ESP32设计的智能家居监控系统

硬禾学堂|Hard grace|

2024-12-05 16:37:59 650

想随时用手机看看家里宠物在做什么？想远程查看一下孩子有没有在认真做作业吗？今天要给大家介绍的项目就是一个基于ESP32的智能家居监控系统，让你能够随时用手机监测家中情况还能调整监控角度。一起来看看【鲜de芒果】是如何实现这个项目的吧！

完整项目已开源至电子森林：

https://www.eetree.cn/project/detail/3454

No.1

硬件介绍

ESP32-S3-WROOM-1U 是一款通用型 Wi-Fi + 低功耗蓝牙 MCU 模组，搭载 ESP32-S3 系列芯片。除具有丰富的外设接口外，模组还拥有强大的神经网络运算能力和信号处理能力，适用于 AIoT 领域的多种应用场景，例如唤醒词检测和语音命令识别、人脸检测和识别、智能家居、智能家电、智能控制面板、智能扬声器等。

adafruit ov5640是由Adafruit 推出的具有一个高质量的 OV5640相机，500万像素传感器元件，120度广角镜头，以及所需要的所有支持电路。

WS2812B 是一个集控制电路与发光电路于一体的智能外控LED光源。其外型与一个5050 LED灯珠相同，每个元件即为一个像素点。像素点内部包含了智能数字接口数据锁存信号整形放大驱动电路，还包含有高精度的内部振荡器和可编程定电流控制部分，有效保证了像素点光的颜色高度一致。

No.2

功能概览

实时视频监控：系统通过连接的摄像头不断监控家中的动态，用户可以通过移动应用实时查看家中的情况。

远程控制：用户可以远程操作家中的智能设备，如灯光、空调、门锁等，实现家居自动化。

云台控制：用户可以远程操作摄像头云台功能。

设计思路

模块化设计：将系统分为视频采集、数据传输、用户交互等功能模块，各模块相对独立，便于维护和升级。
高效数据处理：利用ESP32的双核处理器特性，并行处理视频数据和传感器数据。
安全性考虑：在视频传输过程中，采用加密算法保证数据的安全性。
智能家居平台集成：集成到智能家居应用平台，利用智能家居平台的强大功能，实现家居自动化，UI交互以及远程控制。

No.3

功能实现

硬件设计

ESP32-S3-EYE 是乐鑫推出的一款小型 AI（人工智能）开发板，搭载 ESP32-S3 芯片和乐鑫 AI 开发框架 ESP-WHO。本设计参考 ESP32-S3-EYE 原理图，在 ESP32-S3-WROOM-1U 模块的基础上增加 adafruit ov5640、WS2812B 和舵机控制电路实现。本项目硬件设计框图如下图所示：

软件功能实现

软件方面参考了很多成熟方案，综合评比各方面功能最终决定采用 ESPHome + Home Assistant 完成固件开发与远程控制。

Home Assistant 是一款在 Python 3 上运行的家庭自动化平台。能够跟踪和控制家庭中的所有设备，并提供自动化控制平台。有一个简单的、适合移动设备的界面来控制你的所有设备，且不会将任何数据存储在云端，以保护个人隐私。

ESPHome 是一个通过简单而强大的配置文件控制您的 ESP8266/ESP32 和 RP2040 的系统，并通过家庭自动化系统远程控制它们。

本项目使用 ESPHome 作为固件的开发，因此都是通过配置文件的形式对固件进行配置相应的功能。

软件实现部分，主要分为以下功能实现:

网络配置：设置了WiFi连接参数，并在需要时配置了静态IP，以确保设备能够稳定地连接到网络。
基本开关：配置了基本的开关功能，用于控制设备的重启等操作。
舵机控制：通过PWM信号控制舵机，实现摄像头云台的X轴和Y轴转动，从而控制摄像头的视野范围。
灯光控制：利用WS2812B灯珠作为补光灯，通过ESP32_RMT_LED_STRIP平台控制灯光的开关、亮度和颜色，以适应不同的监控环境。
视频摄像：配置了ESP32相机模块，获取实时视频流，支持远程观看家庭或办公室等场所的实时影像。
按键云台控制：通过配置按键组件，实现了对摄像头云台的控制，包括左移、右移、上移、下移以及回中功能。

各部分功能实现具体代码在此不做过多介绍,详细可见完整项目报告。

整个软件实现部分的关键在于通过ESPHome的配置文件来设置和控制硬件设备，而Home Assistant则用于实现设备的远程控制和家庭自动化管理。这样的组合使得项目不仅能够实现基本的视频监控功能，还能够集成到智能家居系统中，实现更广泛的自动化和远程控制功能。

No.4

功能展示

PCB设计

硬件3D预览

实物展示

外壳+云台展示

项目实现功能演示具体可见完整项目视频

No.5

总结

本项目成功实现了基于ESP32的智能家居视频监控应用，涵盖视频采集、数据传输、智能检测与用户交互等多个功能模块。通过模块化设计和高效的数据处理机制，系统具备稳定、可靠和易于扩展的特性。在未来，我们可以进一步优化视频压缩算法，提高数据传输效率和图像质量，同时拓展更多的智能家居功能，如联动安防设备和家电控制，实现完整的智能家居系统。

遇到的问题

云台X轴舵机在控制时会有抖动出现，经排查由于整个云台加上控制板太重导致X轴云台电机输出轴不平衡，需要对外壳以及X、Y轴传动机构进行减重以及经轴的平衡处理，当然也可以更换驱动更强劲的舵机来进行改善。

补光不足，原本想法还是挺好的，在摄像模块周四放置了四个 WS2812B 灯珠进行补光操作，但由于该灯珠的功率有限，实际上补光的效果很有限，只在近距离的情况下比较明显，稍远一些就起不到补光作用了。如有稍远距离的补光需求，可以将其接入到智能家居中，也可以实现联动控制。

硬件方案中设计有一个小功率的锂电池充电电路，可以实现锂电池的充电与供电。外壳也预留了锂电池的接口槽，但实际使用下来还是稍有不便。应该将锂电池放置到外壳内才对，由于在焊接PCB时已经将锂电池接口插座焊接上了，因此在设计外壳时只考虑了接口而没有考虑将锂电池内置到外壳内。

心得体会

《FastBond》这活动自由度比较高，最大限度地发挥个人的想象力、创造力进行创作。当然所要求的知识也是比较的，一个项目下来能将自己的知识融会贯通，理论结合实践。

最后，感谢硬禾学堂联合 DigiKey 推出的这次活动！此次活动带给我许多宝贵实践经验和机会，我们下期活动再见！

免责声明：本文采摘自“硬禾学堂”，本文仅代表作者个人观点，不代表英国正版365官方网站及行业观点，只为转载与分享，支持保护知识产权，转载请注明原出处及作者，如有侵权请联系我们删除。

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