Riconoscimento facciale per la domotica con l’ESP32-CAM – Parte 1

Negli ultimi anni è diventato necessario disporre di un sistema di sicurezza affidabile in grado di proteggere i nostri beni nel modo migliore e più sicuro possibile. I sistemi di sicurezza tradizionali richiedono all'utente una chiave, una password di sicurezza, una scheda RFID o una badge d'identità per avere accesso al sistema. Tuttavia, questi sistemi di sicurezza hanno delle carenze, ad esempio, possono essere dimenticati o rubati da persone non autorizzate. Di conseguenza, è necessario sviluppare un software che garantisca un livello di sicurezza più elevato. Il riconoscimento facciale è uno dei metodi più diffusi della tecnologia biometrica. In questo articolo e in successivi altri due articoli, proponiamo il progetto di un sistema di riconoscimento facciale per il controllo degli accessi non professionale basato sulla scheda di sviluppo ESP32-CAM.

INTRODUZIONE

Rispetto ad altre tecnologie biometriche, come l'impronta digitale, il riconoscimento vocale e la scansione della retina, il riconoscimento facciale può essere considerato più naturale. Il riconoscimento facciale consente, inoltre, l'accesso a più di una persona, concedendo i privilegi di accesso solo a determinate persone autorizzate. I sistemi di sicurezza diventano ogni giorno più complessi a causa del crescente numero di furti denunciati, quindi c'è bisogno di un livello di sicurezza più elevato. I sistemi tradizionali su citati non sono affidabili al 100%, ad esempio, la password e le schede elettroniche d'identità possono essere dimenticate, smarrite o addirittura rubate e quindi utilizzabili da persone non autorizzate. Di conseguenza, i sistemi di sicurezza dell'accesso devono essere sviluppati ed evoluti per essere più sicuri. Inoltre, c'è sempre la necessità di eliminare i difetti di questi sistemi tradizionali.

La tecnologia biometrica è considerata uno dei sistemi di autenticazione più sicuri disponibili, poiché fornisce un livello di sicurezza più elevato rispetto ai sistemi tradizionali. La tecnologia biometrica basata sul riconoscimento facciale è considerata sicura poiché un volto non può essere soggetto agli inconvenienti relativi alle tradizionali tecnologie della sicurezza, o contraffatto in alcun modo per accedere a un edificio. Il sistema di riconoscimento facciale presentato in questo articolo non è certamente un sistema di sicurezza assoluto, ma può essere considerato quale elemento aggiuntivo, ma non decisivo ai fini della sicurezza, eventualmente integrabile in un sistema di sicurezza preesistente. Infatti, il progetto di riconoscimento facciale che proponiamo, seppur funzionante e applicabile in pratica in ambienti domestici, è puramente dimostrativo e, data la descrizione step-by-step delle varie fasi del progetto, può essere utilizzato anche come un tutorial.

COMPONENTI DEL SISTEMA

LA SCHEDA DI SVILUPPO ESP32-CAM

L’ESP32-CAM AI-Thinker è una scheda di sviluppo per applicazioni IoT basata sul microcontrollore ESP32 con telecamera integrata. La scheda integra WiFi, Bluetooth tradizionale e BLE a basso consumo ed è dotata di due CPU LX6 a 32 bit ad alte prestazioni e di uno slot micro SD. Adotta l'architettura pipeline a 7 stadi, sensore su chip, sensore di Hall, sensore di temperatura ed altri. Completamente compatibile con gli standard WiFi 802.11b/g/n e Bluetooth 4.2, può essere utilizzato in modalità master per creare un controller di rete indipendente o come slave di un altro host per aggiungere funzionalità di rete ai dispositivi esistenti. Può essere utilizzata in varie applicazioni IoT per Smart Home, controllo wireless industriale, monitoraggio wireless, identificazione wireless QR, nei sistemi di posizionamento wireless e altre interessanti applicazioni IoT. In Figura 1 l’ESP32-CAM e la video camera OV2640.

Figura 1. ESP32-CAM con videocamera OV2640

Caratteristiche

  • Frequenza di clock fino 160 MHz
  • SRAM interna di 520 KB, PSRAM esterna di 4 MB
  • Supporta UART/SPI/I2C/PWM/ADC/DAC
  • Supporta videocamere OV2640 e OV7670, lampada Flash integrata
  • Supporta il caricamento di immagini in WiFi
  • Supporta schede TF
  • Supporta multiple modalità sleep
  • Lwip e FreeRTOS embedded
  • Supporta modalità operative STA/AP/STA+AP
  • Supporta la tecnologia Smart Config/AirKiss
  • Supporto porta locale seriale e l’aggiornamento da remoto del firmware (FOTA)

Specifiche tecniche

  • SPI Flash: default 32 Mbit
  • RAM: built-in 520 KB+external 4MPSRAM
  • Dimensioni: 27*40.5*4.5 (±0.2)mm/1.06*1.59*0.18”
  • Bluetooth: Bluetooth 4.2 BR/EDR e BLE standards
  • Wi-Fi: 802.11b/g/n/e/i
  • Support Interface: UART, SPI, I2C, PWM
  • Support TF card: maximum support 4G
  • IO port: 9
  • Serial Port Baud-rate: Default 115200 bps
  • Image Output Format: JPEG (OV2640 support only), BMP, GRAYSCALE
  • Spectrum Range: 2412 ~2484 MHz
  • Antenna: on-board PCB antenna, gain 2dBi
  • Transmit Power: 802.11b: 17±2 dBm (@11Mbps);
  • 802.11g: 14±2 dBm (@54Mbps);
  • 802.11n: 13±2 dBm (@MCS7)
  • Receiving Sensitivity: CCK, 1 Mbps : -90dBm;
  • CCK, 11 Mbps: -85dBm;
  • 6 Mbps (1/2 BPSK): -88dBm;
  • 54 Mbps (3/4 64-QAM): -70dBm;
  • MCS7 (65 Mbps, 72.2 Mbps): -67dBm
  • Power consumption: Turn off the flash: 180mA@5V
  • Turn on the flash and adjust the brightness to the maximum
  • 310mA@5V
  • Deep-sleep: the lowest power consumption can reach 6mA@5V
  • Modem-sleep: up to 20mA@5V
  • Light-sleep: up to 6.7mA@5V
  • Security: WPA/WPA2/WPA2-Enterprise/WPS
  • Power supply range: 5V (power supply source current should be at least 2 A)
  • Operating temperature: -20 °C ~ 85 °C
  • Sorage environment: -40 °C ~ 90 °C, < 90 %RH
  • Weight: 10 g

In Figura 2 e in Figura 3 sono riportati rispettivamente il Pinout e il layout con le dimensioni della scheda ESP32-CAM.

Figura 2. Pinout della scheda ESP32-CAM

 

Figura 3. Layout e dimensioni della scheda ESP32-CAM

IL MODULO RELÈ

In questo progetto viene utilizzato un relè per l’alimentazione di un’elettroserratura. Come mostrato in Figura 4, il relè è integrato in un modulo dotato di una morsettiera per alimentare carichi elettrici con tensione in continua fino a 28 V - 10 A e in alternata fino a 250 - 5 A, e di una morsettiera per alimentare e controllare il relè stesso. Sul lato sinistro della Figura 4 (sezione alta tensione) sono indicati tre morsetti: Comune (COM), Normalmente Chiuso (NC), Normalmente Aperto (NO);  sul lato destro (sezione bassa tensione) si trovano tre pin: VCC e GND per l’alimentazione a +5 V dei relè e il pin S per il comando di attivazione del relè. Al morsetto COM si collega uno dei due conduttori della sorgente di alimentazione del carico che si desidera controllare, mentre l’altro conduttore al morsetto NC o NO, a seconda dell’applicazione. Il morsetto NC (Normalmente Chiuso) viene utilizzato quando si desidera che il relè sia chiuso di default (come lo è quando è disalimentato). In questa modalità, NC e COM sono collegati, ovvero, il conduttore della sorgente di alimentazione è in comune con NC. Viceversa, NO (Normalmente Aperto) non è connesso a COM. Il relè si attiva inviando al pin “S” un segnale a livello alto compreso fra +2,5 V e +5 V, attivazione indicata dall’accensione del LED di stato integrato nel modulo. Potranno essere realizzati  i seguenti scenari:

Configurazione normalmente chiusa (NC):

Segnale d’ingresso LOW - la corrente scorre fra COM e NC

Segnale d’ingresso HIGH- la corrente non scorre fra COM e NC

Configurazione normalmente aperta (NO):

Segnale d’ingresso LOW - la corrente non scorre fra COM e NO

Segnale d’ingresso HIGH - la corrente scorre fra COM e NO

 

Figura 4. Modulo relè

Specifiche tecniche

  • Alimentazione: 5 VDC
  • Numero relè: 1
  • Contatti di uscita: N.A. - Comune - N.C.
  • Portata contatti: 10 A 250 VAC - 10 A 30 VDC
  • Tensione attivazione: 2,5 - 5 VDC
  • Dimensioni (mm): 34x26x19

L’ELETTROSERRATURA

Il motivo per cui è richiesta l'implementazione di un sistema di sicurezza degli accessi è il controllo delle persone che entrano ed escono dai diversi luoghi di un edificio o da vari edifici, mantenendo nel contempo il rispetto della privacy. In questo progetto abbiamo utilizzato una serratura magnetica come dispositivo per controllare una porta di accesso ad un luogo. Quando viene applicata l'alimentazione, la corrente continua crea un campo magnetico che sposta una barra all'interno della serratura mantenendo la porta in posizione di sblocco. La barra manterrà la sua posizione fino a quando l'alimentazione non verrà rimossa. Quando la serratura viene disalimentata, la barra si sposta all'esterno della serratura bloccando la porta. Per azionare la serratura è necessaria una fonte di alimentazione che possa fornire una tensione di 12 V o 24 V, secondo l’elettroserratura scelta, con una corrente erogabile di almeno 1,5 A. L’elettroserratura a solenoide con gancio di chiusura utilizzata. Il tempo d’intervento di sblocco è di circa 1 secondo. In Figura 5 viene riportato un tipo di elettroserratura che può essere impiegata in questo progetto. [...]

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