ESP32结合EzDIO制作人脸辨识门锁

一、制作介绍

EzDIO扩展板是一块三用的I/O扩充板，适用micro:bit、LinkIt 7697与ESP32三种控制板，不同的是以杜邦排针和Grove插座取代原先的功能，让用户决定自己要连接什么模块。

本篇文章将以人脸辨识门锁的主题，并用EzDIO作为扩充板，示范如何将不同的模块，经由程序整合在一起。

二、所需材料

首先需要选择控制板，不同的控制板将决定你的程序撰写风格，以及项目的走向。例如你比较习惯使用MakeCode来开发，那只能选择micro:bit ，毕竟LinkIt 7697与ESP32并不支持MakeCode，并且意味着单靠这块控制板，将没办法开发IoT功能，除非外接其他的模块或透过不同的方式达成。

为了之后能将数据上传至Google Sheet，或是指定的MQTT Broker。所以在LinkIt 7697与ESP32中犹豫了好久，最后决定选择目前较少被提及的ESP32做为本次主题的控制板。

接着是选择最重要的AI视觉传感器，除了速度要快，还要方便，最好能记录人脸数据并储存下来，综合了以上几点，选择了最多人使用的HuskyLens。除了人脸辨识开锁外，还希望加上RFID传感器，避免辨识故障时还能用卡片解锁。

其他就是继电器、电磁锁、显示屏幕、触发辨识用按钮与提示用蜂鸣器，然后是供电用的变压器与连接传感器需要的连接线。

● 材料清单

过程中为了将继电器连接电源与电磁锁，会需要用到「剥线钳」与「电烙铁」。线与线焊接后为了保护，可以准备「电工胶带」或是「热缩套管」。

三、接线组装

材料备齐后就可以开始将各模块，透过连接线接在EzDIO上面，主控板ESP32有自己对应的位置，我想大家应该不陌生，至于其他模块可以参考接下来的介绍。

● 电磁锁加工

在连接之前我们需要先加工电磁锁，将「电源转接头」与「电磁锁」焊接在一起，并针对连接至「继电器」的线头加锡，如下图所示：

分别剪去「电源转接头」与「电磁锁」的连接器后，用剥线钳剥出一小段线，先将黑色线对黑色线焊接在一起，这边是用电工胶带将焊接点包起来保护。接着将两端的红色在线锡，以便较好锁在「继电器」上。

● 连接继电器

选用的「电磁锁」是属于通电后解锁的类型，所以将它安装在「继电器」的常开位置。在未通电的情况下，电磁锁将保持锁上的状态，接线方式如下图所示：

继电器可以连接在任何数字输出的脚位，本次选用的继电器是排针连接的类型，因此采用杜邦线连接，将其连接在EzDIO右边的杜邦排针区，接线参照下表所示：

EzDIO 与继电器接线图

● 连接OLED显示屏幕

OLED使用的是I2C接口，I2C的接线对应如下表，我们使用的模块是Grove插座，所以只要拿「Grove连接线」，一头接在OLED上，另一头接在EzDIO上方5个I2C插座的其中一个即可。

EzDIO 与OLED显示屏幕接线图

● 连接RFID传感器

本次选用的RFID传感器与OLED一样是I2C接口，也同样都是Grove插座。Grove连接线一头接在RFID传感器上，另一头接在EzDIO上方5个I2C插座的其中一个即可。

EzDIO 与RFID传感器接线图

● 连接按钮

按钮是作为触发人脸辨识使用，只有在对准人脸并按下按钮时，才会发动解锁功能。主要用来避免，当人经过时不小心触发解锁。

按钮可连接在具有数字输入功能的脚位上，例如可安装在IO15。因为这边使用的按钮是Grove插座的，所以在排针旁的GPIO插座区，找寻对应的位置连接即可，Grove插座位置在「CN16」，接线对应如下表所示：

EzDIO 与按钮接线图

● 连接蜂鸣器

蜂鸣器能帮助我们了解装置的状态，透过声音的变化，我们能清楚知道是否感应成功，或是解锁成功。蜂鸣器连接在输出的脚位，这边选择的模块是Grove类型，连接方式与按钮模块相同，唯一不同的是，ESP32部分脚位只允许输入，需要避开那些脚位，笔者选择连接IO14(对应ESP32的脚位是27)，Grove插座位置在「CN15」，接线对应如下表所示：

EzDIO 与蜂鸣器接线图

● 连接HuskyLens

HuskyLens可以选择I2C或是UART连接，并有附上连接线。笔者选择连接在I2C，因为附赠的连接线另一头为杜邦母头，可连接在EzDIO的杜邦排针区，接线对应如下表所示：

EzDIO 与HuskyLens 接线图

完成上述步骤后，所有的模块与装置皆已连接完毕，你可以找一块板子并透过螺丝、螺帽，将所有部件固定起来。板子可以是木板或是压克力，排列完毕后用雷切或电钻钻洞都可以，也能依照自己的需求，安装在适当的位置，自由发挥。

本次范例是用一块3mm大小适中的木板，并使用手持电钻钻孔，将所有东西都固定在木板上，并用标签机打印了一张标示贴纸，看起来有模有样，如下图所示：

四、程序撰写

撰写程序的软件，使用「BlocklyDuino F1」。

在刻录程序的过程中，发现原先在BlocklyDuino F1里的HuskyLens链接库无法使用在ESP32上面，后来经由查找HuskyLens官方说明网站，发现有较新的版本可用于ESP32，但反而无法用在LinkIt 7697。经我们工程师修改后可兼容两块主控板，修改后的链接库连结如下：

提醒大家使用前记得先更新为较新的链接库。

https://github.com/CIRCUSPi/CIRCUSPi.github.io/raw/main/extlibrary/HUSKYLENSArduino-master.zip

●安装HuskyLens新的链接库

1. 首先打开BlocklyDuino F1的「文件夹」，接着依照下列顺序依须点开文件夹，以便找到存放总链接库的文件夹：

2. 接着删除原先在文件夹内的旧链接库「HUSKYLENS」，删除后先不要关闭文件夹，待会儿要将新的链接库复制过来。

3. 解压缩刚刚下载下来的新链接库，并复制文件夹内的「HUSKYLENS」，贴到刚刚BlocklyDuino F1的链接库文件夹「libraries」内。

完成上述步骤，就完成链接库安装了。新、旧链接库内容差异不小，请不要用覆盖的，确实删除后再贴上新的链接库，比较不会有问题。

● 功能规划

1. 首先是人脸辨识解锁的功能，预先设定HuskyLens储存要辨识的人脸，当HuskyLens通电后就会开始执行任务，并经由连接线回传数据，此时若是按下按钮，就让程序去比对是否是记录过的人脸，比对成功则开锁，并于3秒后锁上。

2. 接着是RFID感应解锁，同样得预先知道卡片号码，当感应到相同号码则开锁，并于3秒后锁上。

3. 蜂鸣器与OLED可用于感应、开锁与感应错误时发出提示。

● 设定HuskyLens

在使用人脸辨识功能之前，需要进行一些设定，例如确认是否为I2C通讯，或是记录人脸数据等等，你可以参考官方文件的教学，请记录一张人脸，用于程序比对解锁用。

https://wiki.dfrobot.com/HUSKYLENS_V1.0_SKU_SEN0305_SEN0336#target_15

● 范例程序链接

完成上述功能的程序不会太复杂，可以直接下载「范例程序」，解压缩后请用BlocklyDuino开启，我们可以从程序中学习。

https://github.com/CIRCUSPi/CIRCUSPi.github.io/raw/main/example/EzDIO_Example.zip

其中共有两个范例程序，一个是单纯读取RFID卡片号码的程序，用来读出手边卡片的编号，比对卡片号码时使用；另一个则是完成上述功能的辨识解锁程序。

● 读取RFID卡片号码程序说明(EzDIO_read_RFID)

RFID传感器在感测到卡片数据时会读到号码，反之为空值。透过变量「card」将数据储存下来后比对，若有读到数据则显示在OLED上面。

将程序刻录后执行，请将读取到的数据记下来，以便填入「EzDIO_Face_unlock」这个程序中。

● 辨识解锁程序说明(EzDIO_Face_unlock)

程序可以分成三部份，分别是「初始化」、「重复执行」与「函式群」。初始化不外乎就是功能设定与状态赋予，重复执行则处理所有功能，包含辨识、RFID感应、开锁……等。最后的函式群是指，将一些重复用到的功能包成函式(或称子程序)，主要用于简化程序并提升修改时的效率，进而增加可读性。接下来让我们观看每个部份：

1. 初始化

在这部份我们针对需要预先初始化的功能，进行初始化，像是OLED与HuskyLens。并设定两个全局变量「door」、「card」，用来记录是否开门以及储存卡片的号码。

因为OLED显示的文字大小有限，所以采用图片转换XBM的方式，即可显示任意图案或文字，自定义的位图有＂open＂(开锁)、＂lock＂(上锁)、＂n1~n3＂(显示数字)、＂noperson＂(没有纪录)等六个，最后是在所有功能不停执行前，先于OLED屏幕显示「上锁」。

2. 函式群

共有四个函式：

【check_OK】开锁成功并设定显示与音效，并将「door」这个变量设定为1。

【check_ERROR】解锁失败并设定屏幕显示没有纪录与连续音效，最后显示上锁。

【start_sound】感应卡片或按下辨识按钮时发出音效。

【open_and_lock】启动电磁锁开锁并显示倒数，待3秒过后将「door」这个变量设定为0，并上锁与显示。

3. 重复执行

在重复执行内也分成三个部份，分别是「HuskyLens运行时间」、「RFID读取阶段」、「是否开锁阶段」。

HuskyLens运行时间：首先从HuskyLens取得一组辨识数据，接着确认是否按下按钮，来进行身份比对，若比对成功则执行【check_OK】，若没有辨识到或身份比对错误，则执行【check_ERROR】。

RFID读取阶段：一样先取得感应号码，若没有感应到卡片则会取得「空字符串」，感应到号码后将进行比对，比对成功则执行【check_OK】，比对错误则执行【check_ERROR】。

是否开锁阶段：上述两大阶段若有开锁成功，均会调整变量「door」的数值为1，在这阶段只要侦测到「door」数值为1，则执行【open_and_lock】，执行完毕后会将「door」这个变量设定为0。

三个阶段执行完后，最后的「延迟100毫秒」是为了避免程序重复执行过快，导致数据接收错误。

3. 重复执行

在重复执行内也分成三个部份，分别是「HuskyLens运行时间」、「RFID读取阶段」、「是否开锁阶段」。

HuskyLens运行时间：首先从HuskyLens取得一组辨识数据，接着确认是否按下按钮，来进行身份比对，若比对成功则执行【check_OK】，若没有辨识到或身份比对错误，则执行【check_ERROR】。

RFID读取阶段：一样先取得感应号码，若没有感应到卡片则会取得「空字符串」，感应到号码后将进行比对，比对成功则执行【check_OK】，比对错误则执行【check_ERROR】。

是否开锁阶段：上述两大阶段若有开锁成功，均会调整变量「door」的数值为1，在这阶段只要侦测到「door」数值为1，则执行【open_and_lock】，执行完毕后会将「door」这个变量设定为0。

三个阶段执行完后，最后的「延迟100毫秒」是为了避免程序重复执行过快，导致数据接收错误。

以上就是以ESP32为控制板，结合EzDIO扩展板与相关模块制作的人脸辨识门锁项目。

　　审核编辑：汤梓红