辑加密算法加密，而且密钥都是不可见的，我们在读的时候能看到的 A 密钥都是显示为“000000000000”，B 密钥显示：“FFFFFFFFFFFF”，这些都是出厂时厂家设定的默认值。

显示屏部分这次不打算用之前的那块OLED屏幕了，看上去始终都显得有点儿小气，这次改用常规尺寸的LCD12864

这块屏幕是总工给我的，已经有段时间了，一直没用，说是军工企业生产的，看上去用料和做工真的很不错！！布局很紧凑的说~~

背面丝印显示是2005年生产的，有年头了啊，呵呵~~到厂家的网站上找找看，没想到还能找到配套的资料，不容易啊！！

有了引脚定义和时序图，驱动起来应该就不成问题了~~

为了节省RPi本来就不富裕的IO口，还是使用串行方式驱动吧

量了一下屏幕的FFC接口尺寸，应该是标准的1.0mm 20P的，马上到某宝去拍一些元器件回来，搞定接口问题~~

/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//LCD SPI WIRE		LCD CMD
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
#define LCD_CLK		27
#define LCD_RS		28
#define LCD_SID		29

#define PAGE0		0x80
#define PAGE1		0x90
#define PAGE2		0x88
#define PAGE3		0x98
#define DispClr		0x01
#define DispON		0x0C
#define FuncSet		0x30
#define ModeSet		0x06
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：发送数据到LCD
//参数说明：zdata[IN]:数据
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void sendbyte(unsigned char zdata)
{
	unsigned int i;
	for(i=0; i<8; i++)
	{
		if((zdata << i) & 0x80)
		{
			digitalWrite(LCD_SID, HIGH);
		}
		else 
		{
			digitalWrite(LCD_SID, LOW );
		}
		digitalWrite(LCD_CLK, LOW );
		digitalWrite(LCD_CLK, HIGH);
	}
	delay(0.01);		//延时，实测不加延时容易丢帧
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：写LCD指令
//参数说明：cmd_dat[IN]:指令
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void writeCmd(unsigned char cmd_dat)
{
	sendbyte(0xF8);
	sendbyte(cmd_dat & 0xF0);
	sendbyte((cmd_dat << 4) & 0xF0);
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：写LCD数据
//参数说明：dat_dat[IN]:显示数据
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void writeData(unsigned char dat_dat)
{
	sendbyte(0xFA);
	sendbyte(dat_dat & 0xF0);
	sendbyte((dat_dat << 4) & 0xF0);
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：初始化LCD
//参数说明：无
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void lcdInit()
{  
	pinMode (LCD_RS , OUTPUT);
	pinMode (LCD_SID, OUTPUT);
	pinMode (LCD_CLK, OUTPUT);
	digitalWrite(LCD_RS, HIGH);
	writeCmd(FuncSet);	//Function Set
	delay(1);
	writeCmd(FuncSet);	//Function Set
	delay(1);
	writeCmd(DispON);	//Display ON
	delay(1);
	writeCmd(DispClr);	//Display Clear
	delay(50);
	writeCmd(ModeSet);	//Enter mode set
	delay(50);
}
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
//功    能：显示字符串
//参数说明：page[IN]:起始页
//参数说明：column[IN]:起始列 - 0,1,2,3,4,5,6,7
//参数说明：*s[IN]:字符串
/////////////////////////////////////////////////////////////////////
void strDisp(unsigned char page, unsigned char column, unsigned char *s)
{  
	writeCmd(page + column);
	while(*s > 0)
	{ 
		writeData(*s);
		s++;
	}
}

按照DATASHEET中的时序图观察，模块应该也支持RPi的SPI接口，用SPI实际驱动了一下果然也没问题，显示什么的都正常。但是！！接上RC522后，LCD就开始显示乱码，CE0与CE1对调也是同样的效果，貌似片选引脚对LCD已经不起作用了，一屏一屏的乱码显示地非常快，然而RC522却能正常工作。。。无奈下将引脚接回了原来的地方，世界终于安静了~~

不知道大家有没有过类似的遭遇呢。。。

初步怀疑SPI双通道应用中片选（或时序）错误导致的数据传送问题（单独驱动时每个通道都能正常使用），目前不排除LCD使用的3线SPI与4线SPI（全双工）混用时存在的兼容性问题。

上一张完整的照片！！

不好意思啊，最近老婆生孩子，又加上创业初期，这个帖子基本上搁置起来了。。。希望上面的内容能够帮到你~~

香蕉派+罗技C270的配置确实要比树莓派的高，流畅度一定不错嘛，人脸识别这块儿我只接触过opencv，这里提供了很好的接口和实例，以及特征库，用起来很方便。目前我做的这部分引伸出来就像是相机的人脸追焦，或是社区网站的照片自动人脸框图，如果做类似于考勤或门禁方向的特征识别，我的思路是可以利用opencv提供的特征库将目标人脸的五官等特征部位截取下来作为备份，用于重新识别过程中的分步细节比较，这样做起来难度应该可以降低~~

以上内容只是头脑中的临时想法，没有实验验证的结论作为支持，不过希望可以帮你拓展一下思路。