使用Arduino和Thingsboard制作基于物联网的生物识别考勤系统

风筝

几年前，如果你告诉某人家里的热水器和卧室灯可以与互联网连接，他们会感到困惑，甚至可能批评它为过度设计的产品。但是今天随着物联网、智能城市等的出现，这个想法不再听起来很奇怪，我们周围的设备通过能够与互联网进行通信，并且变得更加智能。

在本篇文章中，我们的目标是利用这个物联网实现一个考勤系统，使其更加智能和有效。目前可用的大多数常规考勤系统通过微型SD卡存储信息，并且必须通过计算机连接到软件以访问信息。在这里，我们将使用Arduino构建一个生物识别考勤系统，该系统扫描指纹并成功识别人员，它将使用ESP8266 Wi-Fi模块将信息记录到诸如ThingsBoard之类的云平台。然后，此信息可以显示在ThingsBoard的仪表板中，使其可供所需权限通过Internet查看和分析信息，而无需对硬件进行任何直接物理访问。然而，不涉及物联网的传统考勤系统也可以参考本链接进行制作，指纹传感器可以进一步用于许多其他生物识别应用，如投票机、安全系统等。

需要的硬件

●    Arduino UNO扩展板

●    1602 LCD显示屏

●    Arduino WiFi Shield

●    ESP8266-01

●    GT511C3指纹传感器（FPS）

●    12V适配器

先决条件

我们将为此程序编写两个Arduino脚本。一个用于ESP8266-01模块，另一个用于Arduino UNO。原因是Arduino无法通过软件串口通过AT命令处理GT511C3传感器和ESP8266。因此，我们将编写两个代码，一个用于Arduino，其中它将与FPS通信，并通过软件串口将获得的值发送到ESP8266。其他代码将为ESP8266编写，它将使模块能够连接到Thingsboard服务器，然后通过串行通信从Arduino接收值，以在Thingsboard Dashboard上更新它们。

准备您的Thingsboard帐户

今天有许多开源云平台可用于您的物联网项目集成。每个平台都有自己的专长，对于我们的应用程序，我一直在寻找一些在数据记录和可视化方面很好的东西，并找到了适合这个目的的Thingsboard.io。所以我们首先设置Thingsboard帐户。进入thingboard.io并点击“TRY IT NOW”，然后点击社区版（因为它是免费的）点击Live Demo。您将被带到注册页面，这是一个简单的过程，您必须链接并确认您的电子邮件ID，一旦完成，您将被带到主页，看起来像这样。如果您遇到困难，可以参考这个入门的Thingsboard视频。

在ThingsBoard上，我们有两个重要的术语，Assets（资产）和Devices（设备）。您可以将资产视为建筑物、仓库、工业、农田等，并将设备视为该特定资产中存在的传感器或设备。因此，每个资产将根据项目在其中包含一个或多个设备，这里我们将在资产中拥有一个资产和一个设备。

在物联网上创建资产

让我们首先创建我们的第一个资产，点击左侧面板上的资产，您将注意到与您的帐户相关的所有资产，您可能没有或您可以忽略的一些示例资产。要创建资产，请单击屏幕右下角的添加图标，弹出窗口添加Name、Asset type和Description。您可以提供任何名称和类型，我已经给出了以下内容

输入详细信息后，只需单击“添加”，即可创建资产。请注意，我已经将资产命名为，请记住这一点，因为我们稍后会需要它。创建资产后，您可以注意到它出现在窗口中，如下所示。

将设备添加到资产

现在我们已经创建了一个资产，我们应该添加一个设备。为此，请单击左侧面板上的设备选项卡，然后单击屏幕右下角的添加图标。您将获得一个类似的弹出窗口，您可以在其中将其称为 FPS Main Gate和设备类型的设备命名为默认设置。

单击添加，然后您将在面板上找到正在创建的设备，单击我们刚刚创建的设备，您将看到从右侧滑入的新面板。此面板将包含有关设备的所有信息，只需单击如下所示的复制访问令牌以获取设备的令牌值，我们将在Arduino程序中使用此值来向此设备发送或接收值。

创建资产的设备关系

创建资产和设备后，返回资产选项卡，然后单击刚刚创建的资产。我的资产被命名为“办公室出勤系统”。这将从右侧的弹出窗口中滑动，现在在新弹出窗口中选择关系选项卡，并在出站关系上点击添加（+）符号以获得以下弹出窗口

选择实体类型作为设备，然后输入我们之前创建的设备的名称。我的设备名称是上面输入的“FPS Main Gate”。最后单击“添加”按钮将设备关系添加到资产。

准备ESP8266-01

对于该项目，ESP8266应在AT命令模式和编程模式下运行。我们可以使用LM317调节3.3V为ESP8266模块供电，并将Tx Rx引脚连接到FTDI板，如下所示。

拨动开关可用于在AT命令模式和编程模式之间切换ESP8266，按下按钮可复位模块。请注意，ESP8266必须在每次上传代码之前复位。

该电路仅用于将程序上传到ESP8266，稍后我们将在最终设置中用Arduino UNO替换FTDI板。

使用Arduino IDE对ESP8266进行编程，以便将数据发送到ThingsBoard

我们必须对ESP8266进行编程以连接到我们的Wi-Fi路由器，并使用我们之前获得的令牌地址与我们的ThingsBoard设备同步。一旦完成，它应该主动通过其串行引脚查找来自Arduino板的详细信息，如果它获得数据，它应该短信息并将其发送到Thingsboard仪表板。在继续该程序之前，请确保已使用电路板管理器在Arduino IDE中安装了所需的电路板详细信息，以便使用Arduino对ESP8266进行编程，并使用草图 - >包含库 - >管理库安装以下库。只需搜索所需的库并单击安装即可。

●    Nick O'Leary的PubSubClient。

●    bportaluri的WiFiEsp

一旦IDE准备就绪，我们可以通过添加所需的库并提供Wifi凭证和密码以及我们之前获得的令牌值来开始该程序。然后创建一个连接到Thingsboard演示页面的Wi-Fi客户端。相同的代码如下所示。

1. #include <PubSubClient.h> //http://pubsubclient.knolleary.net/
   
2. #include <ESP8266WiFi.h> //https://github.com/bportaluri/WiFiEsp
   
3. #define WIFI_AP "CircuitLoop"
   
4. #define WIFI_PASSWORD "pasword14785"
   
5. #define TOKEN "IFhm5ggJVsEpokiIoQ"
   
6. char thingsboardServer[] = "demo.thingsboard.io";
   
7. WiFiClient wifiClient;

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重要提示：请确保根据您的设备更改TOKEN和Wi-Fi凭据。

在setup函数中，我们将以9600波特率开始串行通信，并初始化Wi-Fi模块以连接到Wi-Fi路由器。 最后，我们将把我们的Wi-Fi客户端连接到ThingsBoard服务器。

1. void setup()
   
2. {
   
3.   Serial.begin(9600);
   
4.   delay(10);
   
5.   InitWiFi();
   
6.   client.setServer( thingsboardServer, 1883 );
   
7.   lastSend = 0;
   
8. }

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在loop函数内部，我们将不断检查与服务器的连接是否处于活动状态，如果不是，我们将尝试使用重新连接功能重新连接。 如果客户端连接成功，程序将检查来自串行监视器的传入数据，如果收到数据，它将转换为字符串并存储在名为Name的变量中。 然后使用函数Send_to_Thingsboard()将此变量以json格式发送到ThingsBoard服务器。 如果没有串行数据，那么我们将使用client.loop()代码维护客户端连接。

1. void loop()
   
2. {
   
3.   if ( !client.connected() ) {
   
4.     reconnect();
   
5.   }
   
6. 
   
7.   if ( Serial.available() ) { // Update and send only after 1 seconds
   
8.     char a = Serial.read();
   
9.     Name = Name + String(a);
   
10.     if (a == 13) //check for new line
    
11.     {
    
12.     Name.trim(); //Remove /n or /r from the incomind data
    
13.     Serial.println(Name);
    
14.     Send_to_Thingsboard();
    
15.     Name =""; //clear the string if new line is detected
    
16.     }
    
17.   }
    
18. 
    
19.   client.loop();
    
20. }

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Thingsboard服务器接受JSON形式的信息，因此我们必须以JSON格式从ESP8266构造我们的有效载荷。 我们可以通过简单地在Arduino中使用字符串级联功能来实现。 我们还将有效负载命名为“Name”。 属性必须提到我们发送到Thingsboard的有效负载的大小。 由于每个员工姓名中的字符数会有所不同，我们的有效负载将没有固定的属性值，因此我们将其设置为最大值100.然后，通过ESP8266发送它们，我们必须使用toCharArray方法将String转换为char，最后 使用client.publish选项发送它。 请注意，不应更改v1 / devices / me /遥测。

1. void Send_to_Thingsboard()
   
2. {
   
3.   Serial.println("Collecting temperature data.");
   
4. 
   
5.   String Employee_Name = Name;
   
6. 
   
7.   // Prepare a JSON payload string
   
8.   String payload = "{";
   
9.   payload += ""Name":"; payload += Employee_Name;
   
10.   payload += "}";
    
11. 
    
12.   // Send payload
    
13.   char attributes[100];
    
14.   payload.toCharArray( attributes, 100 );
    
15.   client.publish( "v1/devices/me/telemetry", attributes );
    
16.   Serial.println( attributes );
    
17. }

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使用ThingsBoard测试ESP8266连接

一旦您的IDE和硬件准备就绪，我们就可以检查ESP8266部件是否运行良好。 在上面讨论的电路中使用FTDI模块将代码保存在编程模式下，将代码上传到ESP8266。 上传代码后，将其连接回AT命令模式并按下复位按钮。 然后打开串行监视器，您应该看到以下内容

此消息确认ESP8266模块能够在Thingsboard服务器上与我们的设备建立通信。 在此阶段，ESP正在等待通过其串行监视器的输入，当它收到某些内容时，它会将该数据发送到服务器。 所以，现在是时候将ESP与Arduino连接起来为ESP提供价值。

风筝

基于物联网的考勤系统电路图

我们将移植现有电路并用Arduino UNO替换FTDI模块，并连接GT511C3 FPS和LCD屏幕。最终的电路图如下所示。

这次确保您将ESP8266置于AT命令模式而不是编程模式。整个项目可以通过12V适配器直接通过Arduino UNO的Vin引脚供电。连接1602 LCD以显示已识别人员的姓名。

另一个需要注意的重要事项是FPS的金属外壳连接到Arduino的引脚10。这是在不使用时关闭FPS。据我们所知，FPS需要打开蓝色LED才能拍摄指纹的光学图像并识别它们。但是，如果这种光始终保持在传感器上，则往往会变热，这可能会降低其寿命。幸运的是，我发现其数据表中提到的方法可以解决这个问题，即将传感器的金属外壳用作触摸传感器。当一个人必须使用FPS时，他必须触摸金属框架，所以如果我们能够感知到他的身体电容，我们就可以说出一个人是否触摸了FPS。

编程Arduino UNO用于生物识别考勤系统

Arduino上的程序非常简单，当注册指纹时，会创建一个模板并为该人员分配一个ID。所以我们要做的就是查找ID并将其与名称联系起来，并通过串行通信将此名称发送给ESP826。然后将此名称发送到ThingsBoard设备。此外，我还启用了一个选项，通过管理员注册指纹，即如果管理员按下他的手指，那么Arduino将提示您注册新的指纹。所有这些的完整程序在本页底部给出，代码说明如下。

第一步是将ID号与员工姓名联系起来。我为5名员工使用了一个字符串数组，包括Admin。因此ID号为0的人将是Admin，1将是Steve等等。因此，对于五名员工，将使用从0到4的ID号。如果管理员注册新员工的新指纹，他将具有与他的姓名相关的ID号5。

1. char *Name_List[]= {"Admin", "Steve", "Tony", "Natasha", "Bruce"};

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如果你还没有注意到，那么管理员就是Nick Furry。继续，我们可以通过添加所有必需的库来启动我们的程序。您必须在Arduino IDE中安装以下两个额外的库

●    GT511C3 FPS库

●    一个引脚电容式触摸传感器库

GT511C3库可用于通过Arduino注册，检测FPS指纹。电容式触摸传感器库允许我们检查是否有人触摸了FPS上的金属外壳。将库添加到Arduino后，将它们包含在程序中，如下所示

1. #include "FPS_GT511C3.h" //Get library from https://github.com/sparkfun/Fingerprint_Scanner-TTL
   
2. #include "SoftwareSerial.h" //Software serial library
   
3. #include <LiquidCrystal.h> //Library for LCD
   
4. #include "OnePinCapSense.h" //Librarey to sensor capacitive touch https://github.com/MrYsLab/OnePinCapSense

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我们已将ESP的Rx和Tx引脚与引脚12和13以及FPS传感器串行引脚连接到引脚9和8。因此，我们可以为两者创建两个单独的串行软件实例，如下所示。我们还提到引脚10用作电容式触摸传感器，LCD连接到引脚D2到D7。

1. Softwareserial ESP(12, 13); // RX, TX
   
2. FPS_GT511C3 fps(9, 8); //FPS connected to D9 and D8
   
3. const int rs = 7, en = 6, d4 = 5, d5 = 4, d6 = 3, d7 = 2; //Mention the pin number for LCD connection
   
4. LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);//Initialize LCD method
   
5. 
   
6. int capSensePin10  = 10; //Pin to which casing of sensor is connected

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在setup函数中，我们以9600波特率初始化串行通信，并在LCD上显示一个小的介绍消息。我们还开放了与FPS的通信，并且如果早些时候还没有关闭它的蓝色LED。

1. void setup()
   
2. {
   
3.   Serial.begin(9600);
   
4.   ESP.begin (9600);
   
5. 
   
6.   lcd.begin(16, 2); //Initialise 16*2 LCD
   
7.   lcd.print("GT511C3 FPS"); //Intro Message line 1
   
8.   lcd.setCursor(0, 1);
   
9.   lcd.print("with Arduino"); //Intro Message line 2
   
10.   delay(2000);
    
11.   lcd.clear();
    
12. 
    
13.   fps.Open();         //send serial command to initialize fps
    
14.   fps.SetLED(false);   //turn on LED so fps can see fingerprint
    
15. }

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在loop函数内部，我们必须检查是否有人正在触摸传感器以开始任何工作。这可以通过使用readCapacitivePin选项读取电容引脚来检查。对于我们的设置，我发现当没有触摸外壳时，读取值总是超过50，当有人触摸它时，读取值低于50。因此我们可以使用它来检查传感器是否被触摸。如果触摸传感器，我们只需要打开蓝色LED。

1. int capSense10 = opcs.readCapacitivePin(capSensePin10) ;
   
2. if( capSense10 < 50)
   
3. { fps.SetLED(true); delay(500);}

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一旦蓝色LED亮起，传感器就能够检测到触摸它的物体是否是手指。如果是手指，那么我们捕获指纹图像并识别它以获得其ID号。如果ID号为200，则意味着尚未登记所识别的指纹。所以我们将显示未知，如果ID为0则表示识别的指纹属于管理员，因此我们继续注册新的指纹。如果识别出的号码在我们的名单中，那么我们可以继续在LCD上显示他们的名字，并将信息发送给ESP。在此过程之后，我们最终可以关闭蓝色LED，直到检测到新的手指触摸。

1.   if (fps.IsPressFinger())
   
2.   {
   
3.     fps.CaptureFinger(false);
   
4.     id = fps.Identify1_N();
   
5.       lcd.clear();
   
6. 
   
7.       if (id==200)
   
8.       {
   
9.       lcd.print("Unkown"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("Try Again!!");//If not recognised
   
10.       }
    
11.       else if (id==0)
    
12.       {
    
13.        lcd.print("Welcome"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print("***ADMIN***");//If not recognised
    
14.        delay(2000);
    
15.        Enroll();
    
16.       }
    
17.       else
    
18.       {
    
19.         lcd.print("Thank You"); lcd.setCursor(0,1); lcd.print(Name_List[id]); ESP.println(Name_List[id]);
    
20.         Serial.println("Sent Value to ESP");
    
21.       }
    
22.       delay(1000);
    
23.       fps.SetLED(false);
    
24.   }

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测试完整的基于物联网的Arduino考勤系统

最后是时候让系统投入使用，将Arduino代码上传到UNO板并将其连接到已经使用上面给出的电路图运行我们的代码的ESP。启动模块，如果一切顺利，您应该注意到LCd显示屏显示“Press Finger”，如下所示。

现在，请按照上一个教程确保指纹已在FPS中注册，然后使用已注册的手指触摸传感器。如果检测到，LCD会显示Thank You，然后是该人的姓名，并且还会将该人的姓名发送给ESP，然后ESP将发送到我们之前创建的thingboard设备。

检查ThingsBoard是否正在接收考勤数据

如果液晶显示屏显示谢谢，则表示已将人员姓名发送至ESP，该ESP应将其发送至我们之前创建的Thingsboard设备。为了确保它按预期工作，进入device选项卡并单击我们之前创建的设备，我的名称为“FPS Main Gate”。这将从右侧的弹出窗口滑动，在此窗口中单击Latest Telemetry，您应该看到设备收到的最后一个条目，如下所示。

在上一步中，我们的FPS传感器检测到了Steve，因此您可以在此处看到相同的名称已发送到thingboard。如果你在这里没有得到任何东西，请确保你的ESP连接正确，并且能够通过串行从Arduino获取信息并将其发送给客户端。

在ThingsBoard上为物联网考勤系统创建仪表板

最后一步是创建一个仪表板，我们可以在其中查看ESP模块发送的所有时间和日期名称。 ThingsBoard的好处在于，您有许多小部件可根据使用情况显示数据。也可以使用规则链选项对逻辑分析这些数据并采取必要的操作，如触发警报发送电子邮件等。要创建仪表板，请单击左侧面板中的仪表板，然后单击添加新仪表板（+）屏幕左下角的图标。然后选择创建新仪表板。在弹出窗口中为仪表板命名并单击“添加”。

这将在仪表板窗口上创建一个新的仪表板。单击此新仪表板，然后单击屏幕右下角的铅笔图标（橙色）进入编辑模式。现在我们必须通过单击create alias图标（在下面的图像中包围红色）创建一个别名，并通过单击add按钮添加一个新的别名。在弹出窗口中输入您选择的名称并选择类型作为设备，并在仪表板上提供我们需要数据的设备名称，如下所示，然后单击添加，然后单击保存按钮。

单击添加新窗口小部件，然后在当前捆绑选择卡下，然后选择时间序列表。这将打开一个窗口并询问我们刚刚创建的别名，您可以选择类型作为实体并提供别名，如下图所示。

单击添加，您应该在仪表板上看到一个新窗口小部件，其中包含ESP到目前为止已发送的所有员工的名称。您还可以对数据名称vise进行排序，或使用历史记录选项查看特定日期或时间的数据。我的样本数据集如下所示

您还可以实时查看数据，当您在FPS上按下手指时，员工的姓名应显示在此窗口中。也就是说，我们创建了一个基于智能物联网的考勤系统，可以更新我们仪表板上的所有数据，这些数据可以在线进行可视化，分析和报告，而无需与硬件进行物理接触。一旦项目准备好，就把它移交给尼克·弗瑞，让他按时组装复仇者，下次当有人决定消灭一半的人口时。

希望您了解该项目，并喜欢搭建这些小制作。如果您对本文有任何疑问，请在本帖下面进行回复。

代码

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2019-5-28 17:15 上传

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