简介

笔者在提交试用申请时填写的项目计划是制作一个物联网密码柜，本阶段的主要目标是驱动矩阵键盘和Oled显示器，为后续完整的物联网密码柜项目打下基础。采用Thonny编辑器+circuitpython进行开发，矩阵键盘驱动为自行编写，Oled驱动基于Adafruit SSD_1306库。

到本阶段为止已实现的功能：

• 矩阵键盘的输入与识别
• 密码校验
• 边缘检测及错误处理
• SSD1306显示器的驱动

后续需要进行完善的功能：

• 物联网密码柜其它外设的驱动
• 蓝牙服务的驱动，实现物联网

circuitpython固件的刷入及编辑器的设置

本次开发使用circuitpython进行开发，circuitpython开发便捷并且有众多开源库可以参考。

首先在circuitpython官网找到EFR32xG24 Explorer Kit的固件进行下载

下载完成后，再使用Silicon Labs的官方软件Simplicity Commander将circuitpython固件刷入开发板中，刷固件前记得先擦除整片flash

circuitpython固件刷写完成之后，保持开发板与电脑的连接，打开Thonny编辑器，选择circuitpython为解释器并选择开发板连接的串口

然后将有关代码提示的设置打开，方便后续开发

矩阵键盘的驱动

矩阵键盘的实现原理并不难，就是逐行扫描，由于硬件和成本的局限性和对实际密码输入场景的考量，这里仅考虑单一按键同时按下的情况（如果有多个按键同时按下，则按扫描顺序返回第一个按键）。

核心业务代码如下：

def scan_keyboard(self):
        """扫描矩阵键盘并返回按下的按键(row, col)，如果按键已被按下则不重复返回"""
        # 逐行扫描
        for i, row in enumerate(self.rows):
            # 当前行IO拉低
            row.value = False
            # 逐列检查
            for j, col in enumerate(self.cols):
                current_key = (i, j)
                # 按键按下
                if not col.value:
                    time.sleep(0.01) #延迟10ms消抖
                    if not col.value:
                        # 重新拉高行IO
                        row.value = True
                        if current_key != self.pressed_key:
                            self.pressed_key = current_key
                            return current_key
                # 按键释放
                else:
                    # 若当前按键在记录中，清空已按下的按键记录
                    if current_key == self.pressed_key:
                        self.pressed_key = None 
            # 重新拉高行IO
            row.value = True
        # 没有按键按下
        return None

Oled屏幕的驱动

笔者所购0.96英寸Oled屏幕为SSD1315，对应的驱动实在难找，好在SSD1306与SSD1315十分相似，于是选择使用Adafruit SSD_1306驱动库进行驱动。

首先进入到circuitpython官网的文档库，找到SSD_1306有关的驱动

笔者这里使用基于framebuf的驱动库，可以看到这个驱动库需要先安装framebuf驱动库和bus device驱动库（circuitpython固件已内置），点击左侧的“Download from Github”进入下载链接

同理找到Framebuf Module驱动库，按照上述流程进行下载

下载完成后解压压缩包，将压缩包内lib文件夹下的py文件上传至开发板的lib文件夹

framebuf驱动库下的examples文件夹下有一个font5x8.bin，这是framebuf依赖的字符库，需要一同上传到lib文件夹下（在哪里调用就上传到哪）

示例代码如下：

def text(self, string, x, y, color, *, font_name="font5x8.bin", size=1):
        """Place text on the screen in variables sizes. Breaks on \\\\\\\\n to next line.

        Does not break on line going off screen.
        """
        # determine our effective width/height, taking rotation into account
        frame_width = self.width
        frame_height = self.height
        if self.rotation in (1, 3):
            frame_width, frame_height = frame_height, frame_width

        for chunk in string.split("\\\\\\\\n"):
            if not self._font or self._font.font_name != font_name:
                # load the font!
                self._font = BitmapFont(font_name)
            width = self._font.font_width
            height = self._font.font_height
            for i, char in enumerate(chunk):
                char_x = x + (i * (width + 1)) * size
                if (
                    char_x + (width * size) > 0
                    and char_x < frame_width
                    and y + (height * size) > 0
                    and y < frame_height
                ):
                    self._font.draw_char(char, char_x, y, self, color, size=size)
            y += height * size

依赖库准备完成后，定义oled显示方法，方便主程序调用

import board
import busio
import adafruit_ssd1306

class OledManager:
    # 初始化方法
    def __init__(self, width, height, i2c):
        self.oled = adafruit_ssd1306.SSD1306_I2C(width, height, i2c)
        self.bgColor = 0 #黑色背景
        
    # 定义清空屏幕方法
    def clear(self):
        self.oled.fill(self.bgColor)
    
    # 定义显示文本方法（第一行）
    def show_text(self, text):
        self.oled.text(text, 0, 0, not self.bgColor, font_name='font5x8.bin', size=1)
        self.oled.show()

    # 定义显示密码方法（第二行）
    def show_star(self, num):
        self.oled.text("*"*num, 0, 8, not self.bgColor, font_name='font5x8.bin', size=1)
        self.oled.show()
        
    # 定义显示结果方法（第三行）
    def show_result(self, result=False):
        if(result):
            self.oled.text("Right!", 0, 16, not self.bgColor, font_name='font5x8.bin', size=2)
        else:
            self.oled.text("Wrong!", 0, 16, not self.bgColor, font_name='font5x8.bin', size=2)
        self.oled.show()

由于笔者对oled的使用不太了解，加上又是第一次使用circuitpython进行开发，所以这里将密码校验的相关部分显示在哪个位置全部定死了，后续可能会考虑进行优化

密码校验核心业务代码

# 检查密码是否正确并返回结果
def check_pwd(password):
    return password == saved_password

def handle_input(key, password):
    """处理密码输入逻辑"""  
    if key==(3, 1):  # 回退键
        password = password[:-1]  # 删除最后一位
        return password
    # 根据键盘布局添加适当的字符
    if len(password) < PASSWORD_MAX_LENGTH:
        password += keyboard_char_map.get(key, '')
    return password

def display_tip(oled, tip="Password:"):
    oled.show_text(tip)

def display_password(oled, password):
    oled.clear()
    display_tip(oled)
    oled.show_star(len(password))

def display_result(oled, result):
    oled.clear()
    display_tip(oled)
    oled.show_result(result)

主程序核心业务代码

def main():
    global password
    
    # 初始化显示
    display_tip(oled)
    
    while True:
        # 扫描矩阵键盘
        key = keyboard.scan_keyboard()
        # 如果有按键按下
        if key:
            # 确认键
            if key==(3,2):
                display_result(oled, result=check_pwd(password))
                password = ""  # 清空密码
            # 处理按下的按键
            else:
                password = handle_input(key, password)
                display_password(oled, password)   
        time.sleep(0.01)  # 防止CPU占用过高

阶段性总结

本次使用circuitpython实现了对矩阵键盘和Oled显示屏的驱动以及密码校验部分，为后续物联网密码柜的制作打下了基础。

最后放一个密码输入演示视频。