M5Stack IOT智能門禁系統(tǒng)–基礎(chǔ)篇(Blockly+MQTT)

隨著進(jìn)入智能化時(shí)代后，云端智能通訊裝置在我們的生活中已是非常的普及，本文章將使用M5Stack的UiFlow開發(fā)接口(Blocky)完成具備云端紀(jì)錄功能的門禁系統(tǒng)，包含4種認(rèn)證開鎖(手機(jī)遠(yuǎn)程遙控開鎖、RFID磁卡、擊鍵密碼、指紋辨識)，并透過MQTT協(xié)議傳送門禁紀(jì)錄。

硬件配置

門禁系統(tǒng)使用M5Stack Faces模塊化套件包，F(xiàn)ACES套件包含有一個(gè)控制核心(M5Stack Core)加上GBA、計(jì)算器、QWERTY鍵盤等不同的輸入設(shè)備，在這里我們使用計(jì)算器鍵盤模塊進(jìn)行擊鍵，特別注意更換Faces模塊時(shí)請握住模塊兩側(cè)拔插，避免排針毀損。

接下來設(shè)定3個(gè)Unit 模塊，M5Stack RFID模塊使用的通訊界面是I2C，接入Core左側(cè)的Port-A，M5Stack 指紋辨識模塊使用的通訊界面是UART，接入Core Port-C，欲使用Core的GPIO可以翻到Core背面會有提示相對應(yīng)界面的PIN，Core后方的GPIO接口(GND、5V、R2(16)、T2(17) ) ，M5Stack 繼電器模塊透過I/O控制，接入Core port-B(GND、5V、DA(26)、AD(36))。

三種Unit模塊接線配置完成后，接著制作連接繼電器模塊的電路(如圖)控制電磁鎖，這次使用的電磁鎖工作電壓為DC 12V，M5Stack 繼電器模塊最高支持DC 30V 3A 的電源輸入。

配置完繼電器電路后硬件配置就大功告成了，本次撰寫程序?qū)⑹褂肕5Stack官方開發(fā)界面Uiflow，由于目前UiFlow脫機(jī)主機(jī)版本更新速度緩慢，筆者建議如果無線Wifi速度夠快，盡量使用遠(yuǎn)程寫入Blocky，接下來將介紹透過Wifi無線的方式對M5Stack Core進(jìn)行程序撰寫。

UiFlow 設(shè)定

Step 1 更新韌體

在建立聯(lián)機(jī)以前，必須先下載官方刻錄器(M5Burner)將韌體版本更新至最新。接上傳輸線后刻錄器會顯示COM Port編號，選擇最新版本的CORE UiFlow韌體版本，按下”Burn”完成刻錄。

Step 2 建立聯(lián)機(jī)

更新完韌體后，將Core切換至”Internet Mode”，選擇”Wi-Fi via AP”，進(jìn)入聯(lián)機(jī)頁面后會看到地球符號閃爍。

打開筆電的Wifi搜尋AP熱點(diǎn)SSID名稱，每臺Core的名稱都不一樣筆者這里預(yù)設(shè)是M5-FB50 ，成功聯(lián)機(jī)后開啟瀏覽器分頁，在搜尋欄輸入 : [192.168.4.1]導(dǎo)入聯(lián)機(jī)設(shè)定頁面，輸入欲聯(lián)機(jī)的SSID與密碼。

成功聯(lián)機(jī)后瀏覽器顯示如下圖，Core的顯示器左上角的Wifi與聯(lián)機(jī)的圖標(biāo)皆會顯示綠色，下方會顯示遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)所使用到的API KEY，透過這樣的設(shè)定，Core會存取SSID與密碼，之后使用網(wǎng)絡(luò)模式就可以直接聯(lián)機(jī)，使用過多臺AP也可以至Setup > Server select 進(jìn)行選擇。

接下來打開計(jì)算機(jī)的瀏覽器，重新連上因特網(wǎng)，進(jìn)入U(xiǎn)iflow 網(wǎng)頁版，將API KEY 填入，選擇Core的類型后按下”O(jiān)K”。

最下方的狀態(tài)欄會顯示目前建立聯(lián)機(jī)裝置的API KEY ，并顯示”Connected”，表示成功遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)，可以開始使用Blocky積木撰寫程序。

功能設(shè)計(jì)與程序撰寫

Step1 設(shè)定模塊

在開始撰寫B(tài)locky前導(dǎo)入這次使用的Unit模塊函式庫，點(diǎn)選左下加號，繼電器模塊選擇Port B，指紋辨識模塊選擇Port C，RFID模塊選擇Port A ，選定模塊后記得按下右下角的OK確認(rèn)。

導(dǎo)入模塊后會顯示在左方顯示面板，打開Unit選單確認(rèn)是否正確導(dǎo)入模塊。

Step 2 撰寫門禁系統(tǒng)常用之子程序

導(dǎo)入模塊后，為了避免程序過于冗長首先撰寫門禁系統(tǒng)會重復(fù)使用到的幾個(gè)子程序。

1.系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)(STAY) : 在執(zhí)行完任何程序后，回歸此默認(rèn)程序狀態(tài)。擊鍵的顯示功能與AC清除功能建立于此，找到AC按鈕的初始值(intial value)給予按下按鈕時(shí)之定義。Uiflow使用到的功能列 : 建立函式、判斷邏輯函式 、 鍵盤輸入功能 、UI組件、繼電器復(fù)歸 。

2.身分確認(rèn)正確時(shí)之動作(UNLOCK) : 透過RFID、指紋辨識、密碼輸入、遠(yuǎn)程遙控時(shí)如果身分確認(rèn)正確時(shí)之動作，為了確保繼電器實(shí)作之安全在繼電器開啟后3秒自動關(guān)閉繼電器。Uiflow使用到的功能列 : 建立函式、蜂鳴器、判斷邏輯函式、UI組件、繼電器開啟與復(fù)歸。

3.身分確認(rèn)錯(cuò)誤時(shí)之動作(LOCK) : 透過RFID、指紋辨識、密碼輸入、遠(yuǎn)程遙控時(shí)如果身分確認(rèn)正確時(shí)之動作。Uiflow使用到的功能列 : 建立函式、蜂鳴器、判斷邏輯函式、UI組件。

Step3 設(shè)定網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)與MQTT功能

設(shè)定網(wǎng)絡(luò)與聯(lián)機(jī)，這次的實(shí)作會透過Wifi聯(lián)機(jī)因特網(wǎng)并使用MQTT協(xié)議傳送每筆開門的數(shù)據(jù)并儲存于暫時(shí)的云端空間，MQTT是一種基于「發(fā)布∕訂閱」機(jī)制的訊息傳輸協(xié)議，類似社群媒體或是YOUTUBE的發(fā)影片和訂閱機(jī)制。

MQTT訊息發(fā)送端，相當(dāng)于YOUTUBE的頻道或是IG的賬號，影片發(fā)布或是IG發(fā)文之后并不直接寄給訂閱者，而是交給服務(wù)器或者第三方(broker），來統(tǒng)籌管理發(fā)布和訂閱事宜。每一個(gè)訊息來源(影片/文章內(nèi)容)都有個(gè)唯一的主題名稱（影片名稱/文章名稱），代理人是個(gè)服務(wù)器軟件，向服務(wù)器發(fā)送主題的一方是發(fā)布者（publisher），從服務(wù)器獲取主題的一方則是訂閱者（subscriber）。

以下圖為例，傳送傳感器數(shù)據(jù)的一邊是發(fā)布者，接收傳感器數(shù)據(jù)的一邊則是訂閱者。每個(gè)傳感器∕微控器的訊息都需要有個(gè)主題名稱以利識別，像下圖的主題A、B和C。代理人（broker）可儲存發(fā)布者的訊息，在發(fā)布者中斷聯(lián)機(jī)的情況下，提供訂閱者最近更新的訊息。

「訂閱者」需要告知代理人想要訂閱的主題，每當(dāng)「發(fā)布者」傳入新訊息時(shí)，代理人就會依照主題，傳送給所有訂閱者?！赴l(fā)布者」和「訂閱者」都是客戶端，代理人是服務(wù)器。由于兩個(gè)客戶端之間有服務(wù)器當(dāng)作中繼站，所以兩邊并不需要知道彼此的IP地址。

首先設(shè)定門禁Core的Wifi聯(lián)機(jī)功能，打開Uiflow的Advanced選單，選擇Network中的“Connect ti Wi-Fi SSID”” PASSWORD ”并填入欲架設(shè)門禁系統(tǒng)位置可以聯(lián)機(jī)到的AP名稱與密碼。

為了確認(rèn)Wifi是否聯(lián)機(jī)，加上一個(gè)判斷邏輯函式與屏幕的UI卷標(biāo)組件，當(dāng)Wifi聯(lián)機(jī)時(shí)呈現(xiàn)綠色，為聯(lián)機(jī)時(shí)呈現(xiàn)紅色，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)設(shè)定結(jié)束。Uiflow使用到的功能列 : 判斷邏輯函式、Wifi設(shè)定、UI組件。

門禁系統(tǒng)使用的MQTT Broker是HiveMQ 提供給所有使用者的免費(fèi)broker，

打開瀏覽器進(jìn)到Public Broker 里面查看Broker的 Host 與TCP Port，

接下來打開UiFlow的Advanced選單，使用MQTT主機(jī)設(shè)定與開啟MQTT功能，將Broker的TCP通訊端口與server填入，client設(shè)定一個(gè)用戶名稱，設(shè)定完成后Core就會在Wifi聯(lián)機(jī)的情況下開啟MQTT服務(wù)。Uiflow使用到的功能列 : MQTT功能

設(shè)定接收/發(fā)送MQTT訊息的手機(jī)端，在GOOGLE PLAY或是Apple app store 搜尋IoT MQTT Panel并下載開啟，IOT MQTT Panel 是一款輕巧方便的MQTT工具，內(nèi)含許多已經(jīng)設(shè)定好的Ui模板，付費(fèi)的版本可以提供實(shí)時(shí)串聯(lián)手機(jī)通知的服務(wù)，在接收到新訊息的時(shí)候跳出通知。

開啟App后先安照先前設(shè)定CORE的broker TCP Port 跟 server (BrokerWeb)依序填入，Client同樣設(shè)定一個(gè)用戶的名字，這里記得增加一個(gè)功能Dashboard否則無法創(chuàng)建，筆者這里使用SmartLock_log 。

創(chuàng)立好Dashboard以后接著建立UI功能模塊(Add panel)，我們總共要搭建兩個(gè)屬性的功能模塊，一個(gè)是紀(jì)錄門禁觸發(fā)的Text Log，一個(gè)則是遠(yuǎn)程遙控的Switch開關(guān)。

Step4 門禁紀(jì)錄

建立一個(gè)門禁記錄功能，當(dāng)門禁系統(tǒng)觸發(fā)確認(rèn)身分功能時(shí)發(fā)送確認(rèn)結(jié)果至此紀(jì)錄，工作原理為建立一個(gè)Topic(筆者這里設(shè)定為M5Stack_Log)，提供門禁系統(tǒng)Core發(fā)送訊息至此Topic。功能模塊設(shè)定 : 調(diào)整顯示訊息的數(shù)量與字體大小、時(shí)間戳，手機(jī)實(shí)時(shí)通知功能(Enable notification)必須付費(fèi)才能使用，設(shè)定完成后按下SAVE即完成創(chuàng)建。

Step5.門禁功能——遠(yuǎn)程遙控開鎖

遠(yuǎn)程遙控開關(guān) : 工作原理為在手機(jī)端設(shè)定一個(gè)Topic，根據(jù)手機(jī)上的UI開關(guān)狀態(tài)（ON/OFF）發(fā)出一則msg（筆者這里取作unlock/lock），門鎖上的Core透過訂閱手機(jī)端的Topic讀取msg，即可控制門鎖開關(guān)。

下方的勾選功能列，可以把下方的Show received timestamp以及Show sent timestamp勾選起來紀(jì)錄時(shí)間點(diǎn)，手機(jī)實(shí)時(shí)通知功能(Enable notification)必須付費(fèi)才能使用，設(shè)定完成后按下SAVE即完成創(chuàng)建。

開啟Uiflow，建立遠(yuǎn)程遙控功能，設(shè)定門禁CORE訂閱broker的Topic(Lock_Action)當(dāng)手機(jī)端開啟開關(guān)時(shí)執(zhí)行開鎖子程序(UNLOCK)打開門鎖，并傳送門禁紀(jì)錄至手機(jī)的Topic(M5Stack_Log)，訊息名稱為Remote_OPEN，注意名稱的大小寫是否正確，輸入錯(cuò)誤的Topic會導(dǎo)致無法接收與傳送訊息。Uiflow使用到的功能列 : MQTT功能、判斷邏輯函式、文字、導(dǎo)入子程序函式。

遠(yuǎn)程遙控結(jié)果成功電磁閥會作動一次，并顯示于Core屏幕上。手機(jī)端的紀(jì)錄模塊會顯示含時(shí)間戳的數(shù)據(jù)。

Step6 門禁功能——RFID

設(shè)定RFID門禁功能，首先在目前的MQTT設(shè)定功能底下加入一個(gè)主程序(Main)循環(huán)，作為觸發(fā)判斷的主程序，并加入當(dāng)有RFID卡靠近時(shí)功能觸發(fā)函式。Uiflow使用到的功能列 : MAIN函式建立、判斷邏輯函式 、RFID函式庫

建立RFID的判斷函式(RFID_decision)、RFID子程序(RFID_OK)、RFID子程序(RFID_Denied)。判斷函式(RFID_decision)作為當(dāng)RFID正確時(shí)執(zhí)行子程序(RFID_OK)加上系統(tǒng)子程序(UNLOCK)，或是當(dāng)RFID錯(cuò)誤時(shí)執(zhí)行子程序(RFID_Denied)加上系統(tǒng)子程序(LOCK)。

完成后記得在兩個(gè)RFID子程序內(nèi)加入MQTT推送功能，不管正確或是錯(cuò)誤都會推送訊息到Topic(M5Stack_Log)，RFID的UID可以透過Uiflow RFID功能取得。Uiflow使用到的功能列 : 建立RFID子程序函式、判斷邏輯函式 、RFID函式庫、UI組件、MQTT功能、文字、導(dǎo)入子程序函式。

RFID辨識功能成功電磁閥會作動一次并在Core上顯示正確，感應(yīng)到錯(cuò)誤的卡片顯示錯(cuò)誤。

手機(jī)端的紀(jì)錄模塊顯示正確與錯(cuò)誤(含時(shí)間戳)的資料。

Step6 門禁功能——按鍵密碼輸入

設(shè)定擊鍵密碼功能，在主程序(Main)循環(huán)下加入一個(gè)按鍵功能觸發(fā)函式，當(dāng)鍵盤輸入的數(shù)字大于等于7個(gè)時(shí)觸發(fā)。Uiflow使用到的功能列 : 函式、判斷邏輯函式、文字 、鍵盤模塊函式。

建立密碼輸入的判斷函式(Password_decision)、密碼輸入子程序(RFID_OK)、密碼輸入子程序(RFID_Denied)。判斷函式(Password_decision)作為當(dāng)密碼輸入正確時(shí)執(zhí)行子程序(Type_OK)加上系統(tǒng)子程序(UNLOCK)，或是當(dāng)密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)執(zhí)行子程序(Type_Denied)加上系統(tǒng)子程序(LOCK)。

完成后記得在兩個(gè)密碼輸入子程序內(nèi)加入MQTT推送功能，不管正確或是錯(cuò)誤都會推送訊息到Topic(M5Stack_Log)。Uiflow使用到的功能列 : 建立密碼輸入子程序函式、判斷邏輯函式 、 鍵盤模塊函式、UI組件、MQTT功能、文字、導(dǎo)入子程序函式。

密碼輸入正確電磁閥會作動一次并在Core上顯示正確，輸入錯(cuò)誤顯示錯(cuò)誤。

手機(jī)端的紀(jì)錄模塊顯示密碼輸入正確與錯(cuò)誤(含時(shí)間戳)的數(shù)據(jù)。

Step7 門禁功能——指紋辨識

建立指紋辨識輸入功能以前，必須先建立儲存權(quán)限機(jī)制，使用UiFlow EVENT功能加入按鍵觸發(fā)，按下A時(shí)清除所有權(quán)限，按下B時(shí)設(shè)定權(quán)限存取。Uiflow使用到的功能列 : EVENT、UI組件、指紋辨識模塊函式庫、導(dǎo)入子程序函式。

指紋辨識的判別函式有別于前述之RFID與密碼輸入，可以直接使用Unit模塊選單中的Finger模塊函式庫設(shè)定判別函式，完成后記得在兩個(gè)指紋辨識子程序內(nèi)加入MQTT推送功能，不管正確或是錯(cuò)誤都會推送訊息到Topic(M5Stack_Log)。Uiflow使用到的功能列 : 指紋辨識模塊函式庫、判斷邏輯函式、UI組件、MQTT功能、導(dǎo)入子程序函式。

辨識到已訪問權(quán)限的指紋，電磁閥會作動一次并在Core上顯示正確，無權(quán)限的指紋會顯示錯(cuò)誤。(注意指紋辨識模塊須將手指按壓在模塊上一段時(shí)間方可存取數(shù)據(jù))

手機(jī)端的紀(jì)錄模塊顯示指紋是否含有權(quán)限(含時(shí)間戳)的資料。

Step8 門禁功能——攝影機(jī)

檢視門禁攝影機(jī)影像，將APCAM插上TypeC傳輸線供電，APCAM上的電源指示燈開啟，將計(jì)算機(jī)的Wifi設(shè)定開啟，與APCAM聯(lián)機(jī)后，打開瀏覽器在網(wǎng)址列輸入 : 192.168.4.1后即可串流影像。

小結(jié)

這次實(shí)作的門禁系統(tǒng)使用了RFID、指紋辨識、擊鍵等模塊快速地建立起硬設(shè)備，并使用MQTT通訊協(xié)議遠(yuǎn)程遙控開啟門鎖與建立門禁紀(jì)錄，受限于Blocky的功能，像是AI人臉辨識等功能無法在UiFlow上實(shí)現(xiàn)，影像串流后的YOLO偵測進(jìn)階功能將在后續(xù)與大家做介紹。

審核編輯：湯梓紅