Шумомер для посуточных квартир: ESP32, радар 24 ГГц и год с нейросетями

Прибор для посуточных квартир, апартаментов, домов: считает шум в дБА, радаром 24 ГГц видит, есть ли в квартире люди, и шлёт хозяину push, когда гости заехали или устроили шум-гам. ESP32, MQTT поверх TLS, Node.js, PostgreSQL, PWA и своя плата, сгенерированная кодом в KiCad. Три ревизии, два отзыва приборов с объектов и ни одной строки кода, написанной руками. Я таможенный декларант, и всё это сделано с нейросетями. Хотя нет, обманываю, вначале даже пытался вникнуть и что-то писать сам.

Откуда вообще задача

Красная Поляна, беседка, с другом сидим и обсуждаем, что пора бы научиться нейронки в работе применять. Потыкал в DeepSeek своими рабочими вопросами, утвердили, что надо пробовать внедрять в повседнев. Там же познакомился с девушкой. И вот в районе нового года приходит ссылка от нее, мол где взять такое. Датчик шума для помещений с уведомлениями. Поискали — нет ничего. Я сказал «давай сделаю свой». Не, ну а чё? Мы ж теперь дружим с нейронками.

Ну а дальше новогодние каникулы с DeepSeek и Arduino IDE, первая ревизия на аналоговом микрофоне с Телеграм‑ботом, вторая в красном корпусе — обе уезжали работать на Поляну и обе возвращались из‑за глюков. Разработку первых двух приборов управляющая компания даже оплатила, так что отдать им нормально работающую вещь было делом чести, уже независимо от себестоимости итоговой.

Требования

После двух отзывов список сложился сам:

1. Работает без обслуживания. Передёрнуть питание некому, значит нужны сторожевой таймер, автопереподключение и обновление по воздуху с откатом.

2. Видеть человека. Вот прям однозначно.  По звуку это не решается, ИК‑датчик не видит неподвижного.

3. Хозяйка ставит сама, без меня: подключила к розетке, ввела Wi‑Fi с телефона, привязала кодом с наклейки.

4. Уведомления на телефон без Телеграма и без магазинов приложений. Первая ревизия жила через Телеграм, и когда уведомления перестали доходить, приборы стали бесполезны.

5. Несколько квартир в одном кабинете и доступ для сотрудников без права что‑то сломать.

6. Компоненты с LCSC и сборка на JLCPCB.

Архитектура

[ESP32: I2S-микрофон, LD2410C, DHT22/SHT40, SGP41]
│ MQTT поверх TLS (свой логин и ACL на каждый прибор)
▼
Mosquitto ──► worker ──► PostgreSQL
│ ▲
Redis (шина между процессами)
▼ │
PWA в браузере ◄── api ──► Web Push на телефон
cron: подписки, отчёты, чистка

Принцип простой: прибор только измеряет и раз в минуту отдаёт сводку, а все решения — шумно ли, заехали ли — принимает сервер. Не сразу пришел к этой идее тоже, сначала вся логика жила на приборе, потом понял, что на сервере поправить логику проще, чем шить прибор. А менять пришлось немало.

Табличка версий

Железо по узлам

Микрофон: от аналога к I2S

В первой ревизии стоял аналоговый модуль, сигнал шёл во встроенный АЦП ESP32. Это та ещё идея: АЦП у ESP32 нелинейный и шумный, а радиочасть Wi‑Fi радостно наводится на провода. Замеры врали регулярно, и это одна из причин первого отзыва.

Дальше — цифровой MEMS‑микрофон INMP441 по I2S. На новой плате будет стоять ICS-43434, потому что INMP441 снят с производства фактически. В прошивке ничего менять не пришлось.

Калибровка по бытовому шумомеру: в админке есть мастер, который снимает несколько точек, считает смещение и усиление и отправляет поправки на прибор. Прибор хранит их в NVS.

Главный минус — радар прожорливый, от батарейки прибор проживёт недолго, поэтому питание пришлось организовывать только от розетки.

Почему не ИК‑датчик движения? Просто решил, что радар точнее. Ну а батарейку все равно не очень хотелось внедрять.

Температура, влажность, воздух

DHT22 дешёвый и везде есть, но иногда он выдаёт одиночные выбросы. На новой плате его место занимает Sensirion SHT40 по I2C. Прошивка сама определяет, какой датчик стоит, чтобы старые и новые приборы жили на одной прошивке.

На той же шине сидит SGP41 — датчик летучих органических веществ. Очень уж просили внедрить возможность определения курения. Сырые данные обрабатывает открытый Gas Index Algorithm от Sensirion.

Питание и USB

· USB‑C с резисторами 5,1 кОм на CC1/CC2 — без них нормальные зарядки USB‑C просто не дают 5 В. Узнал об этом когда неделю пытался понять, почему вдруг сдохли разъемы на обоих приборах.

· Самовосстанавливающийся предохранитель 0,75 А и USBLC6 на D+/D− от статики.

· LDO AP7361C на 1 А вместо привычного AMS1117. У ESP32 с Wi‑Fi плюс радар пики до 500 мА, а у AMS1117 на это мало запаса.

· CP2102N плюс два транзистора MMBT3904 для автопрошивки.

Новая плата, сделанная кодом

Макетка с распаяными дорожками — это хорошо, но заявлять, что это прибор стыдно. Компаундом конечно все залито для красоты, но все равно. В KiCad я никогда не работал. Поэтому плату целиком сделал ИИ скриптами на Python, а я писал техзадание, имерял корпус и проверял.

Gerber дополнительно проверен отдельной библиотекой gerbonara: контур сходится, неметаллизированных отверстий семь (четыре под M3, два под фиксаторы USB‑C, одно звуковое). Зазоры и дорожки не меньше 0,15 мм, переходные 0,6/0,3 мм.

Параметры: 2 слоя, 1,6 мм, сплошная земля снизу, чёрная маска. Встаёт в текущий корпус на те же четыре винта M3 (83,5 × 65 мм между центрами). Монтаж двусторонний: микрофон стоит снизу. Руками паяется только гнездо под радар.

Прошивка

ESP32 на Arduino‑ядре, сборка в PlatformIO, разделы min_spiffs — две OTA‑партиции. Библиотеки: ArduinoJson, PubSubClient, ld2410, DHT. Всё лежит в одном могучем main.cpp на 2800 строк. Сейчас это версия 3.3.27, примерно 60-я сборка.

Звук

Отдельная задача FreeRTOS, читает I2S блоками при 16 кГц. Для каждого отсчёта: убрать постоянную составляющую, пропустить через А‑фильтр, накопить энергию. Раз в секунду — энергетическое среднее, раз в минуту — сводка на сервер. А‑фильтр — три биквада, полученные билинейным преобразованием аналоговой кривой из IEC 61 672 (вот этот абзац, честно, писала нейронка, я таких слов не знаю):

// A-взвешивание для 16 кГц: 3 биквада, |H(1 кГц)| = 1.// Ошибка к IEC: 100 Гц −0.04 дБ, 4 кГц −0.5 дБ, 6 кГц −4 дБ.static const float A_SOS[3][5] = { { 1.000000000f, -2.000000000f, 1.000000000f, -1.983886757f, 0.9839516664f }, { 1.000000000f, -2.000000000f, 1.000000000f, -1.705509634f, 0.7159875753f }, { 0.5290927743f, 1.058185549f, 0.5290927743f, 0.8215638180f, 0.1687417768f },};static inline float aWeight(float x, float z[3][2]) { for (int k = 0; k < 3; k++) { const float* c = A_SOS[k]; float y = c[0] * x + z[k][0]; z[k][0] = c[1] * x - c[3] * y + z[k][1]; z[k][1] = c[2] * x - c[4] * y; x = y; } return x;}

Про точность честно: при дискретизации 16 кГц фильтр выше 5 кГц занижает уровень (на 6 кГц — на 4 дБ). Голоса и музыка в основном ниже, так что для задачи «в квартире вечеринка» этого хватает. Но это не сертифицированный шумомер.

Какие были сложности:

· Старт микрофона. Первые секунды после включения у INMP441 постоянная составляющая — половина шкалы и ещё дрейфует, и первая минута давала ложные ~90 дБ. Теперь первые 2 секунды отбрасываются, а состояние фильтра сбрасывается.

Связь, настройка

· MQTT поверх TLS, сводка раз в минуту: шум, температура, влажность, радар, индексы воздуха, состояние микрофона.

· Первая настройка: прибор поднимает свою точку Wi‑Fi со страницей настроек, пароль точки у каждого прибора свой и напечатан на наклейке.

· Команды с сервера (настройки, калибровка, обновление) подписаны HMAC‑SHA256 с меткой времени. Старая или повторная команда отбрасывается.

· OTA: файл прошивки подписан, перед установкой прибор проверяет подпись открытым ключом через mbedtls. Если новая версия не поднялась, загрузчик откатывается на старую. Каждый шаг обновления пишется в NVS.

· Сторожевой таймер задач: зависший прибор перезагружается сам.

Сервер

Node.js + Express, три процесса под PM2:

Между собой процессы говорят через Redis. Данные лежат в PostgreSQL, и это третий вариант: сначала был JSON‑файл, потом SQLite. Брокер — Mosquitto на TLS. У каждого прибора свой логин и ACL. Учётные данные прибор получает при привязке.

Личный кабинет — PWA на JS. Вход по паролю или по passkey (WebAuthn). Очень долго мучался с засыпанием PWA на iOS, кстати.

Для дополнительных сотрудников есть отдельная роль: видят приборы и получают уведомления, но не могут ни поменять настройки, ни забрать прибор себе.

В цифрах: около 44 тысяч строк кода (JS, HTML, CSS, C++), 222 теста в 49 файлах на встроенном node:test.

Почему не ESPHome? Конечный пользователь — хозяйка квартир или управляющая компания. Им нужен прибор, который включил — и он работает, им не хочется и не нужно разбираться в этом всем. Требуется просто решение.

Как сервер принимает решения

Шум. Порог ставит хозяин и видит его на графике.

Так хлопок дверью и разбитая тарелка ничего не вызывает, а настоящая гулянка даёт одно уведомление, а не сорок.

Заезды и выезды. Радар видит кого‑то два пакета подряд — заезд. Двадцать пакетов пусто — выезд. Такое количество пакетов выбрали эмпирическим методом. Мало ли, в уборную гость ушел или на балконе стоит. Если радар четыре минуты ничего не присылает, его данные считаются устаревшими и не используются. Для УК это оказалось чуть ли не важнее шума: заселение часто бесконтактное, и без прибора не понять, доехали ли гости вообще, а шумят далеко не все и не во всех апартах.

Курение. датчик выдаёт сырые значения, а Gas Index Algorithm учит обычный фон комнаты и превращает их в индекс VOC. Сигарета даёт резкий скачок. Тревога — если минутный пик выше порога две минуты подряд или один раз сильно выше порога. Учитывая, что новые платы еще не заказаны, есть ряд вопросиков к этому датчику, надо будет оперативно проверять.

Где ИИ подводил: уверенно выдумывал функции библиотек, которых нет. На раннем этапе наращивал код, пока я сам не перестал в нём ориентироваться, какой блок за что отвечает.

Итого

Сейчас готовлю к отправке приборы третьей ревизии. В планах:

· заказать новые платы и собрать уже красивый завершенный прибор;

· проверить датчик дыма;

· разнести прошивку по файлам.

Итоги сам себе подвожу так. AI заменили мне программиста и схемотехника лучше, чем я ожидал. А вот человека, который знает, что нужно, понимает, какая логика работы ожидается — не заменили. Поэтому уже почти год и занимаюсь этим по вечерам. Доделать было делом чести и пытливость ума не давала остановиться. Хотя, очень частно хотелось бросить это дело.