Arduino Nanoと指紋センサーで作るバイオメトリクス認証システム – 完全チュートリアル

必要な部品と用品

Arduino Nano R3 × 1

ブレッドボード (汎用) × 1

指紋センサーモジュール × 1

1.44インチ LCD ILI9163C (カラーTFT) × 1

アプリとオンラインサービス

• Arduino IDE

このプロジェクトについて

皆さん、こんにちは！今回は指紋センサーモジュールを使った面白いArduinoプロジェクトを作ります。早速始めましょう！

以前から指紋センサーの技術を学び、自分のプロジェクトに生体認証セキュリティを追加したいと考えていました。センサーのシンプルなデモンストレーションとして、このプロジェクトを作成しました。Arduino Nanoにセンサーを接続し、小型で高速な1.44インチカラーTFTディスプレイも使用しています。有効な指紋を提示するとロックが解除される仕組みです。自分の指を置くと認識され、指紋アイコンが緑になって歓迎メッセージが表示されます。彼女の指でも同様に認識され、名前付きで歓迎されます。 登録されていない指の場合はロックが解除されません。うまく動作し、10分以内に完成させられます！作り方を見ていきましょう。

ステップ1: 全パーツを用意する

• Arduino Nano
• 指紋センサーモジュール
• 1.44インチ カラーTFTディスプレイ
• 小型ブレッドボード
• ジャンパーワイヤー数本
• モバイルバッテリー

プロジェクト費用は約30ドル。この技術を考えると非常に安価です。10年前なら数百ドルかかっていたでしょう。

ステップ2: 1.44インチ LCDディスプレイ

このディスプレイは非常に高速で、ILI9163Cドライバーを使用し、解像度128×128ピクセル、26万色表示に対応。Arduinoとの接続が簡単で、約4ドルと安価です。SPIプロトコルで通信し、8本のワイヤーで接続できます。

Arduinoとの接続

• Vcc → Arduino 5V
• GND → Arduino GND
• CS → デジタルピン 10
• RST → デジタルピン 9
• A0 → デジタルピン 8
• SDA → デジタルピン 11
• SCK → デジタルピン 13
• LED → Arduino 3.3V

消費電流は約30mAと少なく、小型でカラー表示が必要なプロジェクトに最適です。

ステップ3: 指紋センサーモジュール

小型で精巧な作りのモジュールで、内部に高度なDSP（デジタル信号処理）チップを搭載。光学式センサーで指の写真を解析し、特徴を抽出して内部メモリと照合。1秒未満で処理完了します。最大1000件の指紋を保存可能で、誤認証率は0.001%未満と高セキュリティ。低コストでこの技術が手に入るのは驚異的です。

ステップ4: パーツの接続

指紋センサーの接続

• 黒線 → Arduino GND
• 赤線 → Arduino 5V
• 緑線 → デジタルピン 2
• 白線 → デジタルピン 3

ディスプレイの接続

• Vcc → Arduino 5V
• GND → Arduino GND
• CS → デジタルピン 10
• RST → デジタルピン 9
• A0 → デジタルピン 8
• SDA → デジタルピン 11
• SCK → デジタルピン 13
• LED → Arduino 3.3V

これで配線完了。電源を入れると正常に動作します。簡単でしょう？

ステップ5: プロジェクトのコード

ソフトウェア面と、指紋をモジュールの内蔵メモリに登録する方法を解説します。

必要なライブラリ

• Adafruit Fingerprint Sensor Library
• Adafruit GFX Library
• Sumotoy's TFT_ILI9163C Library

まず、Arduino IDEの「ファイル」→「スケッチ例」→「Adafruit Fingerprint Sensor Library」→「Enroll」をアップロード。シリアルモニターでIDを指定し、指を2回置くことで指紋を登録できます。最大1000件まで登録可能。

次に、私が開発したメインコードをアップロードします。Adafruitライブラリのおかげでコードは非常にシンプルです。主要部分を抜粋：

void loop() {
  fingerprintID = getFingerprintID(); // 指紋スキャン
  delay(50);
  if(fingerprintID == 1) { // ID 1の有効な指紋を検出
    display.drawBitmap(30,35,icon,60,60,GREEN);
    delay(2000);
    displayUnlockedScreen();
    displayIoanna();
    delay(5000);
    display.fillScreen(BLACK);
    displayLockScreen();
  }
  if(fingerprintID == 2) { // ID 2の有効な指紋を検出
    display.drawBitmap(30,35,icon,60,60,GREEN);
    delay(2000);
    displayUnlockedScreen();
    displayNick();
    delay(5000);
    display.fillScreen(BLACK);
    displayLockScreen();
  }
}

50msごとにセンサーをチェックし、指があれば登録済み指紋を検索。見つかればそのIDを返し、歓迎メッセージを表示して数秒後にロック画面に戻ります。完全なコードは添付ファイルまたはプロジェクトサイト（https://educ8s.tv/arduino-fingerprint-sensor-module...）で入手可能です。

ステップ6: 最後に

この指紋センサーモジュールの性能と使いやすさには本当に感心しました。低コストで生体認証機能をプロジェクトに追加できるのは素晴らしいです。数年前ならメイカーにとって不可能だったことが、オープンソースハードウェア・ソフトウェアの力で実現できます。次回は電気錠と組み合わせて実用的な場面での使用をテスト予定です。ご意見・ご感想はコメント欄でお聞かせください。ありがとうございました！

コード

完全なコードはGitHubリポジトリで公開されています：

• Adafruit Fingerprint Sensor Library
• Adafruit GFX Library
• TFT_ILI9163C Library