🚪 多模态双重认证物联网智能门锁 (SmartLock-ESP32)

（课设）

系统融合了 NFC/RFID 识别与 3D红外人脸识别，引入 FreeRTOS 多任务调度 与 FSM 全局状态机，并通过 MQTT 协议 实现了端云互联与 Node-RED 可视化大屏监控，具备极高的安全性与系统鲁棒性。

✨ 核心特性 (Features)

• 🛡️ 多模态双重认证 (Dual-Factor Authentication)：
  • 采用“合法卡片唤醒 + 3D活体人脸比对”的串联验证逻辑。单凭克隆卡或单凭照片均无法开锁，极大地提升了门锁的防伪安全性。
• 🧠 健壮的软件架构 (Robust Software Architecture)：
  • FreeRTOS 多任务并发：彻底摒弃裸机死循环，将寻卡、人脸解析、电源管理、状态机等业务拆分为独立 Task。
  • FSM 有限状态机：严格规范了 待机 -> 等待人脸 -> 开锁 -> 自动关门 的状态流转，有效防止了重复刷卡、传感器冲突导致的系统死锁。
  • 滑动窗口特征码匹配算法：在处理 I2C 总线回传的 PN532 杂乱射频数据时，通过滑窗算法精准提取有效协议帧，从根本上杜绝了内存溢出。
• ☁️ 端云互联与可视化 (IoT Cloud & Dashboard)：
  • 主控内置 TCP/IP 协议栈，直连 2.4G Wi-Fi。
  • 门锁事件（刷卡、开锁、非法入侵报警）实时封装为 JSON 格式，通过 MQTT 协议异步推送至云服务器。
  • 云端采用 Node-RED 搭建响应式前端大屏，实现远程监控与日志溯源。
• ⚡ 高级外设复用与能耗管理：
  • 在 ESP-IDF v6 全新的 i2c_master 驱动框架下，PN532 读卡器与 LCD1602 屏幕复用同一条 I2C 总线，节省 IO 资源。
  • 基于 adc_oneshot 模式精准采集电池分压电路，并联动 LED 阵列实现电量状态指示。

🛠️ 硬件选型与连线 (Hardware Setup)

硬件模块	核心功能	接口总线	ESP32-S3 引脚分配
ESP32-S3-WROOM-1	边缘计算主控网关	/	主控板
NXP PN532	NFC / RFID 寻卡与读卡	I2C	SDA: IO5, SCL: IO4
LCD1602 (带PCF8574)	状态显示与人机交互	I2C	SDA: IO5, SCL: IO4
HLK-FM225	3D 双目红外人脸识别	UART	TX: IO16, RX: IO17
蜂鸣器 / 继电器	报警提示与物理开锁	GPIO	Buzzer: IO15, Relay: IO7
LED 阵列 / 电池检测	电量指示与 ADC 采集	ADC/GPIO	ADC: IO1, LED: IO38~41

⚠️ 供电注意事项： FM225 模块在启动红外补光灯时会有瞬时大电流（~1A），必须保证充足的 5V 外部独立供电，且必须与 ESP32 共地 (GND)，否则会导致串口通信失败或模块无限重启。

📁 目录结构 (Directory Structure)

采用极其清爽的扁平化组件结构，摆脱繁琐的 CMake 依赖地狱：

smart_lock/
├── main/
│   ├── CMakeLists.txt        # 全局编译配置
│   ├── main.c                # FreeRTOS 任务拉起与 FSM 状态机总控
│   ├── board_config.h        # 统一的全局硬件引脚映射表
│   ├── fm225.c / .h          # 人脸模块 UART 驱动及协议拆包逻辑
│   ├── indicator.c / .h      # 蜂鸣器与 LED 阵列控制
│   ├── i2c_devices/          # I2C 异构总线设备统一管理
│   │   ├── my_i2c.c / .h     # 基于 v6 驱动的 I2C 主机总线初始化
│   │   ├── pn532.c / .h      # PN532 寻卡与滑动窗口防抖匹配
│   │   └── lcd1602.c / .h    # 1602 屏幕 4-bit 模式时序驱动
│   ├── my_adc/               # ADC 电池电压检测与滤波
│   └── cloud_net/            # Wi-Fi 联网与 MQTT JSON 上报逻辑

🚀 编译与运行 (Build and Flash)

1. 环境配置：请确保已正确安装ESP-IDF v6.0 或更高版本。
2. 配置 Wi-Fi 与云端：在 main.c 中修改你的 wifi_init_and_connect("你的WIFI", "你的密码")，并在 cloud_net/my_mqtt.c 中修改你的 MQTT Broker 地址。
3. 编译与烧录：

   idf.py set-target esp32s3
   idf.py build
   idf.py -p PORT flash monitor

☁️ 云端 Node-RED 部署指引

1. 在云服务器上通过 Docker 部署 MQTT Broker 与 Node-RED：

   docker run -d --name mosquitto -p 1883:1883 eclipse-mosquitto
   docker run -it -p 1880:1880 --name mynodered nodered/node-red

2. 访问 http://你的服务器IP:1880 进入 Node-RED。
3. 拖拽 MQTT in 节点，监听主题 door/event。
4. 安装 node-red-dashboard 插件，拖拽 Text 或 Chart 节点，即可实现大屏实时监控！