背景說明

　　本文旨在通過使用 Bolt IoT 將面部解鎖功能帶到您的架子、門或衣柜。

　　我們生活在一個互聯(lián)網(wǎng)革命的時代，現(xiàn)在比以往任何時候都更容易進行實驗和創(chuàng)新，以提出可以對全世界數(shù)百萬人產(chǎn)生積極影響的絕妙想法。

　　曾經(jīng)想為您家中的架子、抽屜、衣柜或門增加一點額外的安全性嗎？當談到使用互聯(lián)網(wǎng)進行創(chuàng)新時，在我們可用的數(shù)千個平臺和工具中，有幾個脫穎而出的。這個項目中，我們將修改一個標準架子，使其擁有一個使用人臉驗證解鎖的安全系統(tǒng)。我們將用C#構(gòu)建一個Windows 窗體應(yīng)用程序，它可以存儲、驗證和解鎖受信任的面孔。它用于面部驗證和Bolt IoT Cloud API，用于與 Bolt WiFi 模塊和 Arduino 進行通信。我們將 Bolt WiFi 模塊與Arduino Uno連接，它將控制伺服電機鎖定/解鎖門。在這個項目的開發(fā)過程中，很多這些概念都派上了用場。

　　第 1 步：構(gòu)建軟件

　　我們將使用 Visual Studio 構(gòu)建一個 Windows 窗體應(yīng)用程序。此應(yīng)用程序在 Windows 機器上運行，將負責管理授權(quán)人臉、使用 FacePlusPlus API 驗證人臉以及與 Bolt WiFi 模塊通信。我們將使用 C# 進行編碼。

　　啟動 Visual Studio 并創(chuàng)建新的 Windows 窗體應(yīng)用程序項目。如果您完全不熟悉 Visual Studio，我建議您學習使用 Visual Studio 進行 Windows 窗體應(yīng)用程序開發(fā)的基礎(chǔ)知識。

　　在本文中，我將僅使用項目中執(zhí)行主要和重要功能的代碼片段來解釋代碼。瀏覽整個代碼將是乏味且不必要的，因為其中大部分都是不言自明且有據(jù)可查的。

　　我們的 Visual Studio 項目將 3 個庫用于各種目的。他們是：

　　AForge .NET：一種流行的 .NET 框架，用于 Windows 中的圖像處理。我們使用它從網(wǎng)絡(luò)攝像頭捕獲圖像。

　　Bolt IoT API .NET：我用 C# 編寫的非官方客戶端庫，用于與 Bolt Cloud API 進行通信。

　　Newtonsoft JSON：一種流行的 .NET 高性能 JSON 框架。用于在我們的項目中解析 A??PI 響應(yīng)。

　　入門

　　在開始編碼之前，我們需要設(shè)置一些東西。

　　1. Bolt Cloud API 憑證

　　如果您還沒有，請訪問cloud.boltiot.com并設(shè)置一個帳戶。登錄后，將您的 WiFi 模塊與 Bolt Cloud 鏈接。為此，請在您的手機上下載 Bolt IoT 設(shè)置應(yīng)用程序。按照應(yīng)用程序中的說明將您的設(shè)備與您的帳戶相關(guān)聯(lián)。這涉及將 Bolt 與本地 WiFi 網(wǎng)絡(luò)配對。成功鏈接后，您的儀表板將顯示您的設(shè)備。您現(xiàn)在可以從儀表板獲取您的設(shè)備 ID和API 密鑰。

　　2. FacePlusPlus API 憑證

　　我們在這個項目中依賴的另一個 API 服務(wù)是FacePlusPlus API。它是一個免費平臺，提供各種圖像識別服務(wù)。我們用它來進行面部識別。創(chuàng)建一個帳戶并轉(zhuǎn)到 FacePlusPlus 控制臺。轉(zhuǎn)到下方并單擊。記下新生成的API Key和API Secret 。API KeyApps+Get API Key

　　現(xiàn)在您應(yīng)該準備好以下內(nèi)容：

　　private readonly string BOLT_DEVICE_ID = “BOLTXXXXXX”;

　　private readonly string BOLT_API_KEY = “XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX”;

　　private readonly string FPP_API_KEY = “XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX”;

　　private readonly string FPP_API_SECRET = “XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX”;

　　我們創(chuàng)建一個名為 的 Bolt 類的新全局實例myBolt，通過它我們將與 WiFi 模塊進行所有未來的通信：

　　myBolt = new Bolt（BOLT_API_KEY， BOLT_DEVICE_ID）;

　　也就是說，現(xiàn)在讓我們看看我們的應(yīng)用程序如何執(zhí)行一些核心功能。

　　功能介紹

　　1. 鎖定/解鎖門

　　我們設(shè)計了這樣的電路，當數(shù)字引腳 0 為HIGH時，門應(yīng)該被鎖定，而當數(shù)字引腳 3 為 時HIGH，門應(yīng)該被解鎖。稍后我們討論電路原理圖時會更清楚地說明這一點。

　　對于鎖定，我們使用DigitalMultiWrite庫中的方法將HIGH值寫入 D0 并將 LOW 值寫入 D3。這將向 Arduino 發(fā)出鎖門信號。同樣對于解鎖，我們將LOW值寫入 D0 并將HIGH值寫入 D3。這將向 Arduino 發(fā)出解鎖門的信號。

　　執(zhí)行鎖定的代碼：

　　private async Task LockDoor()

{
? ?MultiPinConfig multiPinConfig = new MultiPinConfig();
? ?MultiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D0, DigitalStates.High); //Lock Signal?
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D3, DigitalStates.Low); //Unlock Signal
??
? ?await myBolt.DigitalMultiWrite(multiPinConfig);
??
? ?multiPinConfig = new MultiPinConfig();
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D0, DigitalStates.Low); //Lock Signal?
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D3, DigitalStates.Low); //Unlock Signal
??
? ?await myBolt.DigitalMultiWrite(multiPinConfig);
}

執(zhí)行解鎖的代碼：

private async Task UnlockDoor()
{
? ?MultiPinConfig multiPinConfig = new MultiPinConfig();
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D0, DigitalStates.Low); //Lock Signal?
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D3, DigitalStates.High); //Unlock Signal
??
? ?await myBolt.DigitalMultiWrite(multiPinConfig);
??
? ?multiPinConfig = new MultiPinConfig();
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D0, DigitalStates.Low); //Lock Signal?
? ?multiPinConfig.AddPinState(DigitalPins.D3, DigitalStates.Low); //Unlock Signal
??
? ?await myBolt.DigitalMultiWrite(multiPinConfig);
}

　　2. 添加/刪除可信面孔

　　可信人臉的圖像數(shù)據(jù)被編碼為 Base64 字符串，并存儲在本地機器中。還存儲了每個人臉的對應(yīng)名稱列表。在我們的程序中，要添加人臉，我們首先驗證當前幀中是否有可用的人臉。我們使用FacePlusPlus的Detect API來執(zhí)行此操作。它返回一個 JSON 響應(yīng)，其中包含檢測到的面部特征。如果沒有檢測到人臉，則響應(yīng)將是［］。一旦檢測到人臉，我們就會保存圖像的 base64 編碼字符串和相應(yīng)的名稱。

　　去除臉部非常簡單。按刪除按鈕將從保存的列表中刪除圖像數(shù)據(jù)和名稱。

　　添加和保存人臉信息的代碼：

//Converting image to base64 string and adding it to the list.?
ImageDataList.Add(ImageToBase64((Image)PreviewBox.Image.Clone()));
//Adding name of the face to the list
NameList.Add(FaceNameTextBox.Text.Trim());
??
//Saves the face image data as a base encoded string, along with its name
Properties.Settings.Default.Base64ImageData = ImageDataList;
Properties.Settings.Default.FaceNames = NameList;
Properties.Settings.Default.Save();

刪除人臉信息的代碼：

//Removing face information at specified position in the list
NameList.RemoveAt(e.RowIndex);
ImageDataList.RemoveAt(e.RowIndex);
??
//Saving the the list after removal of a face
Properties.Settings.Default.FaceNames = NameList;
Properties.Settings.Default.Base64ImageData = ImageDataList;
Properties.Settings.Default.Save();

　　3.人臉驗證

　　我們通過使用FacePlusPlus 中的比較 API來驗證人臉是否可信。在此過程中，我們線性迭代保存列表中的每個人臉，并將其與捕獲的圖像進行比較。如果 API 返回超過 80% 的置信度，我們將解鎖門。

　　進行此比較的代碼如下所示：

　　WebClient client = new WebClient();

??
byte[] response = client.UploadValues("https://api-us.faceplusplus.com/facepp/v3/compare", new NameValueCollection()
{
? ? { "api_key", FPP_API_KEY },
? ? { "api_secret", FPP_API_SECRET },
? ? { "image_base64_1", face1Base64},
? ? { "image_base64_2", face2Base64}
? ? });
});
??
string confidence = JObject.Parse(System.Text.Encoding.UTF8.GetString(response))["confidence"].ToString();

　　4. 偵聽鈴聲

　　我們計劃提供一個物理按鈕，類似于呼叫鈴按鈕，以便用戶可以在看著攝像頭時按下以解鎖門。為了使這成為可能，我們需要創(chuàng)建一個新的專用線程來持續(xù)偵聽鈴聲按鈕按下事件。

　　在本文的后面，我們將看到如何使用按鈕以及按下按鈕時它將如何使 Bolt WiFi 模塊HIGH的 D4 引腳?，F(xiàn)在，我們只假設(shè)上述情況。所以在這個線程中，我們不斷地計算 D4 引腳的值。如果是，我們將其作為鈴聲事件并進行人臉捕獲和驗證。DigitalReadHIGH

　　這是將在鈴聲偵聽線程上連續(xù)運行的代碼：

　　while (ListenForBell)

{
? ? Response R = await myBolt.DigitalRead(DigitalPins.D4);
? ? if (R.Value == "1")
? ? {
? ? ? ? RingBell_Click(null, null);
? ? ? ? Thread.Sleep(2000);
? ? }
? ? Thread.Sleep(2000);
}

　　我們在每次迭代之間停止并等待 2 秒。否則會很快耗盡 Bolt Cloud API 的使用配額。

　　第 2 步：構(gòu)建 Visual Studio 項目

　　在 Visual Studio 中打開下方提供的文件。解決方案加載后，打開文件并使用您的 API 憑據(jù)更新代碼。按名為“開始”的綠色播放按鈕，構(gòu)建并運行程序。 Facebolt Doorlock.slnForm1.cs

　　該程序允許您從連接到系統(tǒng)的攝像頭設(shè)備中進行選擇，并查看來自攝像頭的實時信息。您可以添加/刪除受信任的面孔。開始人臉監(jiān)控。一旦程序驗證了您的 Bolt 設(shè)備的連接性，您就可以直接從程序中按鈴或鎖門。

　　如果您現(xiàn)在對程序中人臉驗證、鎖定和解鎖的工作方式感到困惑，沒關(guān)系。一旦我們看到電路原理圖設(shè)計和Arduino代碼，就會變得更加清晰。最后，我還將分解每個操作的事件流。

　　第 3 步：電路設(shè)計和 Arduino 代碼

　　在我們的電路中，我們打算實現(xiàn)以下功能：

　　分別用于鎖定和解鎖門狀態(tài)的紅色和綠色 LED 指示燈。

　　一個按鈕，就像一個呼叫鈴開關(guān)。按下時，我們的 WinForms 應(yīng)用程序應(yīng)驗證面部并在成功進行面部身份驗證后打開門。

　　另一個按鈕來鎖門。

　　在門鈴響起和門鎖時發(fā)出蜂鳴聲的蜂鳴器。

　　我們項目的電路連接如下圖所示：

　　在上傳代碼之前，請確保您已在 IDE 設(shè)置中設(shè)置了正確的 Arduino 模型和端口。

　　Arduino代碼：

#include
??
#define ServoPin 4
#define LockSignalPin 2
#define UnLockSignalPin 3
#define BellButtonPin 5
#define LockButtonPin 8
#define RingBellSignalPin 6
#define BuzzerPin 7
#define GreenLedPin 9
#define RedLedPin 10
??
Servo myServo;
??
void setup()?
{
? ? pinMode(LockSignalPin, INPUT);
? ? pinMode(UnLockSignalPin, INPUT);
? ? pinMode(BellButtonPin, INPUT);
? ? pinMode(LockButtonPin, INPUT);
??
? ? pinMode(BuzzerPin, OUTPUT);
? ? pinMode(RedLedPin, OUTPUT);
? ? pinMode(GreenLedPin, OUTPUT);
? ? pinMode(RingBellSignalPin, OUTPUT);
??
? ? digitalWrite(RedLedPin, LOW);
? ? digitalWrite(GreenLedPin, LOW);
? ? digitalWrite(RingBellSignalPin, LOW);
??
? ? myServo.attach(ServoPin);
? ? Serial.begin(9600);
}
??
void loop()?
{
? ? int lockButton, lock, unlock, bell;
? ? char snum[5];
??
? ? lock = digitalRead(LockSignalPin);
? ? unlock = digitalRead(UnLockSignalPin);
? ??
? ? // Check if lock signal from Bolt is HIGH
? ? if(lock == HIGH)
? ? {
? ? ? ? // Turn motor to locked position
? ? ? ? myServo.write(120);
? ? ? ??
? ? ? ? // Set LED indications
? ? ? ? digitalWrite(GreenLedPin, LOW);
? ? ? ? digitalWrite(RedLedPin, HIGH);
??
? ? ? ? // Buzz locking sound
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
? ? ? ? delay(1000);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? ? ? delay(1000);
? ? }
? ? // Check if unlock signal from Bolt is HIGH
? ? else if(unlock == HIGH)
? ? {
? ? ? ? // Turn motor to unlocked position
? ? ? ? myServo.write(0);
? ? ? ??
? ? ? ? // Set LED indications
? ? ? ? digitalWrite(GreenLedPin, HIGH);
? ? ? ? digitalWrite(RedLedPin, LOW);
? ? ? ? delay(2000);
? ? }
??
? ? bell = digitalRead(BellButtonPin);
? ? if(bell == HIGH) // User pressed bell ring betton
? ? {
? ? ? ? // Signal Bolt that ring button was pressed
? ? ? ? digitalWrite(RingBellSignalPin, HIGH);
??
? ? ? ? // A calling bell sound pattern !
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);?
? ? ? ? delay(100);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? ? ? delay(20);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
? ? ? ? delay(200);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? ? ? delay(100);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
? ? ? ? delay(100);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? ? ? delay(20);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
? ? ? ? delay(200);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? ? ? delay(1500);
??
? ? ? ? // Turn off the signal
? ? ? ? digitalWrite(RingBellSignalPin, LOW);
? ? }
??
? ? lockButton = digitalRead(LockButtonPin);
? ? if(lockButton == HIGH) // User pressed lock betton
? ? {
? ? ? ? // Turn motor to locked position
? ? ? ? myServo.write(120);
? ? ? ??
? ? ? ? // Set LED indications
? ? ? ? digitalWrite(GreenLedPin, LOW);
? ? ? ? digitalWrite(RedLedPin, HIGH);
??
? ? ? ? // Buzz locking sound
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, HIGH);
? ? ? ? delay(1000);
? ? ? ? digitalWrite(BuzzerPin, LOW);
? ? }
}

　　事件流

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)準備好 WinForm 應(yīng)用程序和 Arduino 設(shè)計，讓我們深入研究代碼并探索每個操作的控制流程。

　　1. 響鈴按鈕按下

　　2. 鎖定按鈕按下

　　上述兩個操作也可以直接從 Windows 窗體應(yīng)用程序執(zhí)行。

　　在這里，我們可以觀察到Bolt WiFi 模塊作為 Windows 窗體應(yīng)用程序和 Arduino 之間的重要無線接口。Bolt Cloud API 的使用使我們能夠擴展我們的項目并在 Android 等其他平臺上構(gòu)建應(yīng)用程序，并使用我們的手機解鎖門！這種靈活性是物聯(lián)網(wǎng)和 Bolt 平臺的力量所在。

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)完成了軟件設(shè)計部分，讓我們繼續(xù)構(gòu)建一個可鎖定的門機制。

　　第 4 步：構(gòu)建硬件

　　我有一個鞋架，所以在這個項目中，我將用它來演示鎖具。您可以使用架子、門或衣柜或任何具有可破解鎖定機制的東西。

　　我們需要建立一個耦合機構(gòu)，將我們的伺服電機與鎖連接起來。為此，我的想法是使用一個瓶子和另一個瓶蓋的截斷頸部。將瓶頸連接到伺服電機，將蓋子連接到鎖上。然后我們將使用尼龍線將它們連接起來。每當電機轉(zhuǎn)動時，這將導致鎖定/解鎖動作。

　　所需的瓶蓋上鉆有一個孔，如下圖所示。我們將把它連接到鞋架的鎖軸上。

　　另一個瓶子的蓋子必須連接到伺服電機上。我們使用銅線將蓋子連接到電機的轉(zhuǎn)軸。

　　現(xiàn)在我們需要將這兩者結(jié)合起來。為此，我們使用尼龍線。使用所需長度的線制作一個環(huán)，并將線連接到兩個蓋子上。

　　一旦耦合，它們可以引起相互旋轉(zhuǎn)的動作：

　　現(xiàn)在我們已經(jīng)準備好轉(zhuǎn)動機構(gòu)，是時候進入鎖并修復我們的瓶頸了。我們在上面鉆了一個孔，所以我們需要做的就是從機架上擰下鎖軸，將瓶頸放在上面，然后重新擰緊鎖。

　　現(xiàn)在唯一要做的就是將伺服電機固定在鞋架上。我們將使用熱膠槍將電機密封到機架上。

　　調(diào)整好螺紋長度并充分擰緊后，我們就完成了最后的設(shè)置。如下圖所示，伺服電機可以正確鎖門和開鎖！

　　不過，不一定必須使用瓶頸 - 螺紋耦合方法。你可以選擇一個最適合和方便您的鎖系統(tǒng)的任何方法。

　　幸運的是，我在機架的正確位置開了一個小口。這使我能夠輕松地連接伺服電機。經(jīng)過一些裝飾工作和貼標后，我們最終的智能鞋架現(xiàn)已準備就緒。

　　我們現(xiàn)在都準備好了。剩下要做的就是啟動電路，在 WinForms 應(yīng)用程序上添加一個受信任的面孔，并享受我們門上的人臉鎖安全性。您需要同時為 Arduino 和 Bolt WiFi 模塊供電。我使用 10000 mA時的移動電源為他們倆供電。我使用的網(wǎng)絡(luò)攝像頭是 Microsoft LifeCam VX-800。它很舊，但仍然比筆記本電腦的相機好。

　　結(jié)論

　　該項目是由 Bolt IoT 提供支持的 Internshala 物聯(lián)網(wǎng)培訓的成果。雖然這個項目非常簡單，但它向我們展示了物聯(lián)網(wǎng)的潛力以及它如何讓人們的日常生活更輕松。