DIY камера с распознаванием лиц на Arduino UNO — Face Tracking

Компоненты и материалы

Инструменты

• Кусачки/обкусыватель, длиннонощные плоскогубцы
• Паяльник
• Мультиметр
• Отвёртка
• 3D-принтер (для печати корпуса)

Программное обеспечение

• Microsoft Windows 10
• Python (скрипт распознавания лиц)
• Arduino IDE

О проекте

Автор напечатал на 3D-принтере голову коллеги и решил добавить механизм, который следит за людьми в комнате. Получился компактный, легко собираемый робот-камера с открытым ПО.

Принцип работы

• Камера движется двумя сервоприводами (пан/тилт) от Arduino Uno.
• Камера подключена к ПК — Python-скрипт (OpenCV) ищет лица в кадре.
• Если лицо найдено — Python отправляет команды Arduino по Serial (USB), чтобы центрировать лицо.
• Если лицо не найдено — камера движется в случайную позицию (поиск).
• 3 LED показывают статус: красный — нет лица, жёлтый — лицо есть, но не в центре, зелёный — лицо в центре.
• Протокол: текстовые пакеты <pan,tilt,state> (например, <90.5,45.0,1>).
• Настройки: диапазоны серв, инверсия осей, ручное управление.

Сборка и настройка

1. Детали: STL-файлы на сайте автора и Thingiverse.
2. Сборка механики: см. видео на сайте.
3. Схемотехника: см. раздел Schematics.
4. Прошивка Arduino: загрузите скетч ниже.
5. Python-софт: исходники на GitHub или готовый .exe на сайте автора.

Код Arduino (C++)

// Based on Robin2's Serial Input Basics
// https://forum.arduino.cc/index.php?topic=225329.msg1810764

#include <Servo.h>

Servo panServo;
Servo tiltServo;

byte redLedPin = 2;
byte yellowLedPin = 3;
byte greenLedPin = 4;

const byte buffSize = 40;
char inputBuffer[buffSize];
const char startMarker = '<';
const char endMarker = '>';
byte bytesRecvd = 0;
boolean readInProgress = false;
boolean newDataFromPC = false;

float panServoAngle = 90.0;
float tiltServoAngle = 90.0;
int LED_state = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  panServo.attach(8);
  tiltServo.attach(9);
  pinMode(redLedPin, OUTPUT);
  pinMode(yellowLedPin, OUTPUT);
  pinMode(greenLedPin, OUTPUT);
  start_sequence();
  delay(200);
  Serial.println("<Hasta la vista baby>");
}

void loop() {
  getDataFromPC();
  replyToPC();
  moveServo();
  setLED();
}

void getDataFromPC() {
  if (Serial.available() > 0) {
    char x = Serial.read();
    if (x == endMarker) {
      readInProgress = false;
      newDataFromPC = true;
      inputBuffer[bytesRecvd] = 0;
      processData();
    }
    if (readInProgress) {
      inputBuffer[bytesRecvd] = x;
      bytesRecvd++;
      if (bytesRecvd == buffSize) bytesRecvd = buffSize - 1;
    }
    if (x == startMarker) {
      bytesRecvd = 0;
      readInProgress = true;
    }
  }
}

void processData() {
  char *strtokIndx = strtok(inputBuffer, ",");
  panServoAngle = atof(strtokIndx);
  strtokIndx = strtok(NULL, ",");
  tiltServoAngle = atof(strtokIndx);
  strtokIndx = strtok(NULL, ",");
  LED_state = atoi(strtokIndx);
}

void replyToPC() {
  if (newDataFromPC) {
    newDataFromPC = false;
    Serial.print("<");
    Serial.print(panServo.read());
    Serial.print(",");
    Serial.print(tiltServo.read());
    Serial.println(">");
  }
}

void moveServo() {
  panServo.write(panServoAngle);
  tiltServo.write(tiltServoAngle);
}

void setLED() {
  switch (LED_state) {
    case 2: // Жёлтый — лицо есть, не в центре
      digitalWrite(redLedPin, LOW);
      digitalWrite(yellowLedPin, HIGH);
      digitalWrite(greenLedPin, LOW);
      break;
    case 1: // Зелёный — лицо в центре
      digitalWrite(redLedPin, LOW);
      digitalWrite(yellowLedPin, LOW);
      digitalWrite(greenLedPin, HIGH);
      break;
    case 0: // Красный — нет лица
      digitalWrite(redLedPin, HIGH);
      digitalWrite(yellowLedPin, LOW);
      digitalWrite(greenLedPin, LOW);
      break;
    case 3: // Все горят (тест/ошибка)
      digitalWrite(redLedPin, HIGH);
      digitalWrite(yellowLedPin, HIGH);
      digitalWrite(greenLedPin, HIGH);
      break;
    default:
      digitalWrite(redLedPin, LOW);
      digitalWrite(yellowLedPin, LOW);
      digitalWrite(greenLedPin, LOW);
  }
}

void start_sequence() {
  panServo.write(90); tiltServo.write(90); delay(300);
  digitalWrite(redLedPin, HIGH); delay(100); digitalWrite(redLedPin, LOW);
  digitalWrite(yellowLedPin, HIGH); delay(100); digitalWrite(yellowLedPin, LOW);
  digitalWrite(greenLedPin, HIGH); delay(100); digitalWrite(greenLedPin, LOW);
  delay(100);
  digitalWrite(redLedPin, HIGH); digitalWrite(yellowLedPin, HIGH); digitalWrite(greenLedPin, HIGH);
  delay(100);
  digitalWrite(redLedPin, LOW); digitalWrite(yellowLedPin, LOW); digitalWrite(greenLedPin, LOW);
}

Python-софт (Face Detection)

Репозиторий: GitHub. Там же — исполняемый файл для Windows (не нужен Python). Использует OpenCV Haar Cascade или DNN для детекта лиц. Настраиваемые порты, скорость, инверсия осей.

3D-модели (CAD)

Все детали для печати: сайт автора / Thingiverse.

Схема подключения

В разделе Schematics (PNG). Основные связи:

• Pan-серво → D8, Tilt-серво → D9
• LED: D2 (Red), D3 (Yellow), D4 (Green) через 220 Ом
• Питание серв: 7805 от 9В, общий GND с Arduino
• USB — связь с ПК