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。
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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
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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
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四、程序撰写
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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：
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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。
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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。
FSW8罗德与施瓦茨R&S FSW13信号和频谱分析仪
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一文读懂开关电源中的X和Y电容的作用
详解如何使用万用表测电压
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