项目33 密码锁#
1. 项目介绍：
常用的数字按钮传感器，一个按钮就使用一个IO口，而有时我们需要的按钮比较多时，就会占用过多的IO口，为了节省IO口的使用，把多个按钮做成了矩阵类型，通过行列线的控制，实现少IO口控制多个按钮。
在本项目中，我们将来学习ESP32和薄膜4*4矩阵键盘控制舵机和蜂鸣器。
2. 项目元件：
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|---|---|---|
ESP32*1 |
面包板*1 |
舵机*1 |
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薄膜4×4矩阵键盘*1 |
USB 线*1 |
跳线若干 |
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NPN型晶体管(S8050)*1 |
有源蜂鸣器*1 |
1KΩ电阻*1 |
3. 元件知识：
4×4矩阵键盘： 键盘是一种集成了许多键的设备。如下图所示，一个4x4键盘集成16个键。
与LED矩阵集成一样，在4x4键盘中，每排键都是用一根引脚连接，每一列键都是一样的。这样的连接可以减少处理器端口的占用。内部电路如下所示。
使用方法类似于矩阵LED，即使用行扫描或列扫描方法检测每列或每行上的键的状态。以列扫描法为例，向第4列(Pin4)发送低电平，检测第1、2、3、4行电平状态，判断A、B、C、D键是否按下。然后依次将低电平发送到列3、2、1，检测是否有其它键被按下。然后，你可以获得所有键的状态。
4. 读取4*4矩阵键盘的键值：
我们首先使用一个简单的代码读取4*4矩阵键盘的键值并将其打印出来，其接线图如下所示：
如何安装Keypad库：
本项目代码使用了一个名为 “Keypad” 库。如果已经添加好了 “Keypad” 库，则跳过此步骤。如果你还没有添加，请在学习之前安装它。添加第三方库的步骤如下:
打开Arduino IDE，单击 “项目” → “包含库” → “添加.ZIP库…”。在弹出窗口中找到该目录下名为 …\Arduino代码、库文件\Arduino库文件\Keypad.ZIP 的文件，先选中 Keypad.ZIP 文件，再单击 “打开”。
//**********************************************************************************
/*
* 文件名 : 4x4矩阵键盘显示
* 描述 : 获取矩阵键盘的值
*/
#include <Keypad.h>
//定义键盘按钮上的符号
char keys[4][4] = {
{'1', '2', '3', 'A'},
{'4', '5', '6', 'B'},
{'7', '8', '9', 'C'},
{'*', '0', '#', 'D'}
};
byte rowPins[4] = {22, 21, 19, 18}; // 连接到键盘的行引脚
byte colPins[4] = {17, 16, 4, 0}; // 连接到键盘的列引脚
// 初始化myKeypad类的实例
Keypad myKeypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, 4, 4);
void setup() {
Serial.begin(115200); // 初始化串口，波特率设置为115200
Serial.println("ESP32 is ready!"); // 打印字符串“ESP32 is ready!”
}
void loop() {
// 获取字符输入
char keyPressed = myKeypad.getKey();
// 如果有字符输入，则发送到串口
if (keyPressed) {
Serial.println(keyPressed);
}
}
//**********************************************************************************
编译并上传代码到ESP32，代码上传成功后，利用USB线上电，打开串口监视器，设置波特率为115200。你会看到的现象是：按下键盘，串口监视器窗口将打印对应的键值，如下图所示。
5. 密码锁的接线图：
在上一实验中，我们已经知道了4×4矩阵键盘的键值，接下来，我们使用4×4矩阵键盘作为键盘来控制舵机和蜂鸣器。
6. 添加Keypad和ESP32Servo库：
前面已经添加过 Keypad 和 ESP32Servo 库，可以不用重复添加。如果没有添加，就需要添加 Keypad 和 ESP32Servo 库，添加第三方库的步骤如下:
先添加ESP32Servo库：
打开Arduino IDE，单击 “项目” → “包含库” → “添加.ZIP库…”。在弹出窗口中找到该目录下名为 …\Arduino代码、库文件\Arduino库文件\ESP32Servo-0.8.0.ZIP 的文件，先选中 ESP32Servo-0.8.0.ZIP 文件，再单击 “打开”。
再添加Keypad库：
打开Arduino IDE，单击“项目” → “包含库” → “添加.ZIP库…”。在弹出窗口中找到该目录下名为 …\Arduino代码、库文件\Arduino库文件\Keypad.ZIP 的文件，先选中 Keypad.ZIP 文件，再单击 “打开”。
7. 项目代码：
//**********************************************************************************
/*
* 文件名 : 密码锁
* 描述 : 制作一个简单的密码锁.
*/
#include <Keypad.h>
#include <ESP32Servo.h>
// 定义键盘按钮上的符号
char keys[4][4] = {
{'1', '2', '3', 'A'},
{'4', '5', '6', 'B'},
{'7', '8', '9', 'C'},
{'*', '0', '#', 'D'}
};
byte rowPins[4] = {22, 21, 19, 18}; // 连接到键盘的行引脚
byte colPins[4] = {17, 16, 4, 0}; // 连接到键盘的列引脚
// 初始化myKeypad类的实例
Keypad myKeypad = Keypad(makeKeymap(keys), rowPins, colPins, 4, 4);
Servo myservo; // 创建舵机对象来控制舵机
int servoPin = 15; // 定义舵机引脚
int buzzerPin = 2; // 定义蜂鸣器引脚
char passWord[] = {"1234"}; // 保存正确密码
void setup() {
myservo.setPeriodHertz(50); // 标准50赫兹舵机
myservo.attach(servoPin, 500, 2500); // 将servoPin上的舵机附加到舵机对象上
// 设置舵机的高电平时间范围，以实现精确的从0到180°转动
myservo.write(0); // 设置舵机的初始角度
pinMode(buzzerPin, OUTPUT);
Serial.begin(115200);
}
void loop() {
static char keyIn[4]; // 保存输入字符
static byte keyInNum = 0; // 保存输入的字符数
char keyPressed = myKeypad.getKey(); // 获取字符输入
// 处理输入字符
if (keyPressed) {
// 每次按下该键时发出提示音
digitalWrite(buzzerPin, HIGH);
delay(100);
digitalWrite(buzzerPin, LOW);
// 保存输入字符
keyIn[keyInNum++] = keyPressed;
// 输入后判断正确性
if (keyInNum == 4) {
bool isRight = true; // 保存密码是否正确
for (int i = 0; i < 4; i++) { // 判断每个字符的密码是否正确
if (keyIn[i] != passWord[i])
isRight = false; // 如有错字，请标记错字.
}
if (isRight) { // 如果输入的密码正确
myservo.write(90); // 打开开关
delay(2000); // 推迟一段时间
myservo.write(0); // 关闭开关
Serial.println("passWord right!");
}
else { // 输入密码错误
digitalWrite(buzzerPin, HIGH);// 密码错误提示音
delay(1000);
digitalWrite(buzzerPin, LOW);
Serial.println("passWord error!");
}
keyInNum = 0; // 将输入字符数重置为0
}
}
}
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8. 项目现象：
编译并上传代码到ESP32，代码上传成功后，利用USB线上电，你会看到的现象是：按键盘输入4个字符的密码，如果输入正确（正确密码：1234），舵机会转动一定角度，然后回到原来的位置。如果输入错误，将发出输入错误警报。
