前言

这个项目是 Raspberry Pi Pico 的密码锁系统，使用 I2C LCD 1602 显示屏作为显示， 4×4 矩阵键盘作为密码输入装置，继电器模拟门锁开关。

功能特性

• 密码验证：输入密码后按 * 确认，正确则继电器吸合（模拟开锁）
• 密码修改：按 # 进入修改流程，需先验证旧密码再设置新密码
• 密码隐藏：输入时 LCD 第二行以 * 代替实际字符
• 明文修改：修改密码时新密码以明文显示，便于核对
• 扩展字符：支持 0-9 及 A-D 作为密码字符（最多 16 位）
• 默认密码：735560

硬件需求

元件	规格	数量
Raspberry Pi Pico	RP2040	1
I2C LCD 1602	16×2 字符，PCF8574 转接板	1
4×4 矩阵键盘	16 键薄膜/机械键盘	1
继电器模块	5V/3.3V 继电器	1
杜邦线	公母/母母	若干

引脚接线

外设	信号	Pico GPIO	物理引脚
LCD 1602	SDA	GP4	Pin 6
LCD 1602	SCL	GP5	Pin 7
LCD 1602	VCC	3.3V	Pin 36
LCD 1602	GND	GND	Pin 38
键盘列 C1	—	GP18	Pin 24
键盘列 C2	—	GP19	Pin 25
键盘列 C3	—	GP20	Pin 26
键盘列 C4	—	GP21	Pin 27
键盘行 R1	—	GP10	Pin 14
键盘行 R2	—	GP11	Pin 15
键盘行 R3	—	GP12	Pin 16
键盘行 R4	—	GP13	Pin 17
继电器	控制信号	GP14	Pin 19

键盘布局

┌───┬───┬───┬───┐
│ 1 │ 2 │ 3 │ A │
├───┼───┼───┼───┤
│ 4 │ 5 │ 6 │ B │
├───┼───┼───┼───┤
│ 7 │ 8 │ 9 │ C │
├───┼───┼───┼───┤
│ * │ 0 │ # │ D │
└───┴───┴───┴───┘

按键功能

按键	功能
0-9, A-D	密码字符输入
*	确认/提交密码
#	进入密码修改模式 / 取消返回

使用说明

开机

上电后 LCD 显示：

Enter Password:
█

光标在第二行首位闪烁，等待输入。

输入密码

逐位输入密码字符，LCD 以 * 显示：

Enter Password:
****█

验证密码

输入完毕后按 * 键：

• 密码正确 → 显示 Successful，继电器吸合 300ms，1.5 秒后返回初始页面
• 密码错误 → 显示 Wrong Password，1.5 秒后返回初始页面

修改密码

1. 在初始页面按 # 键，进入旧密码验证：

   Old Password
   █
   

2. 输入当前密码，按 * 确认：
   • 正确 → 进入新密码设置
   • 错误 → 显示 Wrong Password，返回旧密码页面重试
3. 新密码设置页面：

   Change Password
   █
   

   输入新密码（明文显示，便于核对），按 * 确认
4. 显示 Password Changed，2 秒后自动返回初始页面

在修改流程中随时按 # 可取消并返回初始页面。

程序结构

oled.c
├── LCD 1602 I2C 驱动 (PCF8574)
│   ├── lcd_init()            LCD 初始化 (4-bit 模式)
│   ├── lcd_send_byte()       发送字节 (命令/数据)
│   ├── lcd_clear()           清屏
│   ├── lcd_set_cursor()      设置光标位置
│   ├── lcd_char()            输出单个字符
│   └── lcd_string()          输出字符串
│
├── 4×4 矩阵键盘驱动
│   ├── keypad_init()         初始化键盘 GPIO
│   └── keypad_get_key()      扫描并返回按键字符
│
├── 密码系统
│   ├── show_enter_password_page()   初始输入页面
│   ├── show_old_password_page()     旧密码验证页面
│   ├── show_new_password_page()     新密码设置页面
│   ├── show_result()                结果提示页面
│   ├── display_asterisks()          以 * 显示输入
│   ├── display_plaintext()          明文显示输入
│   ├── append_input()               追加输入字符
│   ├── clear_input()                清空输入缓冲
│   └── relay_success()              继电器触发
│
└── main()                   主循环，状态机调度

状态机流程

                 ┌──────────────────────────┐
                 │   STATE_ENTER_PASSWORD   │
                 │  "Enter Password:"       │
                 │  第二行: ****光标          │
                 └─────┬──────────┬─────────┘
                   [*]验证    [#]修改
                    │          │
          ┌────────┴──┐  ┌────┴────────────────┐
          │ Successful │  │ STATE_OLD_PASSWORD  │
          │ 继电器吸合  │  │ "Old Password"      │
          └────────────┘  │ 第二行: ****光标     │
                          └────┬──────┬────────┘
                          [*]验证    [#]取消
                           │         │
                   ┌───────┴──┐  ┌───┴───────────┐
                   │ 验证通过  │  │ 返回初始页面    │
                   └────┬─────┘  └───────────────┘
                        │
               ┌────────┴───────────────┐
               │ STATE_NEW_PASSWORD     │
               │ "Change Password"      │
               │ 第二行: 明文+光标       │
               └────┬────────┬─────────┘
               [*]确认    [#]取消
                │         │
        ┌───────┴──┐  ┌───┴───────────┐
        │Password   │  │ 返回初始页面    │
        │Changed    │  └───────────────┘
        │(2秒后返回) │
        └───────────┘

编译和烧录

前提条件

• 安装 Raspberry Pi Pico SDK
• 配置 PICO_SDK_PATH 环境变量

编译

mkdir build && cd build
cmake ..
make

烧录

1. 按住 Pico 上的 BOOTSEL 按钮
2. 通过 USB 连接电脑
3. 松开 BOOTSEL，Pico 显示为 USB 大容量存储设备
4. 将 build/oled.uf2 拖入 Pico 磁盘

常见问题

Q: LCD 无显示？

• 检查 I2C 地址：代码默认 0x27，部分模块为 0x3F，修改 addr 变量
• 确认 SDA/SCL 接线正确（GP4→SDA, GP5→SCL）

Q: 键盘无响应？

• 确认行列引脚接线与代码定义一致
• 行列引脚不能接反（列→GP18-21, 行→GP10-13）

Q: 继电器不动作？

• 默认使用 GP13，与键盘行 R4 共用，确保接线正确
• 如需独立引脚，修改 RELAY_SUCCESS_PIN 宏

Github代码

代码参考