构建一个指纹扫描仪，用于开启车库门

在这个项目中，我们制作了一个支持指纹识别和网络监控的车库门开启器。使用Arduino Uno作为微控制器，系统设计可将指纹扫描仪安装在房屋上，当授权人员放置手指时，即可自动开启或关闭车库门。此外，系统还集成了一块ESP8266 Wi-Fi模块，通过与网络服务器通信，向车主实时报告车库门的当前状态。系统由9V电池供电运行。要完成指纹认证，扫描仪需先执行内置的注册流程：在发送注册指令后，必须将手指从读卡器上按压并释放三次。

该流程通过系统中的LCD模块进行指示。完成注册后，指纹信息将被存储在扫描模块的内存中。本项目所使用的指纹扫描仪比旧型号具有更大的存储容量，最多可存储200个不同的指纹。当授权用户将手指按压在扫描仪上时，LCD模块会显示“已验证身份”或“未验证身份”。如果手指已被授权，车库门的状态将会切换。由于时间和资源的限制，我们并未将系统实际连接到车库门上，而是通过一个伺服电机来模拟车库门的状态，该电机可转动至两个位置之一，分别代表车库门处于“开启”或“关闭”状态。

本项目的第一步是确定基本的硬件电路图和所需组件。

经确认，9V电池足以提供电源，因为Arduino可通过直流接口接收7-12V供电。经过进一步研究后，我们决定使用TTL-GT-511C3型指纹扫描仪。尽管市场上也有其他可用的指纹扫描仪，但这款特定设备的优点在于其内部可存储多达200个指纹，并且在需要时可获得少量在线支持。为了提升系统的易用性，我们选择了一个简单的16×2 LCD显示屏来向用户输出命令和响应。

指纹扫描仪和Wi-Fi模块均使用5V供电，但两者通过3V进行通信。为此，在5V侧连接一个560欧姆电阻，在地线侧连接一个1千欧姆电阻，构成一个电压分压器。该电压分压器位于Arduino的TX线上，而指纹扫描仪的RX线则来自3.3V节点。

项目下一步是编写软件。

在编写软件时，我们首先确定了系统需要完成的基本操作流程：除非按下按钮，否则软件应初始进入“授权”模式;如果按下按钮，则软件将进入“注册”模式。注册模式利用指纹扫描仪专用的FPS库中包含的一个功能，该注册功能要求手指需连续三次按压读卡器，成功读取三次后即可保存指纹信息。注册成功后，软件应自动返回“授权”模式。在授权模式下，扫描仪应等待手指按压到扫描仪上。一旦手指按压到位，扫描仪应检查该打印信息是否已注册。如果打印信息已注册，LCD应显示相应内容，并且车库门状态应发生变化。此时，Web服务器上显示的车库状态也应随之改变。如果打印信息未注册，LCD应显示相应提示，并返回“授权”模式。

指纹授权：我们的指纹授权功能按原计划正常运行。系统设有注册流程，用户可通过LCD屏幕上的指示进行指纹授权操作。该注册流程通过按下按钮触发。当授权的指纹被输入读卡器时，LCD屏幕会显示用户是否“已验证”或“未验证”。

通过指纹控制车库门状态：当授权用户使用指纹时，系统能正确改变伺服电机的位置。我们利用伺服电机的位置来测试系统的功能，而无需实际连接到车库门系统。一旦输入了授权指纹，伺服电机将移动至与当前状态相反的位置。例如，若伺服电机原本处于“关闭”状态，则车库门将自动打开。如果要将系统接入实际的车库门系统，通常会使用MOSFET，并将线路连接到现有的车库门按钮上以实现集成。

通过Wi-Fi查看车库门状态：我们可以通过Wi-Fi在网页服务器上查看车库门的状态。如果车库门主人需要他人前往自己家中，而该人没有被授权打开车库门，这种功能就非常有用。屋主可以检查网页服务器，确认车库门是否处于开启状态，从而防止未经授权的人员进入房屋。同样，屋主也可以利用这个网页服务器来检查车库门的状态，以防忘记出门时是否已关闭车库门。

通过Wi-Fi无线开关门：我们无法通过Wi-Fi实现车库门的无线开关操作。这一功能并非项目最初设计时必须满足的需求，但为了增加项目的附加功能，我们仍将其作为潜在选项保留下来。在完成通过Wi-Fi查看车库门状态的复杂性要求后，由于时间紧迫，我们不得不将更多精力集中在项目其他必要环节的完成上，而未能实现车库门的Wi-Fi控制功能。

结论：

在本项目的过程中，我们自主设计并搭建了一个自己选择的项目。我们得以探索系统中能够添加的功能，以满足项目的难度要求。实际上，我们获得了一些实践经验，学习如何评估在成本、时间以及微控制器能力方面的可行性和不可行性。在以往的项目中，我们通常需要根据特定的问题描述来设计程序，而在这个项目中，我们则可以自行提出问题，并探索解决这些问题的各种可能性。结合本学期所学的所有知识，我们将伺服电机、按钮和LCD屏幕集成到项目中，同时尝试了指纹扫描仪和Wi-Fi模块的新功能。我们没有仅仅编写程序，而是运用电路分析的知识，探索各种硬件和模块选项，构建出可应用于现实生活的系统。在整个项目过程中，我们开始了解TTL-GT-511C3指纹扫描仪和ESP8266 Wi-Fi模块的相关知识。我们之前从未在项目中尝试过实现这些功能。

关于Wi-Fi模块和搭建Web服务器，我们仍有很多需要学习的地方，但这个项目让我们得以深入探索，并对未来使用它们更加自信。在本项目中使用指纹扫描仪时，我们意识到这种设备几乎有着无限的应用场景，我们也相信未来或许能用同样的指纹扫描仪实现某些大规模的成果。在整个过程中，我们也学会了在大型项目中做出艰难抉择的重要性。当我们遇到设备无法与MSP450F5529正常配合的严重问题时，面临两个选择：要么完全放弃项目，要么修改原始需求后完成。这促使我们运用决策能力，最终以一种既能满足双方要求的方式完成了项目。

本文编译自hackster.io