[LattePanda] 使用C# 来做蓝牙4.0 iBeacon的门锁系统

dfrobot

在学这篇教学前必须要先会一些事情，首先必须要会在Lattepanda上使用visualstudio

再来必须已经了解如何在visualstudio里使用C#控制Arduino的I/O

时间：3 小时 以上

成本：1,000~2,000元，不含Lattepanda

材料：Lattepanda，USB to UART模块＊１，HM-10模块(2个以上)＊１，电磁锁＊１，5pin Realy＊１，红色LED＊１，绿色LED＊１，220Ω电阻，跳线

难度：★★★★★★★☆☆☆(7/10)

前言

在这篇教学中会使用visualstudio的C#来开发简单的门锁系统，一般在蓝牙使用上都是使用蓝牙传输数据，但在这篇是使用蓝牙4.0中的iBeacon模式，在iBeacon模式中可以得知接收器与发射器的距离，而这个距离就可以当作我们决定要不要开门的条件，所以这样连按按钮的动作都可以省去。

正文

[请注意] 这边教学是必须有一些基础，首先前情提要中的Lattapanda上使用Visual Studio是基本，再来是必须要会开启Window Forms C#、会使用基本的工具箱，并且可以编译程序。最后是对于电路有基本的认识，能够认识基本电路符号，并且能将简单电路图在面包版上实现。

在这篇教学中分成硬件、软件两个部分，（1）硬件部分是电路的连接， （2）软件部分是Visual Studio C#的程序撰写

（1）=====硬件部分：=====

在硬件连接的电路图如下图。

使用的有

（1）    两个<LED>灯（显示门锁是开启还是关闭）

（2）    一个12V的<LOCK>电磁锁

（3）    一个<USB to UART模块>

（4）    两个<HM10>的BLE模块，一个安装至LattePanda，一个由使用者持有下图Lattepanda上左方USB孔上接上USB to UART模块(红色)，可接上HM10 BLE模块。

对应电路图，接在面包版上电路如下图

整体看起来会是像下图

换个角度再放一张图，如下

在电磁锁的部分基本上可以任意替换，在这里我将它锁在木板上，能够表示他有锁住或打开而已，其安装后的图如下(上方是一块木板连结铁块，下面则是一个「ㄇ」字形的木板链接电磁铁的线圈部分)。

（2）=====软件部分：=====

我使用的程序开发环境是Windows 10、Visual studio 2017、C#，那我们就直接进入程序部分。

程序我分成(1)接口、(2)初始化、(3)Serial连接、(4)开启backgroundWorker、(5)读取iBeacon信息、(6)iBeacon信息译码、(7)链接Arduino，这几个部分。

1.     界面

Form1中的接口配置如下图

在最上面有一个textBox 命名为 textbox_door

中间是一个listView 命名为 listView_door

按钮左边是 button_connect

按钮中间是button_findBeacon

按钮右边是button_loopFind

最下面的listBox 命名为 listBox_msg

在背景工具中有

serialPort 命名为 serialPort_beacon

backgroundWorker 命名为 backgroundWorker_findBeacon

timer 命名为 timer1

各个接口的命名可以参考下图：

命名如果不一样，请记得在程序中自行修改。

2.    初始化

初始化的部分先从 include开始：

[mw_shl_code=csharp,true]using System;
using System.ComponentModel;
using System.Drawing;
using System.Windows.Forms;
using System.IO.Ports; //serial
using LattePanda.Firmata; //Arduino
[/mw_shl_code]

以上是所有要用到的namespace。

在全局变量里：

[mw_shl_code=applescript,true]Arduino arduino = new Arduino("COM3", 57600);
bool[] openlist = new bool[3];
[/mw_shl_code]

(全局变量记得是写在 class Form1 里面，但是在一般函式外面)

在Form1()建构式里：

[mw_shl_code=csharp,true]Arduino arduino = new Arduino("COM3", 57600);
bool[] openlist = new bool[3];
[/mw_shl_code][mw_shl_code=csharp,true]public Form1()
{
InitializeComponent();
ColumnHeader header1, header2;
header1 = new ColumnHeader();
header2 = new ColumnHeader();

header1.Text = "--Time--";
header1.TextAlign = HorizontalAlignment.Center;
header1.Width = 90;
header2.Text = "--ID--";
header2.TextAlign = HorizontalAlignment.Center;
header2.Width = 70;

listView_door.Columns.Add(header1);
listView_door.Columns.Add(header2);

//which ID can open the lock
openlist[0] = false;
openlist[1] = true;
openlist[2] = true;

//arduino setting
arduino.pinMode(5, Arduino.OUTPUT);//pin of red LED
arduino.pinMode(6, Arduino.OUTPUT);//pin of green LED
arduino.pinMode(10, Arduino.OUTPUT);//pin of the lock

//set the door close first
doorOpen(false);
textBox_door.BackColor = Color.Red;
}
[/mw_shl_code]

(这里面设定了一些接口的东西，一些初始值还有门锁状态)

3.   Serial连接

Serial 连接在C#中非常简单，我是用一个按钮，按下后链接Serial程序如下：

[mw_shl_code=csharp,true]private void button_connect_Click(object sender, EventArgs e)
{
serialPort_beacon = new SerialPort("COM6", 9600, Parity.None, 8, StopBits.One);

if (!serialPort_beacon.IsOpen)
{
try
{
serialPort_beacon.Open();
listBox_msg.Items.Add("Connect");
}
catch
{
MessageBox.Show("Serial open error!");
}
}
else
listBox_msg.Items.Add("Opened");
}
[/mw_shl_code]

(这个COM是USB to URAT芯片的COM角)

4.    开启backgroundWorker

首先是按钮触发寻找Beacon：

[mw_shl_code=csharp,true]private void button_findBeacon_Click(object sender, EventArgs e)
{
//send DISC
string msgSend = "AT+DISI?";
byte[] buffer = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(msgSend);
if (serialPort_beacon.IsOpen)
if (backgroundWorker_findBeacon.IsBusy != true)
{serialPort_beacon.Write(buffer, 0, buffer.Length);
backgroundWorker_findBeacon.RunWorkerAsync();
}
else
MessageBox.Show("already finding");
else
MessageBox.Show("Serial is close");
}
[/mw_shl_code]

(在这里是开启一个backgroundWorker，而这里只是单纯地寻找一次Beacon而已)

若是要持续寻找，可以开启一个timer来持续触发，程序如下：

[mw_shl_code=csharp,true]private void button_loopFind_Click(object sender, EventArgs e)
{
timer1.Start();
}
private void timer1_Tick(object sender, EventArgs e)
{
//send DISC
string msgSend = "AT+DISI?";
byte[] buffer = System.Text.Encoding.Default.GetBytes(msgSend);
if (serialPort_beacon.IsOpen)
if (backgroundWorker_findBeacon.IsBusy != true)
{
serialPort_beacon.DiscardInBuffer();
serialPort_beacon.Write(buffer, 0, buffer.Length);
backgroundWorker_findBeacon.RunWorkerAsync();
}
else
Console.Write("already finding");
else
MessageBox.Show("Serial is close");
}
[/mw_shl_code]

(这里开一个Timer让我们可以每一段时间就开启backgroundWorker)

5   读取iBeacon信息

这里就是backgroundWorker里所做的事情

[mw_shl_code=csharp,true]private void backgroundWorker_findBeacon_DoWork(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
BackgroundWorker worker = sender as BackgroundWorker;

char[] buffer = new char[256];
string msg_read = "";
bool stringCheck = false;
//read data
byte loopCount = 0;

while (true)
{
if (serialPort_beacon.BytesToRead > 0)
{
//serial read to msg_read
serialPort_beacon.Read(buffer, 0, buffer.Length);
for (int i = 0; i < buffer.Length && buffer != '\0'; i++)
msg_read += buffer;

//if msg_read end with "OK+DISCE" then stop reading
if (msg_read.Length > 8 && msg_read.IndexOf("OK+DISCE") != -1)
{
stringCheck = true;
break;

}
}
else
{
//timeout
System.Threading.Thread.Sleep(500);
loopCount++;
string dot = "";
for (int i = 1; i <= loopCount; i++)
dot = dot + ". ";

if (loopCount > 1)
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.RemoveAt(listBox_msg.Items.Count - 1)));
if (loopCount > 15)
break;
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.Add(dot)));
}
}

//if didn't read anything than prient "time out"
if (msg_read == "")
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.Add("Time out")));
else
{
if (stringCheck == false)
//if have read something but not iBeacon info
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.Add(msg_read)));
else
{
Tuple<int[], int[], int[], int> result = deCodeDISI(msg_read, 2);
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.Add("minor : " + result.Item2[0].ToString())));
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listBox_msg.Items.Add("RSS : " + result.Item3[0].ToString())));
//if is close enough and it's in open list then open the lock
if (result.Item3[0] > -40 && openlist[result.Item2[0]] == true)
{
this.Invoke((MethodInvoker)(() => textBox_door.BackColor = Color.Green));
ListViewItem item1 = new ListViewItem(DateTime.Now.ToShortTimeString());
item1.SubItems.Add(result.Item2[0].ToString());
this.Invoke((MethodInvoker)(() => listView_door.Items.Add(item1)));
doorOpen(true);
}
else
{
this.Invoke((MethodInvoker)(() => textBox_door.BackColor = Color.Red));
doorOpen(false);
}
}
}
}
[/mw_shl_code]

(这里的程序包含好多东西，上半部分是在处理Serial read的问题，并且在读取中有动态的「…」做显示，若没有收到资料则会有「time out」的信息出现。下半部分是将得到的信息做判断，判断要不要开门)

6 iBeacon信息译码

这里是「deCodeDISI」副函式的程序部分：

[mw_shl_code=csharp,true]private Tuple<int[], int[], int[], int> deCodeDISI(string serialData, int maxDiviceCount)
{

//OK+DISIS  OK+DISC : Factory ID : iBeacon UUID : Major+Minor+Measured : MAC : RSSI  OK+DISCE
//OK+DISISOK+DISC:4C000215:74278BDAB64445208F0C720EAF059935:11110001C5:88C25532ED1E:-032OK+DISCE

string DataRemain = serialData;
int[] FactoryID = new int[maxDiviceCount];
string[] UUID = new string[maxDiviceCount];
int[] Major = new int[maxDiviceCount];
int[] Minor = new int[maxDiviceCount];
string[] MAC = new string[maxDiviceCount];
int[] RSSvalue = new int[maxDiviceCount];
DataRemain = DataRemain.Substring(0, serialData.IndexOf("OK+DISCE"));
int count = 0;
while (true)
{
int findNum = DataRemain.IndexOf(":");
if (findNum == -1)
{
Console.Write("deCode done!");
break;
}
else
{
//Factory ID (length 8)
string FactoryID_str = DataRemain.Substring(findNum + 1, 8);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 9);
FactoryID[count] = Convert.ToInt32(FactoryID_str, 16);

//iBeacon UUID
findNum = DataRemain.IndexOf(":");
string UUID_str = DataRemain.Substring(findNum + 1, 32);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 33);
UUID[count] = UUID_str;

//Major
findNum = DataRemain.IndexOf(":");
string Major_str = DataRemain.Substring(findNum + 1, 4);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 5);
Major[count] = Convert.ToInt32(Major_str);
//Minor
string Minor_str = DataRemain.Substring(0, 4);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 4);
Minor[count] = Convert.ToInt32(Minor_str);

//MAC
findNum = DataRemain.IndexOf(":");
string MAC_str = DataRemain.Substring(findNum + 1, 12);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 13);
MAC[count] = MAC_str;

//RSS
findNum = DataRemain.IndexOf(":");
string RSS_str = DataRemain.Substring(findNum + 1, 4);
DataRemain = DataRemain.Substring(findNum + 5);
RSSvalue[count] = Convert.ToInt32(RSS_str);

count++;
}
}

return Tuple.Create(Major, Minor, RSSvalue, count);
}
[/mw_shl_code]

(这就是译码iBeacon的信息的部分)

7    连结Arduino

跟Arduino的部分非常简单，只有控制I/O的部分，D10脚位控制继电器、D5控制红色LED、D6控制绿色LED灯，子程序如下：

[mw_shl_code=csharp,true]private void doorOpen(bool open)
{
if (open == false)//door close
{
//lock the door and red LED on
arduino.digitalWrite(10, Arduino.HIGH);
arduino.digitalWrite(5, Arduino.HIGH);
arduino.digitalWrite(6, Arduino.LOW);
}
else//door open
{
//unlock the door and green LED on
arduino.digitalWrite(10, Arduino.LOW);
arduino.digitalWrite(5, Arduino.LOW);
arduino.digitalWrite(6, Arduino.HIGH);
}
}
[/mw_shl_code]

软件部分就是以上程序了，其中包含了非常多的细节，像是处理Serial的部分，或是执行续(就是backgroundWorker)里的处理，为什么用Invoke，Tuple的用法，解碼的处理…等，这些初学的话建议复制副函式，直接用就好，里面是什么等对于程序更清楚后再慢慢回来看。

而当然这些副函式并不能称作完美，例如并没有对于不完整的iBeacon信息做处理的地方，只有稍微确认，和在信息结尾做非常简单的处理，在这里主要就是带大家入门，在深入的部分，就请大家自己研究咯~

摄影：黃品叡，文章分类：教学

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