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ESP32 人流量检测系统设计与实现

前言

ESP32 是一款低功耗、高集成度、性能稳定的 Wi-Fi 和蓝牙双模芯片，广泛应用于物联网开发。它采用 2.4 GHz Wi-Fi 加蓝牙双模技术，基于 TSMC 40nm 制程，具备低功耗、高性能和安全可靠的特点。ESP32 芯片集成双核 160 MHz MCU、浮点运算单元 (FPU)、硬件安全加速器、多种传感器以及丰富的外围接口，为物联网应用提供了强大的处理能力和扩展性。其外围器件不超过 10 个，能够实现高效的数据处理、可靠的安全性能以及多协议通信功能。ESP32 还支持混杂模式嗅探空中报文，适用于多种无线监控场景。

目的

本文旨在利用 ESP32 的混杂接收模式，捕获空中数据流，解析并分析无线设备发送的 Probe Request 帧，计算周围区域的人流量。通过 MQTT 协议将数据发送至 OneNet 物联网平台，实现人流量的实时监控和云端数据处理。这一方案不仅能够提供科学的数据分析，还能便捷地实现数据的可视化展示，满足多行业的安保和监控需求。

ESP32 及开发环境搭建

硬件准备

OneNet 平台准备

注册并登录账号，创建产品

登录 OneNet 平台后，进入开发者中心，创建新的物联网产品。技术参数配置如下：

• 操作系统：选择“其他”，填写“freertos”。
• 网络运营商：选择“移动”。
• 设备接入方式：选择“公开协议”。 -联网方式：选择“Wi-Fi”。
• 模组选择：选择“其他”。
• 设备接入协议：选择“MQTT”。

产品创建完成后，会生成产品 ID 和设备 ID，需在后续程序中填充这些信息。

创建设备并创建应用

应用处理

在 OneNet 平台上，选择“折线图”类型，设置坐标轴，完成应用框架配置。目前数据流尚未上报，需等待设备端数据上报后选择数据流。

设备端环境搭建

ESP-IDF SDK 和 Demo 获取

git clone https://github.com/espressif/esp-iot-solution
cd esp-iot-solution
git submodule update --init --recursive

本 Demo 位于 esp-iot-solution/examples/check_pedestrian 目录。

编译器获取

根据平台选择：

• Windows：参考 esp-iot-solution/submodule/esp-idf/docs/get-started/windows-setup.rst 搭建编译环境。
• Linux：参考 esp-iot-solution/submodule/esp-idf/docs/get-started/linux-setup.rst 搭建编译环境。

Demo 参数修改

在 main/include/onenet.h 中填充 OneNet 参数：

#define ONENET_DEVICE_ID    "*****"
#define ONENET_PROJECT_ID   "*****"
#define ONENET_AUTH_INFO    "*****"
#define ONENET_DATA_STREAM  "******"

导出路径

export IDF_PATH=~/somepath/esp-iot-solution/submodule/esp-idf
export PATH=/opt/xtensa-esp32-elf/bin/:$PATH

配置菜单

make menuconfig

在“Serial flasher config”中设置默认串口；在“Demo Configuration”中设置 Wi-Fi SSID 和密码。

编译与运行

make flash monitor

编译完成后，程序会自动烧录并运行。按 control+] 退出监控界面。

结果展示

设备端日志示例

... (启动信息)
I (136) wifi: wifi firmware version: 59e5fab
I (136) wifi: config NVS flash: enabled
I (136) wifi: config nano formating: disabled
I (136) system_api: Base MAC address is not set, read default base MAC address from BLK0 of EFUSE
I (146) system_api: Base MAC address is not set, read default base MAC address from BLK0 of EFUSE
I (186) wifi: Init dynamic tx buffer num: 32
I (186) wifi: Init data frame dynamic rx buffer num: 32
I (186) wifi: Init management frame dynamic rx buffer num: 32
I (186) wifi: wifi driver task: 3ffbfa0c, prio:23, stack:4096
I (196) wifi: Init static rx buffer num: 10
I (196) wifi: Init dynamic rx buffer num: 32
I (196) wifi: wifi power manager task: 0x3ffc5d8c prio: 21 stack: 2560
I (206) phy_init: failed to load RF calibration data (0x1102), falling back to full calibration
I (546) phy: phy_version: 366.0, ba9923d, Oct 31 2017, 18:06:17, 0, 2
I (546) wifi: mode : sta (24:0a:c4:04:5a:fc)
I (546) SNIFFER: Connecting to AP...
I (2236) wifi: n:12 0, o:1 0, ap:255 255, sta:12 0, prof:1
I (2246) wifi: state: init -> auth (b0)
I (2246) wifi: state: auth -> assoc (0)
I (2246) wifi: state: assoc -> run (10)
I (2256) wifi: connected with BL_841R, channel 12
I (5086) event: sta ip: 192.168.111.111, mask: 255.255.255.0, gw: 192.168.111.1
I (5086) SNIFFER: Connected.
... (继续人流量检测日志)

OneNet 平台结果展示

在 OneNet 平台上，设备在线状态显示正常，点击设备对应的应用，选择数据流“Pedestrian-flow”，即可查看人流量变化曲线图。注意：默认数据上报周期为 10 分钟，需等待 10 分钟后才能看到曲线。

Demo 中分析与说明

Probe Request 包分析

Probe Request 包属于 802.11 无线局域网协议，基本帧结构如下：

   
    
- 标识符
- 协议版本
- 输入地址
- 传输地址
- 命令字段
- 信息字段
- MAC 地址
- 信号强度
- 时间戳
   

通过 Wireshark 等抓包工具，可以捕获实际的 Probe Request 包，观察其中的信号强度和 MAC 地址等信息。

Demo 中部分逻辑说明

if (sniffer_payload->header[0] != 0x40) {
    return;
}

for (int i = 0; i < 32; ++i) {
    if (!memcmp(sniffer_payload->source_mac, esp_module_mac[i], 3)) {
        return;
    }
}

for (station_info = g_station_list->next; station_info; station_info = station_info->next) {
    if (!memcmp(station_info->bssid, sniffer_payload->source_mac, sizeof(station_info->bssid))) {
        return;
    }
}

if (!station_info) {
    station_info = malloc(sizeof(station_info_t));
    station_info->next = g_station_list->next;
    g_station_list->next = station_info;
}

uint16_t val = s_device_info_num / 10;
char buf[128];
memset(buf, 0, sizeof(buf));
sprintf(&buf[3], "{\"%s\":%d}", ONENET_DATA_STREAM, val);
uint16_t len = strlen(&buf[3]);
buf[0] = data_type_simple_json_without_time;
buf[1] = len >> 8;
buf[2] = len & 0xFF;
mqtt_publish(client, "$dp", buf, len + 3, 0, 0);

人流量计算

总结

通过 ESP32 的混杂模式嗅探空中报文，结合 MQTT 协议实现人流量数据的实时监控与云端展示。该方案充分利用 ESP32 的多功能性和低功耗特点，适用于多种无线监控场景。未来可通过优化信号划分算法和多区域监控，提升检测精度和可靠性。

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