2021爱智先行者—人体存在传感器

灵感桌面 2021爱智先行者 2021-11-11 16:36:06

 

 

 

 

 

【本文正在参与"2021爱智先行者-征文大赛"活动】https://mp.weixin.qq.com/s/I2s99dZpbP0QpMiKFneYJA


上次说了在 智能灯光开关 的我说了在憋大招,那肯定不会只有这点东西,那么今天我们就来继续!之前 智能灯光开关和光照传感器 已经简单的完成了一个小场景的设备搭建,但是这么好玩的点子怎么就只做这么简单的东西呢?那当然不行了啊,得搞事情!搞大事情!

 

之前的场景仅仅具备检查有没有关灯,并且远程关灯的功能,家里有没有其他人在家,是没办法感知到的,还是不够智能。摄像头又太复杂太贵,于是我准备寻找一个好使的传感器来感知,人的存在。

 

硬件选择

首先,就是翼辉的 边缘计算机 Spirit 1 边缘计算机,这套环境都是建立在这个玩意的基础上。

还有祖传的安信可 ESP32S

人体存在传感器

人体存在传感器方面困扰了我好一阵子,所以准备专门讲一下这个传感器,我尝试了市面上很多人体传感器,常见的大都是CW多普勒体制+类似bis0001芯片 把信号放大进行检测,要么是青蛙眼,只能检测到运动,而且是大幅度运动(具体点:2米距离我甩手没用,得晃动身体。淘宝买到贼贵的那种 );要么是误报率极高,判断难度很高。都没办法简单的满足我的需求,我在打游戏的时候传感器检测不到我,把我灯关了岂不是很尴尬?

 

不过最后我还是找到了一个好东西:阶跃时进的 HS2BC3A 这是一个毫米波传感器。这玩意可有意思了,采用类似雷达的原理,向检测区域发射 24GHz 的 FMCW 无线电波,并接收区域内 的所有运动、微动、极弱微动的目标反射的无线电波,经传感器系统中的毫米波 MMIC 电路转换为电信号,并由数字信号算法处理单元进行信号处理(呼吸信号 提取算法),解算出目标信息(存在、微动、运动、静止等状态)。

这玩意实际上也是一个青蛙眼,也是通过检测到运动来判断,但是他精度能检测到人呼吸产生的运动,众所周知,人不呼吸就会死,所以这个问题也就不复存在了,而且不只是呼吸,包括人的很多大小动作也能被他准确的捕捉到(呼吸都能捕捉到,别说动动手指什么的了),而且还可以通过串口配置很多参数。我实际用起来效果非常棒。

HS2BC3A 可以说是老少皆宜, 有简单的IO数字量输出满足基本使用需求,还有串口可以进行复杂的配置和详细数据输出,串口详细输出甚至能追踪最多8个目标,报告目标的数量距离与信噪比(与数据可靠性相关)。还可以修改模块探测距离,灵敏度,输出模式,输出延时时间(确定目标延时与目标丢失延时),主动获取数据等功能,需要注意的一点是,串口的配置不影响IO口输出,关闭了串口上的主动上报并不会影响IO口输出。

 

因为这个模块太过敏感(HS2BC3A 探测范围是100°×100°,近距离探测范围还会更大一些),在测试和调试的时候,建议将灵敏度和探测距离调整到最低,然后将输出延时时间设置为最短,将模块放置到高于头顶的位置,方便调试代码,要不然会一直检测到调试人员的存在,加上默认持续15S检测不到信号才会判断没人,导致我测试的时候一直没办法切换到无人状态,一度让我怀疑,是不是设备坏了 。

 

 

实际使用的时候官方默认配置就挺好用(我安装在天花板上,大概2-3米高),一个传感器完全可以覆盖主卧和客厅这些位置。手册上写最远7米,设置最多可以到9米,但是远距离探测角度会变窄。

不过官方手册上说因为是检测人体活动和呼吸,如果环境中有干扰源可以通过减少灵敏度规避,或者通过详细串口获取详细数据:点云目标输出 $JYRPO ,这个信息包含了目标序号,目标距离,目标信噪比等信息其中信噪比和可靠性有关,信噪比越大,代表当前检测到的目标可靠性越高,方便手动对数据进行筛选。

 

 

代码解析

获取代码

为了方便讲解逻辑,我会打乱代码的顺序可能还会进行裁剪,要是想直接拿代码跑的朋友可以直接去 灵感桌面的秘密宝库 获取代码,或者直接 clone:

https://gitee.com/inspiration-desktop/DEV-lib-arduino.git

这次受限于篇幅,我就不在赘述代码获取了,代码在 human_body_induction 文件夹里面,如果有不会使用的朋友,可以参考上一篇文档:2021爱智先行者—智能灯光开关-CSDN社区

设备控制命令:

通过 Spirit 1 的应用程序或者调试工具 嗅探器 向传感器设备发送的命令:

{
  "method": "get",
  "obj": ["rtgy"]
}

设备和协议初始化流程:

基于官方 demo 写的不需要做什么修改,主要是设备初始化,管脚配置,和协议初始化部分。

/*
 * 初始化传感器
 */
void sensor_init()
{
    // 初始化 GOIP 口为输入模式,接收传感器发送的信息 
    pinMode(sensor_in,INPUT);
    // 创建传感器任务,周期性传感器的数据并发送给 EdgerOS
    xTaskCreate(periodic_sensor_task, "periodic_sensor_task", ESP_TASK_STACK_SIZE, NULL, ESP_TASK_PRIO, NULL);
​
}
​
void setup() {
    byte mac[6];
    Serial.begin(115200);
    Serial.setDebugOutput(true);
    Serial.println();
​
    // 初始化传感器
    sensor_init();
​
    // 清除一下按键状态机的状态
    button.reset();
  
    // 创建按键扫描线程,长按 IO0 按键,松开后ESP32 将会进入 SmartConfig 模式
    sddc_printf("长按按键进入 Smartconfig...\n");
    button.attachLongPressStop(esp_io0_key_task);
    xTaskCreate(esp_tick_task, "button_tick", ESP_TASK_STACK_SIZE, NULL, ESP_TASK_PRIO, NULL);
    
    // 启动 WiFi 并且连接网络
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
  
    // 获取并打印 IP 地址
    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi connected");
    Serial.print("'ip :");
    Serial.print(WiFi.localIP());
    Serial.println("' to connect"); 
  
    // sddc协议初始化
    sddc_lib_main(&sys_cfg);
​
    // 获取并打印网卡 mac 地址
    WiFi.macAddress(mac);
    sddc_printf("MAC addr: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x\n",
              mac[5], mac[4], mac[3], mac[2], mac[1], mac[0]);
    // 使用网卡 mac 地址设置设备唯一标识 UID
    sddc_set_uid(G_sddc, mac);
}
​
void loop() {
    // 运行 SDDC 协议循环
    while (1) 
    {
        sddc_printf("SDDC running...\n");
        sddc_run(G_sddc);
        sddc_printf("SDDC quit!\n");
    }
​
    // 销毁 SDDC 协议
    sddc_destroy(G_sddc);
}

配置设备信息

这部分代码可以配置 WiFi 名字和 WiFi 密码,要使用的引脚,并且配置设备在 Spirit 1 上显示的信息:

#define SDDC_CFG_PORT             680U             // SDDC 协议使用的端口号
#define PIN_INPUT                 0                // 选择 IO0 进行控制
#define ESP_TASK_STACK_SIZE       4096
#define ESP_TASK_PRIO             25
​
static const int sensor_in  = 34;                  // 数据输入引脚
​
static const char* ssid     = "EOS-Tenda";         // WiFi 名
static const char* password = "1234567890";        // WiFi 密码
​
static int rtgy_state       = 1;
static int xTicksToDelay    = 1000;                // 周期延时时间
  
OneButton button(PIN_INPUT, true);
​
/*
 *  系统对象状态获取注册
 */
DEV_STATE_GET  dev_state_get_reg[] = {
        {"rtgy",   DEV_IO_TYPE,  get_sensor_state},
};
​
/*
 *  当前设备的信息定义
 */
DEV_INFO    dev_info = {
            .name     = "人体感应模块",
            .type     = "device.rtgy",
            .excl     = SDDC_FALSE,
            .desc     = "ESP-32S",
            .model    = "IDRTGY01B",
            .vendor   = "inspiration-desktop",
};
​
/*
 *   系统注册对象汇聚
 */
SDDC_CONFIG_INFO sys_cfg = {
        .token             = "1234567890",            // 设备密码
        .devinfo           = &dev_info,               
        .io_dev_reg        = io_dev,
        .io_dev_reg_num    = ARRAY_SIZE(io_dev),
        .num_dev_reg       = num_dev,
        .num_dev_reg_num   = ARRAY_SIZE(num_dev),
        .state_get_reg     = dev_state_get_reg,
        .state_get_reg_num = ARRAY_SIZE(dev_state_get_reg),
        .dis_dev_reg       = dis_dev,
        .dis_dev_num       = ARRAY_SIZE(dis_dev),
};

回调函数注册

这是收到命令后回调函数注册的位置,在这里注册的函数才能被 SDK 正确的调用,执行正确的动作。

具体 SDK 的解析可以参考 同人逼死官方系列!基于sddc 协议的SDK框架 sddc_sdk_lib 解析同人逼死官方系列!从 DDC 嗅探器到 sddc_sdk_lib 的数据解析

/* 
 *  数字量设备对象函数与处理方法注册
 */
NUM_DEV_REGINFO num_dev[] = {
//        {"set_num_demo", demo},                          // 字符串为输入命令,demo为命令处理函数
​
};
​
/*
 *  显示设备对象函数与处理方法注册
 */
DIS_DEV_REGINFO dis_dev[] = {
//        {"set_dis_demo", demo},                          // 字符串为输入命令,demo为命令处理函数
​
};
​
/*
 * IO设备对象设置函数与处理方法注册
 */
IO_DEV_REGINFO io_dev[] = {
//        {"set_io_demo", demo},                           // 字符串为输入命令,demo为命令处理函数
          {"SW_ctrl", SW_ctrl},
};
​
/*
 *  系统对象状态获取注册
 */
DEV_STATE_GET  dev_state_get_reg[] = {
//        {"demo", DEV_NUM_TYPE, num_get_demo},           // demo为输入命令,字符串为命令处理函数
//        {"demo", DEV_IO_TYPE, io_get_demo},
//        {"demo", DEV_DISPLAY_TYPE, dis_get_demo},
        {"rtgy",   DEV_IO_TYPE,  get_sensor_state},
};
​

数据获取与上报流程

这里是我们自己编写的处理流程 ,可以根据你的需求自己更改,收到 set 或者 get 后根据前面的注册的函数,进入对应的处理函数。

 /*
  * 周期上报函数
  */
static void periodic_sensor_task(void *arg)
{
    int newval = 0;
    int oldval = 0;
    int i = 0;
    // 监控锁开启和关闭状态
    while(1)
    {
        newval = digitalRead(sensor_in);
        if (newval == 0) {
            i++;
        } else {
            i = 0;  
            rtgy_state = 1;
        }
        if( i > 15)
        {
            if (rtgy_state != 0){
                rtgy_state = 0;
                report_sensor_state();
            }
            i = 0; 
        } 
        
        // 任务创建之后,设定延时周期
        delay(xTicksToDelay);
    }
}
​
/* 
 *  主动数据上报函数
 */
static void report_sensor_state()
{  
    int sensorValue = 0;
    cJSON *value;
    cJSON *root;
    char  *msg;
     
    value = cJSON_CreateArray();
    root = cJSON_CreateObject();
    sddc_return_if_fail(value);
    sddc_return_if_fail(root);
      
    sddc_return_if_fail(value);
      
    // 获取传感器数据
    cJSON_AddItemToArray(value, cJSON_CreateString("rtgy"));   // 这里的字符串要和系统对象状态获取注册结构体里的对应
    cJSON_AddItemToObject(root, "obj", value);
      
    // 发送数据给 EdgerOS
    msg = cJSON_Print(root);
    printf("触发上报: %s\n",msg);
    object_report(root);
      
    cJSON_Delete(value);
    cJSON_free(msg);
}
​
/* 
 *  单次获取数据
 */
sddc_bool_t get_sensor_state(char *objvalue, int value_len)
{
    if(rtgy_state)
    {
        strncpy(objvalue, "ON", value_len);
    }else
    {
        strncpy(objvalue, "OFF", value_len);
    }
    
    return SDDC_TRUE;
}

总结

这只是最简单的通过读的应用,本来考虑使用串口进行配置与获取详细数据的,但是在具体实现的时候遇到一点BUG,就先用IO凑合一下,之后有时间再把复杂功能完善。

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