“妹妹出沒”這個(gè)名字來自一個(gè)很具體的家庭需求想知道孩子或住在同一屋檐下的妹妹幾點(diǎn)到家、什么時(shí)候出門又不想在門口安裝攝像頭。把它做成技術(shù)項(xiàng)目本質(zhì)就是一套“人體存在檢測(cè) 出入事件記錄 手機(jī)消息推送”的家庭自動(dòng)化小系統(tǒng)。本文會(huì)帶你把這條鏈路從零跑通用一塊 ESP32 開發(fā)板配合人體感應(yīng)模塊檢測(cè)門口是否有人把狀態(tài)變化通過 MQTT 發(fā)布到本地 Broker再讓 Python 服務(wù)訂閱消息、寫入 SQLite 并推送到手機(jī)最后用一個(gè)簡(jiǎn)單的 Flask 頁(yè)面查看歷史出沒記錄。適合有一定 Arduino 或 Python 基礎(chǔ)、想嘗試硬件與服務(wù)端聯(lián)調(diào)的讀者。讀完這條實(shí)踐鏈路你能掌握 PIR 人體感應(yīng)模塊怎么接 ESP32、MQTT 的發(fā)布與訂閱模型怎么落地、消息如何落庫(kù)和推送以及斷電重連、誤報(bào)排查和生產(chǎn)部署時(shí)要注意什么。整條鏈路用到的組件都很常見成本在幾十元到一百多元之間適合作為家庭自動(dòng)化入門項(xiàng)目反復(fù)調(diào)優(yōu)。1. 先確認(rèn)需求邊界出沒檢測(cè)到底檢測(cè)什么1.1 把“誰(shuí)、幾點(diǎn)、進(jìn)還是出”拆成可檢測(cè)的事件一個(gè)容易犯的錯(cuò)誤是拿到“妹妹出沒”這個(gè)標(biāo)題后直接想做一個(gè)“能識(shí)別是誰(shuí)回家”的系統(tǒng)。這類需求一旦拆開會(huì)發(fā)現(xiàn)它包含三個(gè)難度完全不同的子問題時(shí)間段幾點(diǎn)發(fā)生。狀態(tài)門口區(qū)域有沒有人。身份這個(gè)人是誰(shuí)。第一和第二個(gè)問題用一只人體感應(yīng)傳感器加一塊單片機(jī)就能解決。第三個(gè)問題則完全不同它需要攝像頭加人臉識(shí)別、手機(jī)定位地理圍欄或者多個(gè)傳感器配合做方向判斷。用單只 PIR 模塊無法知道“是誰(shuí)”只能知道“有人”或“沒人”。把預(yù)期放在正確的層級(jí)上后面的技術(shù)選型才不會(huì)跑偏。因此本文把“妹妹出沒”收斂為檢測(cè)門口或某個(gè)公共區(qū)域是否存在人體記錄狀態(tài)發(fā)生變化的時(shí)刻并在變化時(shí)推送通知。這是一個(gè)明確、可測(cè)試、可驗(yàn)證的目標(biāo)。至于“識(shí)別身份”放到擴(kuò)展方向里討論。1.2 三條技術(shù)路線的取舍路線識(shí)別能力硬件成本隱私風(fēng)險(xiǎn)適合場(chǎng)景ESP32 PIR/毫米波 MQTT區(qū)域有人/無人不識(shí)別身份低幾十到一百多元低不采集圖像家庭出入提醒、房間占用檢測(cè)樹莓派 攝像頭 OpenCV可統(tǒng)計(jì)人體活動(dòng)擴(kuò)展可識(shí)別人中高需要攝像頭和算力高涉及圖像采集進(jìn)階學(xué)習(xí)、行為分析手機(jī)定位地理圍欄可直接識(shí)別“誰(shuí)”到了位置中低主要靠手機(jī)中后臺(tái)定位和權(quán)限敏感兒童/老人到家提醒需要安裝 App本文選擇第一條路線。理由很直接它不依賴手機(jī)權(quán)限不采集圖像數(shù)據(jù)可以全部留在本地而且 MQTT 這條消息鏈路對(duì)后續(xù)擴(kuò)展同樣成立。就算以后換成毫米波雷達(dá)或攝像頭方案Broker、數(shù)據(jù)庫(kù)、推送、看板這些服務(wù)端部分仍然可以復(fù)用。2. 硬件連接和環(huán)境準(zhǔn)備ESP32、人體感應(yīng)模塊和 MQTT Broker2.1 硬件清單搭建這套最小系統(tǒng)需要以下材料ESP32 開發(fā)板一塊推薦 DevKitC 或 NodeMCU-32S帶 USB 接口。HC-SR501 PIR 人體感應(yīng)模塊一個(gè)或 LD2410 毫米波人體存在模塊。杜邦線若干母對(duì)公即可。5V 供電的 USB 電源和數(shù)據(jù)線。一臺(tái)可以運(yùn)行 Linux 的機(jī)器可以是樹莓派、舊筆記本、云服務(wù)器或本地虛擬機(jī)用來跑 MQTT Broker 和 Python 服務(wù)。路由器或交換機(jī)組成的局域網(wǎng)保證 ESP32 能訪問到 Broker 所在機(jī)器。HC-SR501 是最常見的入門款價(jià)格低輸出邏輯簡(jiǎn)單適合驗(yàn)證整條鏈路。LD2410 是毫米波方案能檢測(cè)靜止存在誤報(bào)更少但通信協(xié)議更復(fù)雜。下面先用 HC-SR501 把系統(tǒng)跑通它的數(shù)字輸出直接接 GPIO 即可。2.2 接線方式與注意事項(xiàng)ESP32 引腳HC-SR501 模塊說明5VVCC模塊供電部分型號(hào)需 5VGNDGND必須與 ESP32 共地GPIO4OUT數(shù)字信號(hào)輸出檢測(cè)到人時(shí)為高電平接線時(shí)有幾個(gè)細(xì)節(jié)值得注意。第一HC-SR501 通常需要 5V 供電而它的 OUT 輸出高電平接近 3.3V可以直接接入 ESP32 的 GPIO不需要電平轉(zhuǎn)換。第二不同批次的模塊輸出電平可能有差異如果發(fā)現(xiàn) GPIO 讀數(shù)異常先用萬(wàn)用表確認(rèn) OUT 在觸發(fā)時(shí)是否為 3.3V 左右。第三接線完成后不要急著上電先檢查有沒有接反或短路。2.3 安裝 Arduino 環(huán)境并準(zhǔn)備開發(fā)板支持在 Arduino IDE 2.x 中先打開“文件 - 首選項(xiàng)”在“附加開發(fā)板管理器網(wǎng)址”里填入 ESP32 官方支持包地址https://espressif.github.io/arduino-esp32/package_esp32_index.json保存后在“工具 - 開發(fā)板 - 開發(fā)板管理器”里搜索 esp32安裝由 Espressif 提供的開發(fā)板支持包。接著在庫(kù)管理器里安裝 PubSubClient 庫(kù)這個(gè)庫(kù)負(fù)責(zé) MQTT 的發(fā)布與訂閱。安裝完成后選擇開發(fā)板為 ESP32 Dev Module并選擇 ESP32 對(duì)應(yīng)的串口。這里有一個(gè)常見問題Windows 下如果串口不出現(xiàn)多半是缺少 USB 驅(qū)動(dòng)需要下載對(duì)應(yīng)芯片的驅(qū)動(dòng)Mac 和 Linux 下一般插上就能識(shí)別。2.4 安裝 MQTT Broker 并驗(yàn)證收發(fā)Broker 選擇 Mosquitto輕量、穩(wěn)定、命令行工具齊全。在 Linux 上安裝sudo apt update sudo apt install -y mosquitto mosquitto-clients sudo systemctl enable --now mosquitto默認(rèn)配置下 Mosquitto 只允許本機(jī)訪問。為了讓 ESP32 能從局域網(wǎng)連接需要新增一個(gè)監(jiān)聽配置。在/etc/mosquitto/conf.d/local.conf中寫入listener 1883 0.0.0.0 allow_anonymous false password_file /etc/mosquitto/passwdallow_anonymous false表示所有客戶端必須使用用戶名密碼。在家庭局域網(wǎng)里這可以防止同一網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備隨意向主題發(fā)布消息。創(chuàng)建賬號(hào)sudo mosquitto_passwd -c /etc/mosquitto/passwd esp32上面的命令會(huì)創(chuàng)建密碼文件并添加 esp32 用戶。如果需要再加用戶去掉-c參數(shù)。重啟服務(wù)sudo systemctl restart mosquitto驗(yàn)證 Broker 是否正常收發(fā)。開兩個(gè)終端一個(gè)訂閱mosquitto_sub -h 127.0.0.1 -t test/hello -v -u esp32 -P 你設(shè)置的密碼另一個(gè)發(fā)布mosquitto_pub -h 127.0.0.1 -t test/hello -m hello -u esp32 -P 你設(shè)置的密碼訂閱端能打印出test/hello hello說明 Broker 工作正常。這一步很重要后面的固件和服務(wù)端調(diào)試都需要以 Broker 可用為前提。3. ESP32 固件讀取傳感器狀態(tài)并發(fā)布 MQTT 消息3.1 固件要做的事ESP32 固件承擔(dān)三件事連接 WiFi、讀取 PIR 引腳電平、把狀態(tài)變化通過 MQTT 發(fā)布到指定主題。這里不要在每次讀取到高電平時(shí)都發(fā)消息而只在狀態(tài)從“無人”變?yōu)椤坝腥恕?、或從“有人”變?yōu)椤盁o人”時(shí)發(fā)布這樣服務(wù)端收到的是一條條有意義的事件而不是一堆重復(fù)數(shù)據(jù)。為了讓服務(wù)端在重啟后也能知道當(dāng)前門口狀態(tài)發(fā)布時(shí)可以使用 MQTT 的 retained 消息。retained 消息會(huì)被 Broker 保留新訂閱者一上線就能收到最近一次狀態(tài)。3.2 完整固件代碼#include WiFi.h #include PubSubClient.h const char* WIFI_SSID 你的WiFi名稱; const char* WIFI_PASSWORD 你的WiFi密碼; const char* MQTT_HOST 192.168.1.100; // 改成 Broker 所在機(jī)器 IP const uint16_t MQTT_PORT 1883; const char* MQTT_USER esp32; const char* MQTT_PASSWORD 你的MQTT密碼; const char* MQTT_TOPIC home/presence/door; const int PIR_PIN 4; const unsigned long WARMUP_MS 30000; // 傳感器預(yù)熱時(shí)間 const unsigned long STATE_HOLD_MS 5000; // 狀態(tài)保持時(shí)間避免抖動(dòng) WiFiClient wifiClient; PubSubClient mqttClient(wifiClient); int lastState -1; unsigned long lastStateChangeAt 0; void setup() { Serial.begin(115200); pinMode(PIR_PIN, INPUT); WiFi.mode(WIFI_STA); WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD); while (WiFi.status() ! WL_CONNECTED) { delay(500); Serial.print(.); } Serial.println(\nwifi connected); Serial.print(ip: ); Serial.println(WiFi.localIP()); mqttClient.setServer(MQTT_HOST, MQTT_PORT); // 傳感器上電后有預(yù)熱期等待 30 秒后再讀取初始狀態(tài) Serial.println(warming up sensor...); delay(WARMUP_MS); lastState digitalRead(PIR_PIN); Serial.printf(initial state: %s\n, lastState HIGH ? present : away); } void connectMQTT() { while (!mqttClient.connected()) { Serial.print(connect mqtt...); if (mqttClient.connect(esp32-door-01, MQTT_USER, MQTT_PASSWORD)) { Serial.println(ok); } else { Serial.printf(fail rc%d, retry 5s\n, mqttClient.state()); delay(5000); } } } void publishState(int state) { const char* payload (state HIGH) ? present : away; boolean retained true; if (mqttClient.publish(MQTT_TOPIC, payload, retained)) { Serial.printf(publish ok: %s\n, payload); } else { Serial.printf(publish fail: %s\n, payload); } } void loop() { if (!mqttClient.connected()) { connectMQTT(); } mqttClient.loop(); int state digitalRead(PIR_PIN); unsigned long now millis(); if (state ! lastState (now - lastStateChangeAt) STATE_HOLD_MS) { lastStateChangeAt now; publishState(state); lastState state; } delay(200); }代碼里有兩個(gè)客戶端 ID 要特別注意。mqttClient.connect(esp32-door-01, ...)中的第一個(gè)參數(shù)是 MQTT client ID在同一 Broker 下必須唯一否則后連接的客戶端會(huì)擠掉先連接的。WiFi 賬號(hào)密碼和 MQTT 密碼不要直接寫死在共享代碼里本地練習(xí)可以先用常量準(zhǔn)備上傳到公開倉(cāng)庫(kù)前必須改成配置文件或環(huán)境變量。3.3 關(guān)鍵邏輯說明預(yù)熱期的處理是很多人忽略的一步。HC-SR501 上電后約 20 到 60 秒內(nèi)可能持續(xù)輸出高電平如果不對(duì)預(yù)熱期做處理系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)會(huì)立刻上報(bào)一次“有人”產(chǎn)生一條假事件。代碼里在 setup 中等待 30 秒再讀取初始狀態(tài)是為了讓傳感器穩(wěn)定下來。狀態(tài)保持時(shí)間的處理同樣重要。PIR 在高電平持續(xù)時(shí)間可調(diào)如果傳感器在邊界反復(fù)觸發(fā)GPIO 電平會(huì)在短時(shí)間內(nèi)抖動(dòng)。代碼里只有在狀態(tài)變化且距離上一次變化超過STATE_HOLD_MS時(shí)才發(fā)布能過濾掉大部分短時(shí)抖動(dòng)。發(fā)布時(shí)使用 retained 消息服務(wù)端訂閱后能立即拿到當(dāng)前狀態(tài)而不是等到下次變化。要注意retained 消息的語(yǔ)義是“Broker 保留最近一條”如果設(shè)備離線時(shí)間很長(zhǎng)新的訂閱者可能會(huì)收到過期的狀態(tài)。更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖龇ㄊ前l(fā)布時(shí)加一個(gè)時(shí)間戳字段服務(wù)端根據(jù)時(shí)間判斷是否過期。對(duì)于家庭提醒場(chǎng)景retained 已經(jīng)夠用。3.4 編譯燒錄與串口驗(yàn)證在 Arduino IDE 中選擇 ESP32 Dev Module選擇正確的串口編譯上傳。打開串口監(jiān)視器波特率選 115200。能看到 WiFi 連接成功、MQTT 連接成功并且在傳感器前擺手時(shí)打印publish ok: present人離開一段時(shí)間后打印publish ok: away。同時(shí)可以在電腦上訂閱主題來確認(rèn)消息確實(shí)到了 Brokermosquitto_sub -h 127.0.0.1 -t home/presence/door -v -u esp32 -P 你的MQTT密碼如果能看到home/presence/door present和home/presence/door away說明硬件到 Broker 這一段已經(jīng)通了可以進(jìn)入服務(wù)端開發(fā)。4. Python 服務(wù)端訂閱消息、寫入 SQLite 并推送手機(jī)通知4.1 服務(wù)端職責(zé)與依賴服務(wù)端要做三件事訂閱 MQTT 主題、把事件寫入 SQLite、調(diào)用推送服務(wù)通知手機(jī)。用 Python 寫最直接依賴只有 paho-mqtt、requests 和 flask。安裝pip install paho-mqtt requests flask如果是 paho-mqtt 2.x 版本不同版本在Client構(gòu)造和回調(diào)簽名上略有差異。安裝后可以先打印版本如果遇到 API 兼容提示按官方示例調(diào)整Client的構(gòu)造參數(shù)即可回調(diào)邏輯不變。4.2 SQLite 表結(jié)構(gòu)出沒記錄表只需要記錄設(shè)備、事件類型和發(fā)生時(shí)間。SQLite 單文件、零配置非常適合這個(gè)規(guī)模的項(xiàng)目。CREATE TABLE IF NOT EXISTS presence_log ( id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, device TEXT NOT NULL, event TEXT NOT NULL, created_at TEXT NOT NULL );event字段只存in和out兩種值分別對(duì)應(yīng)有人進(jìn)入和人員離開。created_at使用本地時(shí)間字符串便于直接閱讀也方便 SQL 按天統(tǒng)計(jì)。如果以后接入多個(gè)傳感器device字段可以區(qū)分門口、客廳、走廊等位置。4.3 訂閱與推送代碼import sqlite3 import time import requests import paho.mqtt.client as mqtt MQTT_HOST 127.0.0.1 MQTT_PORT 1883 MQTT_TOPIC home/presence/door SENDKEY 你的Server醬SendKey DB_PATH /opt/presence/presence.db def init_db(): conn sqlite3.connect(DB_PATH) conn.execute( CREATE TABLE IF NOT EXISTS presence_log ( id INTEGER PRIMARY KEY AUTOINCREMENT, device TEXT NOT NULL, event TEXT NOT NULL, created_at TEXT NOT NULL ) ) conn.commit() conn.close() def push_notify(event, created_at): if event in: title 妹妹出沒檢測(cè)到有人進(jìn)入 desp f{created_at} 門口區(qū)域檢測(cè)到人員進(jìn)入 else: title 妹妹出沒檢測(cè)到人員離開 desp f{created_at} 門口區(qū)域人員已離開 url fhttps://sctapi.ftqq.com/{SENDKEY}.send try: resp requests.post(url, data{title: title, desp: desp}, timeout10) print(push response:, resp.text[:200]) except Exception as exc: print(push error:, exc) def on_connect(client, userdata, flags, rc): print(mqtt connected, rc , rc) client.subscribe(MQTT_TOPIC) def on_message(client, userdata, msg): payload msg.payload.decode(errorsignore).strip() if payload present: event in elif payload away: event out else: print(unknown payload:, payload) return created_at time.strftime(%Y-%m-%d %H:%M:%S) conn sqlite3.connect(DB_PATH) conn.execute( INSERT INTO presence_log(device, event, created_at) VALUES (?, ?, ?), (door, event, created_at) )