作者/圖片來源： CIRCUS Pi
隨著進入智慧化時代後，雲端智能通訊裝置在我們的生活中已經相當普及，本篇將介紹如何使用 M5Stack的 UiFlow開發具備雲端記錄功能的門禁系統，其中包含4種認證開鎖：手機遠端遙控開鎖、RFID磁卡、按鍵輸入密碼、指紋辨識，並且透過MQTT協定傳送門禁紀錄至手機APP，亦能夠透過 MQTT實現遠端開鎖的應用。
材料清單
M5Stack FACES Kit 遊戲鍵盤套件組-K005
M5Stack 指紋辨識模組-U008
M5Stack RFID模組-U031
M5Stack 繼電器模組-U023
M5Stack M5CameraX圖像識別開發板-U038
LY-01 DC12V電磁電控鎖
12V變壓器
使用軟體與線上服務連結
硬體設定
本次製作的門禁系統使用M5Stack Faces模組化套件包，FACES套件包含一個控制核心（M5Stack Core）加上GBA、計算機、QWERTY鍵盤等不同的輸入裝置，在這裡我們使用計算機鍵盤模組進行按鍵輸入（特別注意更換Faces模組時請握住模組兩側拔插，避免排針毀損）。
接下來設定3個Unit 模組，M5Stack RFID模組使用的通訊界面是I2C，接入Core左側的Port-A（M5Stack Core常用的接腳定義），M5Stack 指紋辨識模組使用的通訊界面是UART，接入Core Port-C，欲使用 Core的 GPIO可以看到 Core背面會有提示相對應介面的PIN，Core後方的 GPIO接口（GND、5V、R2(16)、T2(17) ） ，M5Stack 繼電器模組透過I/O控制，接入Core port-B（GND、5V、DA(26)、AD(36)）。
M5Stack Core 腳位圖
三種Unit模組接線配置完成後，接著製作連接繼電器模組的電路（如下圖）控制電磁鎖，這次使用的電磁鎖工作電壓為DC 12V，M5Stack 繼電器模組最高支援DC 30V 3A 的電源輸入。
繼電器、電源、電磁閥連接示意圖
配置完繼電器電路後硬體設定就大功告成了。由於目前UiFlow離線主機版本更新速度緩慢，小編建議如果無線Wifi速度夠快，盡量使用遠端寫入Blockly，接下來將介紹有別於「簡單3步驟！使用 M5Stack StickC 製作簡易電子秤」使用USB Type C與電腦連線，透過Wifi無線的方式對M5Stack Core進行程式撰寫。
UiFlow 設定
Step 1. 更新韌體
在建立連線以前，必須先下載官方燒錄器（M5Burn）將韌體版本更新至最新。Core 透過Type C傳輸線連接電腦後，燒錄器會顯示COM Port編號，選擇最新版本的CORE UiFlow韌體版本，按下「Burn」完成燒錄。
Step 2. 建立連線
更新完韌體後，將Core切換至「Internet Mode」，選擇「Wi-Fi via AP」，進入連線頁面後會看到地球符號閃爍。
打開筆電的Wifi搜尋AP熱點SSID名稱，每台Core的名稱都不一樣 ，成功連線後開啟瀏覽器分頁，在搜尋欄輸入 : [192.168.4.1]導入連線設定頁面，輸入欲連線的SSID與密碼。
成功連線後瀏覽器顯示如下圖，Core的顯示器左上角的WiFi與連線的圖示皆會顯示綠色，下方會顯示遠端連線所使用到的API KEY，透過這樣的設定，Core會存取SSID與密碼，之後使用網路模式就可以直接連線，使用過多台AP也可以至Setup > Server select 進行選擇。
接下來打開電腦的瀏覽器，重新連上網際網路，進入Uiflow 網頁版，將API KEY 填入，選擇Core的類型後按下「OK」。
最下方的狀態列會顯示目前建立連線裝置的API KEY ，並顯示「Connected」，表示成功遠端連線，可以開始使用Blockly積木撰寫程式。
功能設計與程式撰寫
Step 1. 設定模組
在開始撰寫Blockly前，要先導入這次會使用到的Unit模組函式庫，點選左下加號，繼電器模組選擇Port B，指紋辨識模組選擇Port C，RFID模組選擇Port A ，選定模組後記得按下右下角的OK確認。
導入模組後會顯示在左方顯示面板，打開Unit選單確認是否正確導入模組。
Step 2. 撰寫門禁系統常用之副程式
導入模組後，為了避免程式過於冗長，首先撰寫門禁系統會重複使用到的幾個副程式。
1.系統預設狀態(STAY)：在執行完任何程式後，回歸此預設程式狀態。按鍵輸入的顯示功能與AC清除功能建立於此，找到AC按鈕的初始值(intial value)給予按下按鈕時之定義。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元件、繼電器復歸 。
2. 驗證正確時解鎖(UNLOCK) ：透過RFID、指紋辨識、密碼輸入、遠端遙控時，如果驗證正確將解鎖，為了確保繼電器實作之安全在繼電器開啟後3秒自動關閉繼電器。Uiflow使用到的功能列 : 建立函式、 蜂鳴器 、判斷邏輯函式 、UI元件、繼電器開啟與復歸 。
3. 驗證錯誤時保持上鎖(LOCK) ：透過RFID、指紋辨識、密碼輸入、遠端遙控時，如果驗證錯誤保持上鎖狀態。Uiflow使用到的功能列 : 建立函式、 蜂鳴器 、判斷邏輯函式 、UI元件 。
Step 3. 設定網路連線與MQTT功能
設定網路與連線，這次的實作會透過Wifi連線網際網路並使用MQTT協定傳送每筆開門的資料並儲存於暫時的雲端空間，MQTT是一種基於「發布／訂閱」機制的訊息傳輸協定，類似社群媒體或是YOUTUBE的發影片和訂閱機制。
MQTT訊息發送端，相當於YOUTUBE的頻道或是IG的帳號，影片發布或是IG發文之後並不直接寄給訂閱者，而是交給伺服器或者第三方（broker），來統籌管理發布和訂閱事宜。每一個訊息來源（影片/文章內容）都有個唯一的主題名稱（影片名稱/文章名稱），代理人是個伺服器軟體，向伺服器發送主題的一方是發布者（publisher），從伺服器獲取主題的一方則是訂閱者（subscriber）。
以下圖為例，傳送感測器資料的一邊是發布者，接收感測器資料的一邊則是訂閱者。每個感測器／微控器的訊息都需要有個主題名稱以利識別，像下圖的主題A、B和C。代理人（broker）可儲存發布者的訊息，在發布者中斷連線的情況下，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「發布者」傳入新訊息時，代理人就會依照主題，傳送給所有訂閱者。「發布者」和「訂閱者」都是用戶端，代理人是伺服器。由於兩個用戶端之間有伺服器當作中繼站，所以兩邊並不需要知道彼此的IP位址。（引用自 cubie 2017/3/ 27 MQTT教學（一）：認識MQTT 「MQTT的Publisher, Broker和Subscriber」，查詢日期：2021/1/18）
首先設定門禁Core的WiFi連線功能，打開Uiflow的Advanced選單，選擇Network中的 「Connect ti Wi-Fi SSID」 「 PASSWORD 」並填入欲架設門禁系統位置可以連線到的AP名稱與密碼。為了確認WiFi是否連線，加上一個判斷邏輯函式與螢幕的UI標籤元件，當Wifi連線時呈現綠色，為連線時呈現紅色，網路連線設定結束。Uiflow使用到的功能列 : 判斷邏輯函式 、Wifi設定、UI元件。
門禁系統使用的MQTT Broker是HiveMQ 提供給所有使用者的免費broker，打開瀏覽器進到Public Broker 裡面查看Broker的 Host 與TCP Port，接下來打開UiFlow的Advanced選單，使用MQTT主機設定與開啟MQTT功能，將Broker的TCP通訊埠與server填入，client設定一個用戶名稱，設定完成後Core就會在Wifi連線的情況下開啟MQTT服務。Uiflow使用到的功能列 : MQTT功能
圖片來源 : HIVEMQ
設定接收／發送MQTT訊息的手機端，在 Google Play或是Apple app store 搜尋「IoT MQTT Panel」並下載開啟，IOT MQTT Panel 是一款輕巧方便的MQTT工具，內含許多設定好的Ui模板，付費的版本可以提供即時串聯手機通知的服務，在接收到新訊息的時候跳出通知。
開啟App後先按照先前設定CORE的broker TCP Port 跟 server (BrokerWeb)依序填入，Client同樣設定一個用戶的名字，這裡記得增加一個功能Dashboard否則無法創建，小編這裡使用SmartLock_log。
創立好Dashboard以後接著建立UI功能模組(Add panel)，我們總共要搭建兩個屬性的功能模組，一個是記錄門禁觸發的Text Log，一個則是遠端遙控的Switch開關。
Step 4. 門禁紀錄
建立一個門禁紀錄功能，當門禁系統觸發確認身分功能時發送確認結果至此紀錄，工作原理為建立一個Topic(小編這裡設定為M5Stack_Log)，提供門禁系統Core發送訊息至此Topic。功能模組設定 : 調整顯示訊息的數量與字體大小、時間戳記，手機即時通知功能(Enable notification)必須付費才能使用，設定完成後按下SAVE即完成創建。
Step 5. 門禁功能_遠端遙控開鎖
遠端遙控開關 : 工作原理為在手機端設定一個Topic，根據手機上的UI開關狀態（ON/OFF）發出一則msg（小編這裡取名為unlock/lock），門鎖上的Core透過訂閱手機端的Topic讀取msg，即可控制門鎖開關。下方的勾選功能列，可以把下方的Show received timestamp以及Show sent timestamp勾選起來記錄時間點，手機即時通知功能(Enable notification)必須付費才能使用，設定完成後按下SAVE即完成創建。
開啟Uiflow，建立遠端遙控功能，設定門禁CORE訂閱broker的Topic（Lock_Action）當手機端開啟開關時執行開鎖副程式（UNLOCK）打開門鎖，並傳送門禁紀錄至手機的Topic（M5Stack_Log），訊息名稱為Remote_OPEN（注意名稱的大小寫是否正確，輸入錯誤的Topic會導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、導入副程式函式。
遠端遙控結果成功電磁閥會作動一次，並顯示於Core螢幕上。
手機端的紀錄模組會顯示含時間戳記的資料。
Step 6. 門禁功能_RFID
設定RFID門禁功能，首先在目前的MQTT設定功能底下加入一個主程式（Main）迴圈，作為觸發判斷的主程式，並加入當有RFID卡靠近時功能觸發函式。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副程式（RFID_OK）、RFID副程式（RFID_Denied）。判斷函式（RFID_decision）作為當RFID正確時執行副程式（RFID_OK）加上系統副程式（UNLOCK），或是當RFID錯誤時執行副程式（RFID_Denied）加上系統副程式（LOCK）。
完成後記得在兩個RFID副程式內加入MQTT推送功能，不管正確或是錯誤都會推送訊息到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副程式函式 、判斷邏輯函式 、RFID函式庫、UI元件、MQTT功能、文字、導入副程式函式。
RFID辨識功能成功電磁閥會作動一次並在Core上顯示正確，感應到錯誤的卡片顯示錯誤。
手機端的紀錄模組顯示正確與錯誤（含時間戳記）的資料。
Step 7. 門禁功能_按鍵密碼輸入
設定按鍵輸入密碼功能，在主程式（Main）迴圈下加入一個按鍵功能觸發函式，當鍵盤輸入的數字大於等於7個時觸發。Uiflow使用到的功能列 : 函式、判斷邏輯函式 、文字 、鍵盤模組函式。
建立密碼輸入的判斷函式（Password_decision）、密碼輸入副程式（RFID_OK）、密碼輸入副程式（RFID_Denied）。判斷函式（Password_decision）作為當密碼輸入正確時執行副程式（Type_OK）加上系統副程式(UNLOCK)，或是當密碼輸入錯誤時執行副程式（Type_Denied）加上系統副程式（LOCK）。
完成後記得在兩個密碼輸入副程式內加入MQTT推送功能，不管正確或是錯誤都會推送訊息到Topic（M5Stack_Log）。Uiflow使用到的功能列 : 建立密碼輸入副程式函式 、判斷邏輯函式 、 鍵盤模組函式、UI元件、MQTT功能、文字、導入副程式函式。
密碼輸入正確電磁閥會作動一次並在Core上顯示正確，輸入錯誤顯示錯誤。
手機端的紀錄模組顯示密碼輸入正確與錯誤（含時間戳記）的資料。
Step 8. 門禁功能_指紋辨識
建立指紋辨識輸入功能以前，必須先建立儲存權限機制，使用UiFlow EVENT功能加入按鍵觸發，按下A時清除所有權限，按下B時設定權限存取。Uiflow使用到的功能列 : EVENT、UI元件、指紋辨識模組函式庫、導入副程式函式。
指紋辨識的判別函式有別於前述之RFID與密碼輸入，可以直接使用Unit模組選單中的Finger模組函式庫設定判別函式，完成後記得在兩個指紋辨識副程式內加入MQTT推送功能，不管正確或是錯誤都會推送訊息到Topic（M5Stack_Log）。Uiflow使用到的功能列 : 指紋辨識模組函式庫、判斷邏輯函式 、UI元件、MQTT功能、導入副程式函式。
辨識到已存取權限的指紋，電磁閥會作動一次並在Core上顯示正確，無權限的指紋會顯示錯誤。（注意指紋辨識模組須將手指按壓在模組上一段時間方可存取資料）
手機端的紀錄模組顯示指紋是否含有權限（含時間戳記）的資料。
Step 9. 門禁功能_攝影機
檢視門禁攝影機影像，將APCAM插上TypeC傳輸線供電，APCAM上的電源指示燈開啟，將電腦的Wifi設定開啟，與APCAM連線後，打開瀏覽器在網址列輸入 : 192.168.4.1後即可串流影像。
結語
這次實作的門禁系統使用了RFID、指紋辨識、按鍵輸入等模組快速地建立起硬體設備，並使用MQTT通訊協定遠端遙控門鎖與建立門禁紀錄，受限於Blockly的功能有限，諸如AI人臉辨識等功能無法在UiFlow上實現，影像串流後的YOLO偵測功能將在下一篇「M5Stack IOT智慧門禁系統 － 進階篇」與大家做介紹。
（本文經同意轉載自CIRCUS Pi、原文連結；責任編輯：林亮潔）
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