ESP32 結合 EzDIO 製作人臉辨識門鎖教學

一、製作介紹

相信有不少使用者都是以EZ Start Kit/EZ Start Kit+入門，但隨著製作的專案越來越多樣，需要的功能也不盡相同，單以 EZ Start Kit 目前的擴充性來說，難以滿足不同的需求。

近期CIRCUS Pi推出了EzDIO擴展板，這是一塊三用的 I/O 擴充板。與EZ Start Kit+一樣適用micro:bit、LinkIt 7697與ESP32三種控制板，不同的是以杜邦排針和 Grove 插座取代原先的功能，讓使用者決定自己要連接什麼模組。

本篇文章將以人臉辨識門鎖的主題，並用 EzDIO 作為擴充板，示範如何將不同的模組，經由程式整合在一起。

二、所需材料

首先需要選擇控制板，不同的控制板將決定你的程式撰寫風格，以及專案的走向。例如你比較習慣使用 MakeCode 來開發，那只能選擇 micro:bit ，畢竟 LinkIt 7697 與 ESP32 並不支援MakeCode，並且意味著單靠這塊控制板，將沒辦法開發IoT功能，除非外接其他的模組或透過不同的方式達成(e.g. Logyun 連雲 Wi-Fi 模組)。

為了之後能將資料上傳至Google Sheet，或是指定的 MQTT Broker。所以在LinkIt 7697與ESP32中猶豫了好久，最後決定選擇目前較少被提及的 ESP32 做為本次主題的控制板。

接著是選擇最重要的AI視覺感測器，除了速度要快，還要方便，最好能記錄人臉資料並儲存下來，綜合了以上幾點，選擇了最多人使用的HuskyLens。除了人臉辨識開鎖外，還希望加上RFID感測器，避免辨識故障時還能用卡片解鎖。

其他就是繼電器、電磁鎖、顯示螢幕、觸發辨識用按鈕與提示用蜂鳴器，然後是供電用的變壓器與連接感測器需要的連接線。

● 材料清單

1. 主控板	NodeMCU-32S	8. 按鈕	Circus 輕觸按鍵模組
2. 擴充板	EzDIO	9. 蜂鳴器	Circus 無源蜂鳴器模組
3. AI視覺感測器	HUSKYLENS 哈士奇AI辨識鏡頭 (PRO版)	10. 電源	電子式變壓器 12V-1.5A
4. RFID感測器	M5Stack RFID模組	11. 電源轉接頭	DC JACK 5.5X2.1mm 母轉2.0端子插座電源尾線
5. 顯示螢幕	Circus 1.3吋OLED顯示螢幕	12. 杜邦連接線	彩色杜邦雙頭線(母/母)
6. 繼電器	Circus 1路繼電器模組	13. Grove連接線	4pin連接線 20cm
7. 電磁鎖	LY-01 DC12V電磁電控鎖	14. RFID卡片	RFID Card

材料清單

過程中為了將繼電器連接電源與電磁鎖，會需要用到「剝線鉗」與「電烙鐵」。線與線焊接後為了保護，可以準備「電工膠帶」或是「熱縮套管」。

三、接線組裝

材料備齊後就可以開始將各模組，透過連接線接在EzDIO上面，主控板ESP32有自己對應的位置，我想大家應該不陌生，至於其他模組可以參考接下來的教學。

● 電磁鎖加工

在連接之前我們需要先加工電磁鎖，將「電源轉接頭」與「電磁鎖」焊接在一起，並針對連接至「繼電器」的線頭加錫，如下圖所示：

分別剪去「電源轉接頭」與「電磁鎖」的連接器後，用剝線鉗剝出一小段線，先將黑色線對黑色線焊接在一起，這邊是用電工膠帶將焊接點包起來保護。接著將兩端的紅色線上錫，以便較好鎖在「繼電器」上。

● 連接繼電器

選用的「電磁鎖」是屬於通電後解鎖的類型，所以將它安裝在「繼電器」的常開位置。在未通電的情況下，電磁鎖將保持鎖上的狀態，接線方式如下圖所示：

繼電器可以連接在任何數位輸出的腳位，本次選用的繼電器是排針連接的類型，因此採用杜邦線連接，將其連接在 EzDIO 右邊的杜邦排針區，接線參照下表所示：

● 連接 OLED 顯示螢幕

OLED使用的是 I2C 介面，I2C 的接線對應如下表，我們使用的模組是 Grove 插座，所以只要拿「Grove連接線」，一頭接在 OLED 上，另一頭接在 EzDIO 上方5個I2C插座的其中一個即可。

● 連接RFID感測器

本次選用的 RFID 感測器與OLED一樣是I2C介面，也同樣都是Grove插座。Grove連接線一頭接在 RFID 感測器上，另一頭接在 EzDIO 上方5個I2C插座的其中一個即可。

● 連接按鈕

按鈕是作為觸發人臉辨識使用，只有在對準人臉並按下按鈕時，才會發動解鎖功能。主要用來避免，當人經過時不小心觸發解鎖。

按鈕可連接在具有數位輸入功能的腳位上，例如可安裝在IO15。因為這邊使用的按鈕是Grove插座的，所以在排針旁的GPIO插座區，找尋對應的位置連接即可，Grove插座位置在「CN16」，接線對應如下表所示：

● 連接蜂鳴器

蜂鳴器能幫助我們了解裝置的狀態，透過聲音的變化，我們能清楚知道是否感應成功，或是解鎖成功。蜂鳴器連接在輸出的腳位，這邊選擇的模組是Grove類型，連接方式與按鈕模組相同，唯一不同的是，ESP32部分腳位只允許輸入，需要避開那些腳位，筆者選擇連接IO14(對應ESP32的腳位是27)，Grove插座位置在「CN15」，接線對應如下表所示：

● 連接HuskyLens

HuskyLens可以選擇I2C或是UART連接，並有附上連接線。筆者選擇連接在I2C，因為附贈的連接線另一頭為杜邦母頭，可連接在EzDIO的杜邦排針區，接線對應如下表所示：

完成上述步驟後，所有的模組與裝置皆已連接完畢，你可以找一塊板子並透過螺絲、螺帽，將所有部件固定起來。板子可以是木板或是壓克力，排列完畢後用雷切或電鑽鑽洞都可以，也能依照自己的需求，安裝在適當的位置，自由發揮。

本次範例是用一塊3mm大小適中的木板，並使用手持電鑽鑽孔，將所有東西都固定在木板上，並用標籤機列印了一張標示貼紙，看起來有模有樣，如下圖所示：

四、程式撰寫

撰寫程式的軟體，使用「BlocklyDuino F1」，相關的安裝方法請參閱吉哥的分享-如何安裝吉哥自製積木。

在燒錄程式的過程中，發現原先在BlocklyDuino F1裡的HuskyLens程式庫無法使用在ESP32上面，後來經由查找HuskyLens官方說明網站，發現有較新的版本可用於ESP32，但反而無法用在LinkIt 7697。經我們工程師修改後可相容兩塊主控板，修改後的程式庫連結如下：

提醒大家使用前記得先更新為較新的程式庫。

● 安裝HuskyLens新的程式庫

1. 首先打開BlocklyDuino F1的「資料夾」，接著依照下列順序依須點開資料夾，以便找到存放總程式庫的資料夾：

2. 接著刪除原先在資料夾內的舊程式庫「HUSKYLENS」，刪除後先不要關閉資料夾，待會兒要將新的程式庫複製過來。

3. 解壓縮剛剛下載下來的新程式庫，並複製資料夾內的「HUSKYLENS」，貼到剛剛BlocklyDuino F1的程式庫資料夾「libraries」內。

完成上述步驟，就完成程式庫安裝了。新、舊程式庫內容差異不小，請不要用覆蓋的，確實刪除後再貼上新的程式庫，比較不會有問題。

● 功能規劃

1. 首先是人臉辨識解鎖的功能，預先設定HuskyLens儲存要辨識的人臉，當HuskyLens通電後就會開始執行任務，並經由連接線回傳資料，此時若是按下按鈕，就讓程式去比對是否是記錄過的人臉，比對成功則開鎖，並於3秒後鎖上。

2. 接著是RFID感應解鎖，同樣得預先知道卡片號碼，當感應到相同號碼則開鎖，並於3秒後鎖上。

3. 蜂鳴器與OLED可用於感應、開鎖與感應錯誤時發出提示。

● 設定HuskyLens

在使用人臉辨識功能之前，需要進行一些設定，例如確認是否為I2C通訊，或是記錄人臉資料等等，你可以參考官方文件的教學，請記錄一張人臉，用於程式比對解鎖用。

● 範例程式連結

完成上述功能的程式不會太複雜，可以直接下載「範例程式」，解壓縮後請用BlocklyDuino開啟，我們可以從程式中學習。

其中共有兩個範例程式，一個是單純讀取RFID卡片號碼的程式，用來讀出手邊卡片的編號，比對卡片號碼時使用；另一個則是完成上述功能的辨識解鎖程式。

● 讀取RFID卡片號碼程式說明(EzDIO_read_RFID)

RFID感測器在感測到卡片資料時會讀到號碼，反之為空值。透過變數「card」將資料儲存下來後比對，若有讀到資料則顯示在OLED上面。

將程式燒錄後執行，請將讀取到的資料記下來，以便填入「EzDIO_Face_unlock」這個程式中。

● 辨識解鎖程式說明(EzDIO_Face_unlock)

程式可以分成三部份，分別是「初始化」、「重複執行」與「函式群」。初始化不外乎就是功能設定與狀態賦予，重複執行則處理所有功能，包含辨識、RFID感應、開鎖……等。最後的函式群是指，將一些重複用到的功能包成函式(或稱副程式)，主要用於簡化程式並提升修改時的效率，進而增加可讀性。接下來讓我們觀看每個部份：

1. 初始化

在這部份我們針對需要預先初始化的功能，進行初始化，像是OLED與HuskyLens。並設定兩個全域變數「door」、「card」，用來記錄是否開門以及儲存卡片的號碼。

因為OLED顯示的文字大小有限，所以採用圖片轉換XBM的方式，即可顯示任意圖案或文字，相關教學可參考「自訂OLED顯示圖案教學步驟」，自訂的點陣圖有＂open＂(開鎖)、＂lock＂(上鎖)、＂n1~n3＂(顯示數字)、＂noperson＂(沒有紀錄)等六個，最後是在所有功能不停執行前，先於OLED螢幕顯示「上鎖」。