基于ESP32+Wi‑Fi CSI的开源项目ESPectre

ESPectre是基于ESP32 Wi‑Fi CSI信道状态信息的无摄像头、无麦克风、纯无线无感运动检测系统主打隐私保护、低功耗、Home Assistant 深度集成适合智能家居、安防、老人看护等场景。仓库地址https://github.com/francescopace/espectre一、项目定位与核心价值1. 项目定位ESPectre ESP32 CSI 数学算法 Home Assistant 全屋无感运动 / 存在感知2. 核心优势方案摄像头 / PIRESPectre隐私❌ 暴露画面 / 声音✅ 仅分析无线信号无图像 / 音频覆盖❌ 有死角、需正对✅ 穿墙 / 绕障覆盖整个房间功耗❌ 较高PIR / 摄像头✅ ESP32 低功耗可电池供电安装❌ 布线 / 供电麻烦✅ 无线部署即插即用输出❌ 仅 “有人 / 无人”✅ 输出Movement Score运动强度 阈值触发3. 核心输出Movement Score0–100 量化运动强度越大越剧烈Threshold可配置触发阈值如设为 20Score 20 判定 “运动”二、技术原理核心1. 底层Wi‑Fi CSI 采集硬件ESP32‑S3 / ESP32‑C6 / ESP32‑C3需支持 CSI 采集原理Wi‑Fi 信号在空间传播会被人体 / 物体反射 / 散射CSI记录每个子载波的幅度 相位变化数据ESP32 实时抓取 Wi‑Fi 信道的 CSI 数据流无需连接目标 AP仅监听2. 算法纯数学模型无 ML/AI提取10 个特征时域、频域、统计、空间特征核心算法MVS移动方差分割 自适应阈值P95 × 1.1GitHub流程采集 CSI → 2. 滤波降噪 → 3. 特征计算 → 4. 计算Movement Score→ 5. 与Threshold比较 → 6. 输出 “运动 / 静止”优势端侧实时处理、低延迟、无需云端、开箱即用3. 架构与集成固件基于ESPHomeESP32 主流智能家居框架易配置、易部署通信MQTT上报状态到 Home Assistant / 任意 MQTT BrokerHA 集成二进制传感器motion_detected运动触发数值传感器movement_score强度可调参数threshold实时修改灵敏度多设备支持多 ESPectre 节点组网实现全屋覆盖三、项目结构GitHub 核心目录espectre/ ├── components/espectre/ # ESPHome 核心组件算法CSI处理 ├── docs/ # 文档、安装、调优指南 ├── examples/ # ESPHome 配置模板C3/S3/C6 ├── images/ # 硬件/界面截图 ├── TUNING.md # 阈值/窗口/滤波调优手册关键 └── README.md # 快速开始四、双平台战略该项目采用了双平台方法以在创新速度和生产稳定性之间取得平衡1.ESPectre- 生产平台目标终端用户、智能家居爱好者、Home Assistant用户ESPHome component带有原生Home Assistant集成的ESPHome组件YAML配置- 无需编程自动发现- 设备会在Home Assistant中自动显示可投入生产- 稳定、经过测试、易于部署演示性- 以用户友好的形式展示研究成果2.Micro ESPectre研发平台https://github.com/francescopace/espectre/tree/main/micro-espectre目标研究人员、开发人员、学术/工业应用Python/MicroPython快速原型开发实现基于MQTT- 灵活集成不限于Home Assistant快速迭代- 以秒而非分钟为单位测试新算法分析工具- 用于CSI数据分析的综合套件用例学术研究、工业传感、算法开发3.Development Flow 开发流程┌─────────────────────┐ Validated ┌─────────────────────┐ │ Micro-ESPectre │ ─────────────────► │ ESPectre │ │ (RD Platform) │ algorithms │ (Production Platform)│ │ │ │ │ │ • Fast prototyping │ │ • ESPHome component │ │ • Algorithm testing │ │ • Home Assistant │ │ • Data analysis │ │ • End-user ready │ │ • MQTT flexibility │ │ • Native API │ └─────────────────────┘ └─────────────────────┘创新周期新功能和算法首先在Micro-ESPectrePython中开发并验证一旦证明有效就会移植到ESPectreC中。四、部署与使用极简流程1. 硬件准备ESP32‑S3 / ESP32‑C6 / ESP32‑C3 开发板5V 电源USB 或电池2. 软件步骤安装 Home Assistant , ESPHome下载bin文件https://github.com/francescopace/espectre/releases/tag/2.7.0烧录到 ESP32可使用web.esphome.io在线下载接入 Wi‑Fi ESP32 进入配网热点模式 给 ESP32 通电它会自动发射一个WiFi 热点ESPectre Fallback用手机 / 电脑连接这个热点 在自动打开的网页里配置你的家庭 WiFi 手动方式浏览器访问http://192.168.4.1打开Home Assistant 会自动搜索到ESPectre设备添加这个设备到系统中。3.关键校准操作把房间彻底没人、不动风扇、窗帘、宠物全固定在 HA 点开「校准 Calibrate 开关」→打开静置10~15 秒设备自动完成、开关回弹关闭日志看到Calibration completed就成功(作用设备记住当前房间 “安静基线”过滤固定干扰)4.建议与路由器的距离最佳范围3-8米距离信号多路径灵敏度噪音建议 2m太强最小低低❌ 距离过近3-8m强良好高低✅最佳 10-15m弱可变的低高❌ 太远放置技巧将传感器放置在需要监控的区域不一定与路由器在同一直线上高度距地面1-1.5米书桌/餐桌高度外置天线使用IPEX连接器以获得更好的接收效果避免路由器和传感器之间出现金属障碍物冰箱、金属柜避开角落或封闭空间会减少多径分集五、亮点与局限1.亮点隐私至上无图像 / 音频仅分析无线信号低成本ESP32 几十元无需额外传感器低功耗ESP32 待机电流低可电池长期运行开箱即用纯算法无需训练上电即工作可扩展预留 ML 接口未来可做人数统计、手势识别2.局限依赖 Wi‑Fi 环境强干扰多 AP、蓝牙可能影响精度无法区分 “人 / 宠物 / 风扇”仅检测运动不识别对象穿墙能力有限厚墙 / 金属会大幅衰减信号需手动调参不同房间 / 路由器需微调阈值六、适合人群与场景适合智能家居爱好者Home Assistant 用户重视隐私的安防 / 老人看护场景不想布线、追求极简部署的用户嵌入式 / ESP32 开发者可二次开发算法典型场景无人时关灯 / 关空调节能老人跌倒 / 长时间静止告警安防无人时异常运动触发通知全屋存在感知联动灯光 / 窗帘