项目概述

        本项目加入了Wi-Fi与MQTT协议，实现了远程状态监控与告警推送。系统以ESP32为主控，通过SR505人体红外传感器（PIR）检测入侵，ISD1820语音模块播放自定义告警语音,ST7789彩色屏幕实时显示本地状态，同时通过MQTT将系统状态、PIR信号、告警事件等实时上报至云端（如EMQX公共代理），用户可使用手机或电脑上的MQTT客户端订阅主题，随时随地掌握现场动态。

核心功能：

• 本地功能：PIR入侵检测、语音告警播放、屏幕状态显示、LED指示、手动录音/测试。

• 新增远程功能：Wi-Fi自动连接，MQTT发布系统状态（online/arming/armed/alarm）、PIR电平变化、告警触发、录音开始/结束、系统启动信息等，实现远程监控与数据收集。

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项目亮点

1. 本地+远程双模监控：既保留本地实时响应，又支持远程查看状态，适合无人值守场景。

2. 全流程MQTT上报：从启动预热、布防完成、入侵告警到录音操作，每个关键事件都会发布主题，便于集成到Home Assistant等智能家居平台。

3. 自动重连与离线容错：WiFi连接超时后自动进入离线模式，MQTT断线后定时重试，不影响本地告警功能。

4. 低代码扩展性：通过PubSubClient库轻松更换MQTT Broker或增加自定义主题。

5. 实时PIR状态推送：PIR电平变化时即时发布主题，可用于远程查看环境活动情况。

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项目难点及解决方案

难点	解决方案
WiFi连接阻塞主循环	在setup()中使用10秒超时机制，连接失败则跳过，后续不再重试，保证系统快速启动。
MQTT发布不阻塞告警	所有MQTT发布均为非阻塞调用（mqtt.publish立即返回），且mqtt.loop()仅在mqtt.connected()时执行，不影响主循环实时性。
MQTT重连频率控制	使用静态变量lastTry，限制重连间隔不低于10秒，避免频繁重连消耗资源。
状态同步一致性	每次屏幕状态变化时，同步调用mqttPub()发布对应状态主题，确保远程与本地一致。
网络状态变化时界面不卡顿	将MQTT维护放在独立计时分支（每200ms执行一次），不影响屏幕刷新（200ms限频）和按键扫描。

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目录

一、硬件系统部分

1.1 硬件清单

1.2 接线方案

1.3 硬件连接图

1.4 实物连接图

二、软件架构设计

2.1 系统初始化流程

2.2 主循环逻辑

三、代码拆分讲解

3.1 WiFi与MQTT配置

3.2 主循环中的MQTT维护

3.3 各事件点的MQTT发布

3.4 屏幕显示与MQTT解耦

四、操作过程及数据展示

4.1 操作步骤

4.2 数据展示

4.3 视频演示

五、技术原理

5.1 工作原理

5.2 工作模式配置（含网络状态）

六、常见问题指引

Q1：MQTT连接失败怎么办？

Q2：如何更换MQTT Broker或添加认证？

Q3：MQTT订阅后收不到消息？

Q4：如何关掉MQTT功能（纯本地模式）？

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一、硬件系统部分

1.1 硬件清单

组件	型号/规格	数量	作用
开发板	零知派ESP32	1	主控，包含Wi-Fi/BLE
扩展板	零知派ESP32扩展板	1	方便接线
红外传感器	SR505	1	探测人体移动
语音模块	ISD1820	1	录音/放音
显示屏	ST7789（240×240）	1	本地状态显示

1.2 接线方案

ESP32 GPIO	连接组件	功能说明
GPIO 19	ISD1820 REC	录音触发
GPIO 14	ISD1820 PLAYE	手动放音触发
GPIO 27	ISD1820 PLAYE	告警触发输出（低电平脉冲）
GPIO 34	SR505 OUT	PIR数字信号输入

1.3 硬件连接图

1.4 实物连接图

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二、软件架构设计

2.1 系统初始化流程

1. 串口：115200 bps，调试输出。

2. Wi-Fi连接：尝试连接指定SSID，超时10秒，无论成功与否都继续执行（不影响本地功能）。

3. MQTT客户端：设置Broker地址和端口，连接成功后立即发布status/online。

4. GPIO与屏幕初始化：配置引脚、启动TFT。

5. PIR预热：记录warmMs，进入60秒倒计时。

6. LED闪烁：提示启动完成。

7. 发布启动信息：status/arming和info（含预热时长）。

2.2 主循环逻辑

loop():
  1. 读取所有输入电平
  2. 每200ms执行MQTT维护：
     - 尝试重连（若断开且距上次尝试超过10秒）
     - 若已连接，调用 mqtt.loop() 处理网络事件
  3. 录音处理（边沿检测）—— 增加MQTT发布 record/start 和 record/end
  4. 手动放音处理 —— 触发告警并发布 alarm 主题
  5. PIR入侵检测（预热完成后）：
     - 上升沿触发告警，同时发布 status/alarm 和 alarm/1
     - 每次PIR电平变化时发布 pir/HIGH 或 pir/LOW（供远程监控）
  6. 告警结束处理 —— 恢复状态并发布 status/armed
  7. 布防完成 —— 发布 status/armed 和 info/armed
  8. 布防倒计时显示（与MQTT无关）
  9. 更新按键历史电平，延迟10ms

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三、代码拆分讲解

3.1 WiFi与MQTT配置

const char* WIFI_SSID = "zaixinjian";
const char* WIFI_PASS = "2020zaixinjian";
const char* MQTT_BROKER = "broker.emqx.io";
const int   MQTT_PORT   = 1883;
const char* MQTT_ID     = "PIR_Alarm";
const char* MQTT_PREFIX = "pir_alarm";

• MQTT_PREFIX作为所有主题的前缀，方便统一管理。

• 使用公共Broker broker.emqx.io，无需注册即可测试。

发布函数：

void mqttPub(const char* subtopic, const char* payload) {
  if (!mqtt.connected()) return;
  char topic[64];
  snprintf(topic, 64, "%s/%s", MQTT_PREFIX, subtopic);
  mqtt.publish(topic, payload);
}

• 自动拼接前缀，调用时只需指定子主题和负载。

• 若MQTT未连接，静默跳过，不影响本地操作。

重连函数：

void mqttReconnect() {
  if (mqtt.connected()) return;
  static unsigned long lastTry = 0;
  if (millis() - lastTry < 10000) return;
  lastTry = millis();
  if (mqtt.connect(MQTT_ID)) {
    mqttPub("status", "online");
  }
}

• 限制重连频率为10秒，避免Broker拒绝频繁连接。

• 连接成功后立即发布在线状态。

3.2 主循环中的MQTT维护

if (n - lastMqtt >= 200) {
  lastMqtt = n;
  mqttReconnect();
  if (mqtt.connected()) mqtt.loop();
}

• 每200ms执行一次，确保及时处理网络事件，同时不影响主循环响应速度。

3.3 各事件点的MQTT发布

录音：

• 按下：mqttPub("record", "start");

• 松开：mqttPub("record", "end");

告警触发（alarm()函数内）：

mqttPub("status", "alarm");
mqttPub("alarm", "1");

PIR电平变化（在调试打印处）：

if (ir != pirDbg) {
  mqttPub("pir", ir == HIGH ? "HIGH" : "LOW");
}

• 每次电平变化时推送，便于远程了解环境活动。

布防完成：

mqttPub("status", "armed");
mqttPub("info", "armed");

告警结束：

if (warmMs == 0) {
  scrNow("Armed", "System OK", ...);
  mqttPub("status", "armed");
}

启动信息：
在setup()中发布 status/arming 和 info（含预热时长）。

3.4 屏幕显示与MQTT解耦

屏幕刷新逻辑与之前完全一致，MQTT发布是“附加动作”，不改变原状态机。这样做的好处是即使网络故障，本地功能依旧完好。

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四、操作过程及数据展示

4.1 操作步骤

1. 连接硬件：按接线图连接所有模块，确保ESP32供电（USB线或电池）。

2. 配置WiFi：在代码开头修改WIFI_SSID和WIFI_PASS为你自己的热点（若使用公共EMQX则无需改Broker）。

3. 上传程序：使用零知派编译上传。

4. 观察启动：

   • 串口打印WiFi连接过程，成功后显示IP。

   • 屏幕显示“Security Arming...”然后60秒倒计时。

   • MQTT连接成功后，串口输出“MQTT OK”。

5. 订阅MQTT主题（使用任意MQTT客户端，如MQTTX、mosquitto_sub）：

   • 订阅 pir_alarm/# 即可收到所有主题。

   • 启动后你会看到 status/online，随后 status/arming，以及 info 包含预热秒数。

6. 录制语音：按住REC键说话，松开后屏幕显示保存，MQTT会收到 record/start 和 record/end。

7. 等待布防：倒计时归零，屏幕显示“Armed System Armed”，同时MQTT收到 status/armed。

8. 触发入侵：在PIR前移动，系统立即告警（语音+屏幕+LED），MQTT会收到 status/alarm、alarm/1，以及PIR电平变化 pir/HIGH（若之前为LOW）。

9. 手动测试：按下PLAY键，同样触发告警，MQTT也会发布相同告警主题。

10. 远程监控：在任何地方打开MQTT客户端，即可实时看到系统状态，如是否布防、是否告警、当前PIR高低电平。

4.2 数据展示

主题	负载示例	触发时机
pir_alarm/status	online, arming, armed, alarm	系统启动、预热开始、布防完成、告警触发
pir_alarm/pir	HIGH / LOW	PIR输出电平每次变化时
pir_alarm/alarm	1	告警触发时（仅触发时发布一次）
pir_alarm/record	start / end	录音按键按下/松开
pir_alarm/info	boot warmup=60s, armed 等	启动和布防完成时

你可以利用这些数据在Node-RED、Home Assistant中建立自动化，例如：当status/alarm时发送手机通知。

4.3 视频演示

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五、技术原理

5.1 工作原理

MQTT协议：轻量级发布/订阅消息协议，适用于低带宽、高延迟或不可靠网络环境。ESP32作为客户端，连接到Broker（如EMQX），发布主题，任何订阅该主题的客户端都能实时收到消息。

系统状态机结合MQTT：

• 系统状态（预热、布防、告警）通过status主题对外广播。

• PIR信号实时转发，可用于远程查看是否有活动。

• 告警事件单独使用alarm主题，便于下游过滤和处理。

5.2 工作模式配置（含网络状态）

模式	本地表现	MQTT行为
启动/离线	屏幕显示，但WiFi未连接	不发布，但定时重试
预热中	倒计时显示	发布status/arming和info
布防完成	显示“Armed”	发布status/armed和info/armed
告警中	显示“INTRUSION!”	发布status/alarm和alarm/1
录音中	显示“RECORD”	发布record/start和record/end

网络容错：若WiFi连接超时，系统仍然可以独立工作，MQTT发布会被跳过，但不会影响本地告警和屏幕显示，适合无网络环境使用。

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六、常见问题指引

Q1：MQTT连接失败怎么办？

• 检查WiFi是否正常（串口会提示IP）。

• 确认MQTT Broker地址和端口正确，本例使用公共Broker broker.emqx.io，无需账户。

• 若连接失败，系统会每隔10秒重试，不影响本地功能。

• 可在mqttReconnect()中添加更多调试信息（如打印mqtt.state()）。

Q2：如何更换MQTT Broker或添加认证？

• 修改MQTT_BROKER和MQTT_PORT。

• 若需要用户名密码，使用mqtt.connect(MQTT_ID, user, pass)重载函数，并在代码中定义相应常量。

Q3：MQTT订阅后收不到消息？

• 确认订阅主题前缀完全匹配（注意大小写）。

• 检查MQTT客户端是否成功连接Broker。

• 可开启EMQX Web管理界面查看实时消息流，或使用mosquitto_sub -h broker.emqx.io -t "pir_alarm/#" -v测试。

Q4：如何关掉MQTT功能（纯本地模式）？

• 注释掉所有mqttPub调用和#include <WiFi.h>、#include <PubSubClient.h>，以及setup()中的WiFi/MQTT初始化代码，即可回归纯本地版本。