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[ESP8266/ESP32]基于 ESP32-S31-Korvo 与 C4002 毫米波传感器的离席/久坐提...

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2026-6-7 15:44:20 [显示全部楼层]
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[ESP8266/ESP32] 基于 ESP32-S31-Korvo 与 C4002 毫米波传感器的离席/久坐提...

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1. 项目背景


久坐提醒是健康类嵌入式应用中一个很典型的场景。传统方案通常依赖按键、压力传感器、摄像头或 BLE 设备判断用户是否在座，但这些方案要么需要额外结构设计，要么涉及隐私问题。


本项目尝试使用 DFRobot C4002 毫米波人体存在传感器，结合 ESP32-S31-Korvo 开发板，实现一个适合书房、办公室场景的离席/久坐提醒器。


工程目标包括：


  • 通过 USB-TTL 转接器读取 C4002 数据；
  • 判断人体是否处于座位区域；
  • 在 LCD 屏幕显示当前状态、目标距离、久坐时间和倒计时；
  • 久坐超过阈值后点亮板载 RGB LED；
  • 支持离席重置和久坐时间统计。



项目仓库结构基于 ESP-IDF 工程组织，目标芯片为 esp32s31。


2. 硬件环境


使用的主要硬件如下：


  • ESP32-S31-Korvo 开发板；
  • DFRobot C4002 毫米波人体存在传感器；
  • USB-TTL 转接器，例如 CH340/CH34x；
  • ESP32-S31-Korvo 板载 800x480 RGB LCD；
  • ESP32-S31-Korvo 板载 WS2812 RGB LED。



C4002 通过 USB-TTL 转接器连接到 ESP32-S31 的 USB Host 接口。这个连接方式先通过 ESP-IDF 官方 CDC Host 示例验证过，可正常识别 CH340 设备并读取串口数据。


之所以采用 USB-TTL 转接器，而不是直接使用普通 UART GPIO，是因为 ESP32-S31-Korvo 开发板的大量 I/O 已经分配给 RGB LCD、音频、按键、摄像头、SD 卡等板载外设，开发板没有额外引出足够方便使用的空闲 I/O 接口来连接 C4002。相比重新飞线或改动板载外设，使用 USB Host 接 USB-TTL 转接器更稳定，也更适合做可复现的开发板示例。


构建目标设置为：


  1. idf.py --preview set-target esp32s31
复制代码



因为当前使用的 ESP-IDF 分支中，esp32s31 仍属于 preview target，所以后续 idf.py 命令也需要带 --preview。


3. USB CDC Host 接入 C4002


C4002 模块本质上通过 UART 输出数据。由于开发板侧使用 USB Host，因此采用 USB-TTL 转接器接入。


工程依赖以下 USB VCP/CDC 组件：


  1. dependencies:

  2.   usb_host_cdc_acm: "^2.3"

  3.   usb_host_ch34x_vcp: "^2.2"

  4.   usb_host_cp210x_vcp: "^2.2"

  5.   usb_host_ftdi_vcp: "^2.1"
复制代码



程序启动后会安装 USB Host 和 CDC ACM Host 驱动，并监听新设备连接：


  1. const cdc_acm_host_driver_config_t driver_config = {

  2.     .driver_task_stack_size = 4096,

  3.     .driver_task_priority = USB_HOST_PRIORITY + 1,

  4.     .xCoreID = 0,

  5.     .new_dev_cb = new_dev_cb,

  6. };

  7. 

  8. cdc_acm_host_install(&driver_config);
复制代码



当 CH340 转接器插入后，日志类似：


  1. USB CDC connected VID=0x1A86 PID=0x7523

  2. CDC device opened at 115200 8N1
复制代码



C4002 默认波特率为 115200，使用 8N1。


4. C4002 数据帧解析


开发初期先按 ASCII 文本方式兼容解析，例如：


  1. state=presence,presence_dist=1.20

  2. state=motion,motion_speed=0.34

  3. state=none
复制代码



但实际测试中发现，C4002 通过当前配置输出的是二进制帧。抓到的数据帧以如下头部开始：


  1. FA F5 AA A5
复制代码



根据日志分析，帧格式大致为：


  • FA F5 AA A5：帧头；
  • 后 2 字节：小端整帧长度；
  • 最后 2 字节：前面所有字节的加和校验；
  • 偏移 12：目标状态；
  • 偏移 24、25：目标距离，单位厘米，小端格式。



状态字段当前按如下方式解释：


  1. 0：无目标

  2. 1：静止存在

  3. 2：运动
复制代码



解析代码中会校验帧头、长度和 checksum。距离字段解析后转换为米，用于 LCD 和日志显示。


5. 为什么必须结合距离判断


最开始只根据 C4002 的 Static Presence 和 Motion 状态判断用户是否久坐。测试后发现，这样会有一个明显问题：


用户离开座位但仍在房间内，C4002 仍可能检测到人体存在。此时传感器状态仍是 Static Presence 或 Motion，单纯依赖状态无法判断“在座”还是“离开座位”。


因此后续加入距离判断：


  1. 默认座位有效距离：30cm ~ 100cm
复制代码



只有当目标距离在这个范围内时，才认为用户处于座位区域：


  1. sample->in_seat_zone = distance_cm >= CONFIG_C4002_SEAT_MIN_DISTANCE_CM &&

  2.                        distance_cm <= CONFIG_C4002_SEAT_MAX_DISTANCE_CM;
复制代码



当距离超过 1m，例如日志中的：


  1. target_dist=1.50m

  2. seated=no
复制代码



即使状态仍为 Static Presence，也不再累计久坐时间。


6. 久坐计时逻辑的迭代


这个项目中最容易出错的是计时逻辑。


早期逻辑中，进入 session 后使用：


  1. static_s = now - static_start_us;
复制代码



这会导致一个问题：如果用户短暂离开座位区域，但还没有达到 away reset 时间，程序虽然显示 seated=no，但内部提醒判断仍可能继续按 wall-clock 时间增长。


例如：


  1. static=7s

  2. target_dist=1.56m

  3. seated=no

  4. ...

  5. REMINDER | Static presence for 15s
复制代码



这明显不符合预期，因为用户已经离开座位区域，倒计时应该暂停。


最终修正为“实际在座累计时间”模型：


  1. int64_t seated_interval_start_us;

  2. int64_t seated_accumulated_us;
复制代码



逻辑如下：


  • seated=yes 时开始或继续累计；
  • seated=no 时暂停累计；
  • 重新回到座位区域后继续累计；
  • 超过 away reset 时间后重置 session；
  • 久坐提醒只在 in_seat_zone=true 时触发。



这样就能实现：


  1. 0.96m 内累计到 7 秒

  2. 离开到 1.56m 后倒计时暂停

  3. 回到 1m 内后从 7 秒继续

  4. 累计到 15 秒才提醒
复制代码



7. 板载 RGB LED 控制问题


开发中遇到过一个典型硬件映射问题。


一开始根据资料误以为板载可寻址 RGB LED 在 GPIO8，但实际烧录后 LED 没有反应。后续查看 ESP32-S31-Korvo 出厂 demo 的 BSP，发现：


  1. #define BSP_LED_WS2812 GPIO_NUM_37
复制代码



而 GPIO8 是 LCD 的 RGB 数据线：


  1. #define BSP_LCD_DATA0 GPIO_NUM_8
复制代码



所以正确的 WS2812 引脚是 GPIO37。


出厂 demo 使用 led_strip 组件和 RMT 驱动 WS2812，颜色格式为 GRB。当前工程中采用 RMT 自定义 encoder 控制板载灯：


  • 上电短暂红灯自检；
  • 久坐提醒触发后点亮红灯；
  • 离座 reset 后熄灭红灯。



8. LCD 显示实现


ESP32-S31-Korvo 带有 800x480 RGB LCD。出厂 demo 中 LCD 参数如下：


  1. 分辨率：800 x 480

  2. 颜色格式：RGB565

  3. 数据宽度：16-bit RGB

  4. PCLK：26 MHz
复制代码



关键 GPIO：


  1. DATA0  GPIO8

  2. DATA1  GPIO9

  3. ...

  4. DATA15 GPIO36

  5. PCLK   GPIO40

  6. DE     GPIO43

  7. HSYNC  GPIO44

  8. VSYNC  GPIO45
复制代码



最开始尝试直接引入完整出厂 BSP，但它会连带引入 Camera、Video、Audio、SD 等依赖，其中 esp_video 在当前环境下编译遇到 sys/socket.h 缺失问题。


因此最终采用“最小 LCD 初始化”方案：


  • 只移植 RGB LCD GPIO 和时序参数；
  • 使用 esp_lcd_new_rgb_panel() 初始化 RGB panel；
  • 使用 esp_lvgl_adapter 注册到 LVGL；
  • 不引入完整 BSP。



LCD 初始化核心代码类似：


  1. esp_lcd_rgb_panel_config_t panel_config = {

  2.     .timings = {

  3.         .pclk_hz = 26 * 1000 * 1000,

  4.         .h_res = 800,

  5.         .v_res = 480,

  6.         .hsync_pulse_width = 1,

  7.         .hsync_back_porch = 40,

  8.         .hsync_front_porch = 20,

  9.         .vsync_pulse_width = 1,

  10.         .vsync_back_porch = 10,

  11.         .vsync_front_porch = 5,

  12.         .flags.pclk_active_neg = true,

  13.     },

  14.     .data_width = 16,

  15.     .in_color_format = LCD_COLOR_FMT_RGB565,

  16.     .flags.fb_in_psram = true,

  17. };
复制代码



9. PSRAM 配置问题


启用 LCD 后第一次运行遇到：


  1. lcd_rgb_panel_alloc_frame_buffers: no mem for frame buffer

  2. esp_lcd_new_rgb_panel: alloc frame buffers failed
复制代码



原因是 LCD 帧缓冲太大。800x480 RGB565 单帧约 750KB，内部 RAM 无法承载，必须启用 PSRAM。


出厂 demo 中也开启了 PSRAM：


  1. CONFIG_SPIRAM=y

  2. CONFIG_SPIRAM_SPEED_250M=y

  3. CONFIG_SPIRAM_XIP_FROM_PSRAM=y
复制代码



启用后启动日志中可以看到：


  1. esp_psram: Found 16MB PSRAM device

  2. esp_psram: Speed: 250MHz

  3. esp_psram: Adding pool of 15680K of PSRAM memory
复制代码



LCD 初始化也正常：


  1. RGB LCD registered to LVGL adapter

  2. LCD UI initialized
复制代码



10. LCD 界面内容


LCD 界面主要面向调试和实际使用，显示内容包括：


  • 状态图标；
  • 当前状态；
  • 是否在座；
  • 目标距离；
  • 久坐提醒倒计时；
  • 当前静止在座时间；
  • 当前 session 时间；
  • 总静止在座统计时间。



状态图标设计为简单字符：


  1. ?：未知

  2. O：离座或无目标

  3. S：在座

  4. M：运动

  5. !：久坐提醒
复制代码


基于 ESP32-S31-Korvo 与 C4002 毫米波传感器的离席/久坐提...图1
倒计时逻辑需要特别注意：


  • 在座时倒计时减少；
  • 离开座位区域时倒计时暂停；
  • 回到座位区域后继续；
  • 达到阈值后显示提醒状态。


基于 ESP32-S31-Korvo 与 C4002 毫米波传感器的离席/久坐提...图2
11. 当前默认配置


当前工程默认配置如下：


  1. 久坐提醒阈值：15 秒

  2. 重复提醒间隔：300 秒

  3. 离座重置时间：10 秒

  4. 座位有效距离：30cm ~ 100cm

  5. LCD 显示：开启

  6. 板载 RGB LED：GPIO37
复制代码



配置文件主要包括：


  1. sdkconfig.defaults

  2. main/Kconfig.projbuild

  3. main/idf_component.yml
复制代码



建议将 sdkconfig.defaults 上传仓库，便于其他开发者复现关键配置。


12. 构建与烧录


代码仓库地址：


  1. https://gitee.com/zealsoft/c4002_sedentary_reminder
复制代码



构建命令：


  1. cd D:\esp\master\esp-idf\projects\c4002_sedentary_reminder

  2. idf.py --preview set-target esp32s31

  3. idf.py --preview build

  4. idf.py --preview flash monitor
复制代码



13. 仓库上传建议


建议上传：


  1. CMakeLists.txt

  2. README.md

  3. README_zh.md

  4. sdkconfig.defaults

  5. dependencies.lock

  6. main/

  7. .gitignore
复制代码



建议忽略：


  1. build/

  2. managed_components/
复制代码



managed_components 是 ESP-IDF Component Manager 自动下载的依赖，不需要上传。build 是构建产物，也不应上传。


如果希望完全复现当前开发环境，也可以上传 sdkconfig。但更通用的做法是上传 sdkconfig.defaults，让用户通过 idf.py set-target 和默认配置生成自己的 sdkconfig。


14. 总结


这个项目看起来只是一个“久坐提醒器”，但实际开发中涉及了不少嵌入式工程细节：


  • USB Host CDC 设备枚举；
  • C4002 二进制帧解析；
  • 毫米波存在状态与距离联合判断；
  • 防止房间内其他位置误判为在座；
  • WS2812 引脚与 LCD 引脚冲突排查；
  • ESP32-S31-Korvo RGB LCD 初始化；
  • LVGL adapter 接入；
  • PSRAM 帧缓冲配置；
  • 久坐计时逻辑从 wall-clock 改为实际在座累计。



最终实现的效果是：系统能够通过 C4002 判断用户是否处于座位区域，在 LCD 上显示状态和倒计时，并在实际久坐达到阈值后点亮红灯提醒用户起身活动。


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精彩评论(1)

神一样的老师  初级技师
 楼主|

发表于 9 分钟前

演示视频发到B站了：https://www.bilibili.com/video/BV1D2Ex6rEtQ/
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