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[项目] Esp32 S3 AI智能摄像头做的简易安保系统

本帖最后由创客编程张于 2025-5-1 21:32 编辑

智能安保系统

在科技飞速发展的当下，智能安防领域正经历着一场革命性的变革。今天，我要为大家揭开一款极具创新性的智能安保系统的神秘面纱，它融合了前沿的 ESP32 S3 AI 摄像头模块技术，为我们的安全保驾护航。你是否曾为传统安保系统的滞后性和低效率而烦恼？是否渴望拥有一套能够实时监测、精准识别、快速响应的智能安保解决方案？这款基于 ESP32 S3 AI 摄像头模块的智能安保系统，正是你一直在寻找的答案。它凭借着强大的 AI 处理能力、出色的图像识别技术以及高效的网络通信功能，能够在复杂的环境中精准捕捉异常，第一时间发出警报，让潜在的安全威胁无所遁形。接下来，就让我们一同深入了解这款智能安保系统的神奇之处吧！

智能安保系统中涉及ESP32-S3 AI相关功能的一些示例C语言代码，涵盖了前端感知（摄像头图像采集、麦克风音频采集）、数据传输（Wi-Fi连接）、AI处理（简单图像特征提取示例）等部分功能。应用中可能需要根据需求进行调整和完善，并且完整实现智能安保系统还会涉及更多复杂的逻辑和代码。

一、准备工作

1.下载Arduino IED,按照教程下载最新版软件

下载链接：Arduino入门教程00 - 初始Arduino DF创客社区

2.打开软件，点击工具，点击第2栏的首选项（如图）

3.选择语言（重启软件后生效），输入链接，点击确定

4.安装开发板（如图按顺序点击）

找到esp32,并点击安装（我这里已经安装完成）

二、编写程序

1.引入ESP32 开发所需的标准库和 ESP-IDF 库，包括网络、日志、GPIO、SPI、I2S 和 Wi - Fi 相关的库。定义相关配置（WiFi账号密码需自行修改）

<font face="微软雅黑" size="2">#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_netif.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/spi_master.h"
#include "driver/i2s.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "ip4_addr.h"

// 日志标签
static const char* TAG = "ESP32-S3_Security_System";

// Wi-Fi配置信息
#define EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID      "your_wifi_ssid"
#define EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS      "your_wifi_password"

// 摄像头相关SPI配置
#define CAMERA_MCLK_PIN           19
#define CAMERA_HREF_PIN           23
#define CAMERA_VSYNC_PIN          25
#define CAMERA_DATA_OUT_PIN       26
#define CAMERA_PCLK_PIN           27
#define CAMERA_XCLK_PIN           0
#define CAMERA_PWDN_PIN           32
#define CAMERA_RESET_PIN          33

// 麦克风I2S配置
#define I2S_MCK_PIN               0
#define I2S_BCK_PIN               2
#define I2S_LRCK_PIN              3
#define I2S_DO_PIN                4
#define I2S_DI_PIN                5</font>
复制代码

2.[color=rgba(0, 0, 0, 0.85)]对输入的 RGB 图像数据进行灰度化处理，将每个像素的 R、G、B 分量转换为灰度值，并更新图像数据。

<font face="微软雅黑" size="2">// 简单图像特征提取示例（这里只是简单的灰度化处理）
void simple_image_feature_extraction(uint8_t* image_data, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < width * height; i++) {
        // 简单的灰度化公式：Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
        // 这里假设图像是RGB格式，且每个像素占3个字节
        uint8_t r = image_data[i * 3];
        uint8_t g = image_data[i * 3 + 1];
        uint8_t b = image_data[i * 3 + 2];
        uint8_t gray = (uint8_t)(0.299 * r + 0.587 * g + 0.114 * b);
        image_data[i * 3] = gray;
        image_data[i * 3 + 1] = gray;
        image_data[i * 3 + 2] = gray;
}
}</font>
复制代码

3.然后处理 Wi - Fi 和 IP 相关的事件。当 Wi - Fi 启动时，尝试连接到 Wi - Fi；当 Wi - Fi 断开连接时，尝试重新连接；当获取到 IP 地址时，输出日志信息。

<font face="微软雅黑" size="2">// Wi-Fi连接事件处理回调函数
static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,
                          int32_t event_id, void* event_data)
{
    if (event_base == WIFI_EVENT) {
        switch (event_id) {
            case WIFI_EVENT_STA_START:
                esp_wifi_connect();
                break;
            case WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED:
                ESP_LOGW(TAG, "Wi-Fi disconnected, trying to reconnect...");
                esp_wifi_connect();
                break;
        }
    } else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {
        ip_event_got_ip_t* event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;
        ESP_LOGI(TAG, "Got IP: " IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
    }
}</font>
复制代码

4.初始化 Wi - Fi 连接。包括初始化网络接口、创建事件循环、创建默认的 Wi - Fi STA 模式，注册事件处理函数，设置 Wi - Fi 配置并启动 Wi - Fi。

<font face="微软雅黑" size="2">// 初始化Wi-Fi连接
void wifi_init_sta(void)
{
    esp_netif_init();
    esp_event_loop_create_default();
    esp_netif_create_default_wifi_sta();

    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_wifi_init(&cfg);

    esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID,
                                        &event_handler, NULL, NULL);
    esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP,
                                        &event_handler, NULL, NULL);

    wifi_config_t wifi_config = {
       .sta = {
           .ssid = EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID,
           .password = EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS,
           .threshold.authmode = WIFI_AUTH_WPA2_PSK,
           .sae_pwe_h2e = WPA3_SAE_PWE_BOTH,
        },
    };
    esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
    esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config);
    esp_wifi_start();
}</font>
复制代码

5.初始化摄像头

<font face="微软雅黑" size="2">// 初始化摄像头
void camera_init(void) {
    gpio_config_t io_conf = {};
    // 输出引脚配置
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << CAMERA_MCLK_PIN) | (1ULL << CAMERA_XCLK_PIN) |
                           (1ULL << CAMERA_PWDN_PIN) | (1ULL << CAMERA_RESET_PIN);
    gpio_config(&io_conf);

    // 输入引脚配置
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << CAMERA_HREF_PIN) | (1ULL << CAMERA_VSYNC_PIN) |
                           (1ULL << CAMERA_DATA_OUT_PIN) | (1ULL << CAMERA_PCLK_PIN);
    gpio_config(&io_conf);

    ESP_LOGI(TAG, "Camera initialized");
}</font>
复制代码

6.初始化麦克风

<font face="微软雅黑" size="2">// 初始化麦克风I2S
void microphone_init(void) {
    i2s_config_t i2s_config = {
       .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
       .sample_rate = 44100,
       .bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
       .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
       .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S,
       .intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
       .dma_buf_count = 8,
       .dma_buf_len = 64,
       .use_apll = false,
       .tx_desc_auto_clear = true,
       .fixed_mclk = I2S_MCK_PIN,
    };

    i2s_pin_config_t pin_config = {
       .bck_io_num = I2S_BCK_PIN,
       .ws_io_num = I2S_LRCK_PIN,
       .data_in_num = I2S_DO_PIN,
       .data_out_num = I2S_DI_PIN,
    };

    esp_err_t err = i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL);
    if (err != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to install I2S driver: %s", esp_err_to_name(err));
        return;
    }

    err = i2s_set_pin(I2S_NUM_0, &pin_config);
    if (err != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to set I2S pins: %s", esp_err_to_name(err));
        i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0);
        return;
    }

    ESP_LOGI(TAG, "Microphone initialized");
}</font>
复制代码

7.采集摄像头图像数据示例函数（这里简单做了一个程序，实际使用请查看相关教程DFRobot DFR1154 ESP32-S3 AI CAM使用教程）

void capture_camera_image(uint8_t* buffer, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < width * height * 3; i++) {
        buffer[i] = rand() % 256;
    }
    ESP_LOGI(TAG, "Camera image captured");
}
复制代码

采集麦克风音频数据示例函数

void capture_microphone_audio(int16_t* buffer, int buffer_size) {
    for (int i = 0; i < buffer_size; i++) {
        buffer[i] = rand() % 32768 - 16384;
    }
    ESP_LOGI(TAG, "Microphone audio captured");
}
复制代码

8.编写主程序

void app_main(void)
{
    // 初始化NVS
    esp_err_t ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        ret = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(ret);

    // 初始化随机数种子
    srand(esp_random());

    // 初始化Wi-Fi连接
    wifi_init_sta();

    // 初始化摄像头
    camera_init();

    // 初始化麦克风
    microphone_init();

    // 定义图像和音频数据缓冲区
    const int image_width = 640;
    const int image_height = 480;
    uint8_t* camera_image_buffer = (uint8_t*)malloc(image_width * image_height * 3);
    if (camera_image_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for camera image buffer");
        return;
    }

    const int audio_buffer_size = 1024;
    int16_t* microphone_audio_buffer = (int16_t*)malloc(audio_buffer_size * sizeof(int16_t));
    if (microphone_audio_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for microphone audio buffer");
        free(camera_image_buffer);
        return;
    }

    while (1) {
        // 采集摄像头图像数据
        capture_camera_image(camera_image_buffer, image_width, image_height);
        // 进行简单的图像特征提取
        simple_image_feature_extraction(camera_image_buffer, image_width, image_height);
        // 采集麦克风音频数据
        capture_microphone_audio(microphone_audio_buffer, audio_buffer_size);
        // 这里可以添加将数据发送到云端或进行进一步AI处理的代码
        // 例如通过网络发送数据等
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }

    // 释放内存
    free(camera_image_buffer);
    free(microphone_audio_buffer);
}
复制代码

9.所有程序（部分需自主修改）

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_netif.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "driver/spi_master.h"
#include "driver/i2s.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "ip4_addr.h"

// 日志标签
static const char* TAG = "ESP32-S3_Security_System";

// Wi-Fi配置信息
#define EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID      "your_wifi_ssid"
#define EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS      "your_wifi_password"

// 摄像头相关SPI配置
#define CAMERA_MCLK_PIN           19
#define CAMERA_HREF_PIN           23
#define CAMERA_VSYNC_PIN          25
#define CAMERA_DATA_OUT_PIN       26
#define CAMERA_PCLK_PIN           27
#define CAMERA_XCLK_PIN           0
#define CAMERA_PWDN_PIN           32
#define CAMERA_RESET_PIN          33

// 麦克风I2S配置
#define I2S_MCK_PIN               0
#define I2S_BCK_PIN               2
#define I2S_LRCK_PIN              3
#define I2S_DO_PIN                4
#define I2S_DI_PIN                5

// 简单图像特征提取示例（这里只是简单的灰度化处理）
void simple_image_feature_extraction(uint8_t* image_data, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < width * height; i++) {
        // 简单的灰度化公式：Y = 0.299 * R + 0.587 * G + 0.114 * B
        // 这里假设图像是RGB格式，且每个像素占3个字节
        uint8_t r = image_data[i * 3];
        uint8_t g = image_data[i * 3 + 1];
        uint8_t b = image_data[i * 3 + 2];
        uint8_t gray = (uint8_t)(0.299 * r + 0.587 * g + 0.114 * b);
        image_data[i * 3] = gray;
        image_data[i * 3 + 1] = gray;
        image_data[i * 3 + 2] = gray;
    }
}

// Wi-Fi连接事件处理回调函数
static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base,
                          int32_t event_id, void* event_data)
{
    if (event_base == WIFI_EVENT) {
        switch (event_id) {
            case WIFI_EVENT_STA_START:
                esp_wifi_connect();
                break;
            case WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED:
                ESP_LOGW(TAG, "Wi-Fi disconnected, trying to reconnect...");
                esp_wifi_connect();
                break;
        }
    } else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {
        ip_event_got_ip_t* event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;
        ESP_LOGI(TAG, "Got IP: " IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
    }
}

// 初始化Wi-Fi连接
void wifi_init_sta(void)
{
    esp_netif_init();
    esp_event_loop_create_default();
    esp_netif_create_default_wifi_sta();

    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_wifi_init(&cfg);

    esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID,
                                        &event_handler, NULL, NULL);
    esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP,
                                        &event_handler, NULL, NULL);

    wifi_config_t wifi_config = {
       .sta = {
           .ssid = EXAMPLE_ESP_WIFI_SSID,
           .password = EXAMPLE_ESP_WIFI_PASS,
           .threshold.authmode = WIFI_AUTH_WPA2_PSK,
           .sae_pwe_h2e = WPA3_SAE_PWE_BOTH,
        },
    };
    esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
    esp_wifi_set_config(ESP_IF_WIFI_STA, &wifi_config);
    esp_wifi_start();
}

// 初始化摄像头
void camera_init(void) {
    gpio_config_t io_conf = {};
    // 输出引脚配置
    io_conf.mode = GPIO_MODE_OUTPUT;
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << CAMERA_MCLK_PIN) | (1ULL << CAMERA_XCLK_PIN) |
                           (1ULL << CAMERA_PWDN_PIN) | (1ULL << CAMERA_RESET_PIN);
    gpio_config(&io_conf);

    // 输入引脚配置
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << CAMERA_HREF_PIN) | (1ULL << CAMERA_VSYNC_PIN) |
                           (1ULL << CAMERA_DATA_OUT_PIN) | (1ULL << CAMERA_PCLK_PIN);
    gpio_config(&io_conf);

    ESP_LOGI(TAG, "Camera initialized");
}

// 初始化麦克风I2S
void microphone_init(void) {
    i2s_config_t i2s_config = {
       .mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
       .sample_rate = 44100,
       .bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
       .channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_LEFT,
       .communication_format = I2S_COMM_FORMAT_I2S,
       .intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
       .dma_buf_count = 8,
       .dma_buf_len = 64,
       .use_apll = false,
       .tx_desc_auto_clear = true,
       .fixed_mclk = I2S_MCK_PIN,
    };

    i2s_pin_config_t pin_config = {
       .bck_io_num = I2S_BCK_PIN,
       .ws_io_num = I2S_LRCK_PIN,
       .data_in_num = I2S_DO_PIN,
       .data_out_num = I2S_DI_PIN,
    };

    esp_err_t err = i2s_driver_install(I2S_NUM_0, &i2s_config, 0, NULL);
    if (err != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to install I2S driver: %s", esp_err_to_name(err));
        return;
    }

    err = i2s_set_pin(I2S_NUM_0, &pin_config);
    if (err != ESP_OK) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to set I2S pins: %s", esp_err_to_name(err));
        i2s_driver_uninstall(I2S_NUM_0);
        return;
    }

    ESP_LOGI(TAG, "Microphone initialized");
}

// 采集摄像头图像数据示例函数
// 这里只是简单模拟获取图像数据，实际需要更复杂的摄像头驱动操作
void capture_camera_image(uint8_t* buffer, int width, int height) {
    for (int i = 0; i < width * height * 3; i++) {
        buffer[i] = rand() % 256;
    }
    ESP_LOGI(TAG, "Camera image captured");
}

// 采集麦克风音频数据示例函数
// 这里只是简单模拟获取音频数据，实际需要更复杂的I2S驱动操作
void capture_microphone_audio(int16_t* buffer, int buffer_size) {
    for (int i = 0; i < buffer_size; i++) {
        buffer[i] = rand() % 32768 - 16384;
    }
    ESP_LOGI(TAG, "Microphone audio captured");
}

void app_main(void)
{
    // 初始化NVS
    esp_err_t ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        ret = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(ret);

    // 初始化随机数种子
    srand(esp_random());

    // 初始化Wi-Fi连接
    wifi_init_sta();

    // 初始化摄像头
    camera_init();

    // 初始化麦克风
    microphone_init();

    // 定义图像和音频数据缓冲区
    const int image_width = 640;
    const int image_height = 480;
    uint8_t* camera_image_buffer = (uint8_t*)malloc(image_width * image_height * 3);
    if (camera_image_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for camera image buffer");
        return;
    }

    const int audio_buffer_size = 1024;
    int16_t* microphone_audio_buffer = (int16_t*)malloc(audio_buffer_size * sizeof(int16_t));
    if (microphone_audio_buffer == NULL) {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to allocate memory for microphone audio buffer");
        free(camera_image_buffer);
        return;
    }

    while (1) {
        // 采集摄像头图像数据
        capture_camera_image(camera_image_buffer, image_width, image_height);
        // 进行简单的图像特征提取
        simple_image_feature_extraction(camera_image_buffer, image_width, image_height);
        // 采集麦克风音频数据
        capture_microphone_audio(microphone_audio_buffer, audio_buffer_size);
        // 这里可以添加将数据发送到云端或进行进一步AI处理的代码
        // 例如通过网络发送数据等
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }

    // 释放内存
    free(camera_image_buffer);
    free(microphone_audio_buffer);
}
复制代码