基于Arduino的實(shí)時(shí)人臉檢測和跟蹤機(jī)器人
曾經(jīng)想過通過簡單地使用 Arduino 而不是任何其他編程（如 OpenCV、視覺基礎(chǔ) C# 等）來構(gòu)建面部跟蹤機(jī)械臂或機(jī)器人嗎？然后繼續(xù)閱讀，在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將通過融合Arduino和Android的強(qiáng)大功能來實(shí)現(xiàn)人臉檢測。在這個(gè)項(xiàng)目中，移動相機(jī)將在伺服系統(tǒng)的幫助下隨著你的臉一起移動。在這里使用Android手機(jī)的優(yōu)勢在于，您無需投資攝像頭模塊，整個(gè)圖像檢測工作可以在手機(jī)本身中完成，您不需要將Arduino連接到計(jì)算機(jī)即可正常工作。在這里，我們使用藍(lán)牙模塊與Arduino進(jìn)行無線通信。
本項(xiàng)目中使用的Android應(yīng)用程序是使用處理Android創(chuàng)建的，您可以通過下載APK文件直接安裝該應(yīng)用程序（進(jìn)一步閱讀鏈接），或者戴上編程帽，使用教程中進(jìn)一步給出的處理代碼制作自己的更具吸引力的Android應(yīng)用程序。
在本教程結(jié)束時(shí)，您將擁有一個(gè)迷你傾斜和跨度機(jī)械臂，可以跟蹤您的臉部并隨之移動。您可以使用它（進(jìn)一步發(fā)展）來錄制您的視頻博客視頻，甚至可以使用手機(jī)的后置攝像頭自拍，因?yàn)樗鼘⒛哪樥枚ㄎ辉谑謾C(jī)屏幕的中心。所以！！聽起來很有趣？檢查本教程末尾的演示視頻以查看其工作情況。讓我們看看如何構(gòu)建一個(gè)...
我已經(jīng)盡力使這個(gè)項(xiàng)目盡可能簡單，任何對硬件或編碼有最少知識的人都可以使用此指南使這個(gè)項(xiàng)目立即工作。但是，一旦你做到了，我建議你落后于代碼，這樣你就可以真正知道是什么讓這個(gè)東西工作以及如何工作。
所需材料：
- Arduino Nano
- 伺服電機(jī) SG90 – 2Nos
- 安卓手機(jī)與體面的相機(jī)
- HC-05/HC-06 藍(lán)牙模塊
- 編程計(jì)算機(jī)
- 3D打印機(jī)（可選）
- 9V電池
3D 打印所需部件（可選）：
為了平移和傾斜我們的手機(jī)，我們需要一些機(jī)械結(jié)構(gòu)，如移動支架和一些伺服支架。你可以用紙板做一個(gè)，因?yàn)槲矣幸慌_3D打印機(jī)，我決定3D打印這些零件。
3D打印是一個(gè)了不起的工具，在構(gòu)建原型項(xiàng)目或試驗(yàn)新的機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)可以做出很多貢獻(xiàn)。如果您還沒有發(fā)現(xiàn)3D打印機(jī)的好處或它是如何工作的，你可以閱讀3D打印初學(xué)者指南。
如果您擁有或可以使用3D打印機(jī)，則可以使用可以從此處下載的STL文件直接打印和組裝它們。但是，像手機(jī)支架這樣的一些部件可能需要根據(jù)手機(jī)的尺寸進(jìn)行一些修改。我為我的MOTO G手機(jī)設(shè)計(jì)了它。我使用我的一臺非常基本的打印機(jī)來打印所有零件。打印機(jī)是來自3ding的FABX v1，價(jià)格實(shí)惠，打印量為10立方厘米。便宜的價(jià)格伴隨著低打印分辨率和沒有SD卡或打印恢復(fù)功能的權(quán)衡。我正在使用名為Cura的軟件來打印STL文件。下面給出了我用于打印材料的設(shè)置，您可以使用相同的設(shè)置或根據(jù)您的打印機(jī)更改它們。
打印所有必需的材料后，您可以使用螺釘和一些熱膠將它們固定到位。組裝完成后，它應(yīng)該如下所示。
原理圖和硬件：
此智能手機(jī)面部跟蹤項(xiàng)目的電路如下圖所示：
該電路由兩個(gè)伺服電機(jī)組成，其中一個(gè)用于向左/向右移動手機(jī)，另一個(gè)用于向上/向下傾斜手機(jī)。伺服器必須移動的方向?qū)⒂葾rduino Nano指示，Arduino Nano本身從藍(lán)牙（HC-05）模塊獲取信息。整個(gè)電路由9V電池供電。
該電路可以很容易地連接到您的面包板上，或者您也可以像我在這里所做的那樣將它們焊接在小型 Perf 板上。
設(shè)置您的安卓應(yīng)用程序：
正如我之前所說，這個(gè)項(xiàng)目背后的主要大腦是這個(gè)Android應(yīng)用程序。這個(gè)安卓應(yīng)用程序是使用處理安卓開發(fā)的。您可以直接在手機(jī)上安裝此應(yīng)用程序，然后按照以下步驟啟動它。
- 從這里下載APK文件。
- 打開上面顯示的電路的電源。
- 在手機(jī)設(shè)置中搜索名為“HC-05”的藍(lán)牙模塊
- 如果您將其命名為“HC-05”以外的其他名稱，請將其更改回HC-05，因?yàn)橹挥羞@樣應(yīng)用程序才能工作。
- 使用密碼“1234”或“0000”與您的藍(lán)牙模塊配對。
- 現(xiàn)在，以縱向模式啟動應(yīng)用程序。您應(yīng)該會看到相機(jī)屏幕，并在屏幕頂部看到“連接到：HC-05”。
- 嘗試將相機(jī)移到臉部上方，其頂部應(yīng)會出現(xiàn)一個(gè)綠色框，其位置也將顯示在屏幕的左上角，如下所示。
您可以通過引入許多不需要編寫自己的Android應(yīng)用程序即可獲得的進(jìn)步，從而將這個(gè)Arduino面部跟蹤項(xiàng)目提升到一個(gè)新的水平。創(chuàng)建一個(gè)Android應(yīng)用程序可能聽起來很困難，但相信我，在Processing的幫助下，您可以立即學(xué)習(xí)它。
對 Arduino 進(jìn)行編程：
安卓應(yīng)用程序?qū)z測人臉及其在屏幕上的位置;然后，它將根據(jù)面部的位置決定應(yīng)該移動的方向，以便面部到達(dá)屏幕中心。然后通過藍(lán)牙模塊將此方向發(fā)送到Arduino。
該項(xiàng)目的Arduino程序相當(dāng)簡單，我們只需要根據(jù)從藍(lán)牙模塊接收的值控制兩個(gè)伺服電機(jī)的方向。完整的代碼可以在本教程的末尾找到，我還在下面解釋了幾個(gè)重要的行。
下面的代碼行建立串行連接，引腳 D12 作為 RX，D11 作為 TX。因此，引腳 D12 必須連接到 BT 模塊的 TX，引腳 D11 必須連接到 BT 模塊的 RX。
SoftwareSerial cam_BT(12, 11); // RX, TX
然后我們以 9600 的波特率初始化藍(lán)牙模塊.確保您的模塊也以相同的波特率工作。否則相應(yīng)地更改它。
cam_BT.begin(9600); //start the Bluetooth communication at 9600 baudrate
cam_BT.println("Ready to take commands");
下面一行讀取通過藍(lán)牙模塊傳入的內(nèi)容.此外，數(shù)據(jù)保存在變量“藍(lán)牙數(shù)據(jù)”中。
if (cam_BT.available()) //Read whats coming in through Bluetooth
{
BluetoothData=cam_BT.read();
Serial.print("Incoming from BT:");
Serial.println(BluetoothData);
}
根據(jù)從藍(lán)牙接收的數(shù)據(jù)，控制電機(jī)方向。要向左轉(zhuǎn)動電機(jī)，電機(jī)會從其先前的位置遞減 2 的值。如果您需要手臂移動得更快，您可以將此值增加到 4 或 6。但是，它可能會產(chǎn)生一些顛簸，使相機(jī)不穩(wěn)定。
if (BluetoothData==49) //Turn Left
{pos1+=2; servo1.write(pos1);}
if (BluetoothData==50) //Turn Right
{pos1-=2; servo1.write(pos1);}
if (BluetoothData==51) //Turn Up
{pos2-=2; servo2.write(pos2);}
if (BluetoothData==52) //Turn Down
{pos2+=2; servo2.write(pos2);}
加工：
一旦我們準(zhǔn)備好了我們的硬件，代碼和Android應(yīng)用程序，就該采取一些行動了。只需為您的 Arduino 供電并打開安卓應(yīng)用程序。應(yīng)用程序?qū)⒆詣舆B接到 HC-05 （必須命名為 HC-05） 藍(lán)牙模塊，并等待檢測到人臉.只需將手機(jī)放在我們的手機(jī)支架中并坐在它前面即可。您應(yīng)該注意到伺服電機(jī)移動手機(jī)，以便將臉部放置在屏幕中央。現(xiàn)在在相機(jī)的范圍內(nèi)四處走動，您的手機(jī)將跟隨您的動作。您也可以通過放置和移動任何圖片來嘗試。
/*Arduino Code for Face Tracking Arduino
* Coded by Circuitdigest.com
* On 25-05-2017
*/
/*CONNECTION DETIALS
* Arduino D11 -> RX of BT Module
* Arduino D12 -> Tx of BT
* Servo1 -> pin 3 of arduino Nano to pan
* Servo2 -> pin 5 of arduino Nano to tilt
*/
#include //header to drive servo motors
#include // import the serial library
SoftwareSerial cam_BT(12, 11); // RX, TX
int ledpin=13; // led on D13 will show blink on / off
int BluetoothData; // the data given from Computer
//lets declare the servo objects
Servo servo1;
Servo servo2;
long gmotor,gnum1,gnum2;
int pos;
int flag=0;
int pos1 = 40;
int pos2 = 90;
void setup() {
servo1.attach(3);
servo2.attach(5);;
//**Initial position of all four servo motors**//
servo1.write(pos1);
servo2.write(pos2);
//**initialised**//
cam_BT.begin(9600); //start the Bluetooth communication at 9600 baudrate
cam_BT.println("Ready to take commands");
Serial.begin(57600);
Serial.println("Face tracking programming by CircuitDigest.com");
}
//***Function for each Servo actions**//
void call(int motor, int num1, int num2) // The values like Motor number , from angle and to angle are received
{
Serial.println("Passing values...");
flag =0;
switch (motor)
{
case 1: // For motor one
{
Serial.println("Executing motor one");
if(num1// Clock wise rotation
{
for ( pos =num1; pos<=num2; pos+=1)
{
servo1.write(pos);
delay( 20);
}
}
if(num1>num2) // Anti-Clock wise rotation
{
for ( pos =num1; pos>=num2; pos-=1)
{
servo1.write(pos);
delay( 20);
}
}
break;
}
////////JUST DUPLICATE FOR OTHER SERVOS////
case 2: // For motor 2
{
Serial.println("Executing motor two");
if(num1for ( pos =num1; pos<=num2; pos+=1)
{
servo2.write(pos);
delay( 20);
}
}
if(num1>num2)
{
for ( pos =num1; pos>=num2; pos-=1)
{
servo2.write(pos);
delay( 20);
}
}
break;
}
}
}
void loop() {
if(Serial.available()>0) //Read whats coming in through Serial
{
gmotor= Serial.parseInt();
Serial.print(" selected Number-> ");
Serial.print(gmotor);
Serial.print(" , ");
gnum1= Serial.parseInt();
Serial.print(gnum1);
Serial.print(" degree , ");
gnum2= Serial.parseInt();
Serial.print(gnum2);
Serial.println(" degree ");
flag=1;
}
if (cam_BT.available()) //Read whats coming in through Bluetooth
{
BluetoothData=cam_BT.read();
Serial.print("Incoming from BT:");
Serial.println(BluetoothData);
}
if (flag ==1)
call(gmotor,gnum1,gnum2); //call the respective motor for action
if (BluetoothData==49) //Turn Left
{pos1+=2; servo1.write(pos1);}
if (BluetoothData==50) //Turn Right
{pos1-=2; servo1.write(pos1);}
if (BluetoothData==51) //Turn Up
{pos2-=2; servo2.write(pos2);}
if (BluetoothData==52) //Turn Down
{pos2+=2; servo2.write(pos2);}
flag=0;
BluetoothData=0;
}
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