智能门铃开发与面试准备：技术解析与常见问题解答
01-面试大保健-智能门铃-架构
1. 项目背景
在这个项目中，我们设计并开发了一个智能门铃，它是智能家居系统中的一部分。智能门铃的主要功能是允许住户通过手机应用看到门外的访客，并与其互动。其硬件架构包括门外的主机（含摄像头、扬声器、麦克风和按键）和室内的接收器，两者之间通过无线通信（如蓝牙、LoRa）连接。
1.1 硬件架构
智能门铃的硬件系统由以下两个主要部分构成：
- 主机：放置在门外，集成了摄像头、扬声器、麦克风和按键。其主要功能是采集访客影像和音频。
- 接收器：放置在室内，主要负责播放门铃铃声。与主机进行通信。
硬件通信采用无线通信技术，常见的是蓝牙或LoRa。电源方面，主机通常使用锂电池，每周或每两周需要充电一次，而接收器通常采用插电方式供电。
图示：
流程图：智能门铃硬件架构
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| 主机（门外） |
| - 摄像头、麦克风、扬声器 |
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v
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| 接收器（室内） |
| - 播放铃声 |
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2. 系统架构
智能门铃的系统架构包含硬件和软件两个部分。首先，我们将系统分为两个部分：主机与接收器。接收器的设计较为简单，因为它仅负责接收蓝牙或LoRa信号并播放铃声，而主机则需要处理音频和视频的采集，因此其性能要求较高。
2.1 硬件平台
- 主机使用ESP32芯片，这款芯片具有较强的处理能力，能够同时处理音频和视频。
- 接收器则使用性能较低的芯片（如ESP32-C3），因为它只需要接收信号并播放本地存储的铃声。
音频与视频的处理由专门的音频编解码器和视频编解码器进行，常用的音频芯片为ES8311。
图示：
流程图：系统硬件架构
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| 主机（ESP32） |
| - 音频、视频采集 |
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v
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| 接收器（ESP32-C3） |
| - 播放铃声 |
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3. 功能流程
3.1 用户按门铃
当访客按下门铃时，主机通过外部中断检测到按键被按下。此时，系统会触发以下几个步骤：
- 检测按键：通过外部中断触发任务，通知系统有按键事件。
- 播放铃声：系统通过LoRa向接收器发送信号，指示其播放铃声。
- 推送通知：系统通过MQTT协议向用户的手机发送消息，通知用户有访客按门铃。
图示：
流程图：门铃按键触发流程
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| 按键事件检测 |
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v
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| 播放室内铃声 |
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v
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| 向手机推送消息 |
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3.2 查看视频
用户收到门铃推送消息后，通常会通过手机查看门外访客的视频流。此时，手机通过MQTT协议向服务器发送指令，要求获取摄像头的视频数据。主机收到指令后开始采集视频并推送至服务器，用户的手机通过WebSocket接收视频数据并实时显示。
- 发送指令：用户通过手机发送查看视频的请求。
- 采集视频：主机通过摄像头实时采集视频数据。
- 视频推送：主机将视频数据通过WebSocket推送到服务器，最终呈现给用户。
图示：
流程图：视频查看流程
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| 用户通过手机请求查看视频 |
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v
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| 主机采集视频并推送 |
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| 手机接收并显示视频 |
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3.3 音频通话
除了视频查看，用户还可以通过手机与门外访客进行音频通话。用户通过MQTT协议发送开启音频通话的指令，主机通过麦克风采集音频并推送至服务器，访客通过扬声器听到音频数据。
- 音频采集：通过麦克风采集门外的声音。
- 音频推送：将音频数据通过WebSocket推送到服务器，用户通过手机接收音频并播放。
图示：
流程图：音频通话流程
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| 用户开启音频通话 |
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v
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| 主机采集并推送音频 |
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v
+----------------------------+
| 手机接收并播放音频 |
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4. 总结
通过这篇博客，我们回顾了智能门铃项目的架构，包括硬件设计、软件流程和功能实现。我们讨论了如何通过MQTT协议和WebSocket实现视频和音频的传输，并介绍了系统如何响应用户的按键事件、视频查看请求和音频通话。希望这些内容能够帮助你更好地理解智能门铃的工作原理及开发流程。
02-面试大保健-智能门铃-面试真题
1. 面试的常见问题与回答
在面试过程中，常常会根据简历中的项目经验提出问题。接下来，我们将回顾一些关于智能门铃的面试真题，并进行详细解析。
1.1 PID 控制与卡尔曼滤波
在面试中，PID控制和卡尔曼滤波是常被问到的算法问题。以下是两者的简要解释：
- PID控制：PID是常用的控制算法，广泛应用于调节系统的控制量，如无人机的姿态控制。它根据偏差值调整控制输出，PID即比例、积分和微分控制。在面试时，可以谈论如何调节这些参数以达到最佳控制效果。
- 卡尔曼滤波：虽然卡尔曼滤波的数学公式比较复杂，但其基本原理是通过当前测量值和预测值的加权平均来优化输出。与简单的低通滤波相比，卡尔曼滤波会动态调整加权系数，以便更准确地预测未来的状态。
小结
在面试时，即使未完全掌握卡尔曼滤波的细节，了解其基本原理和与低通滤波的差异就足够了。
1.2 电机类型：有刷与无刷
电机是智能门锁等设备的重要组成部分。在面试中，可能会被问到有刷电机与无刷电机的区别。
- 有刷电机：具有电刷与换向器，电刷与换向器之间会发生摩擦，产生磨损，影响使用寿命。
- 无刷电机：没有电刷，寿命较长，但价格相对较高。
在面试时，可以通过描述电机的优缺点以及它们在不同项目中的应用来展示自己的理解。
1.3 OTA升级
OTA（Over-the-Air）升级是智能设备中常见的功能，面试时可能会被问及如何实现设备的OTA升级。通常，智能设备会通过Wi-Fi或蓝牙与手机进行通信，由手机下载固件并通过无线方式传输到设备进行更新。
- 固件传输：手机下载固件后，可以直接通过蓝牙或Wi-Fi传输到设备。
- 设备更新：设备收到固件后，会进行验证并安装新的固件。
2. 智能门铃的技术实现
在开发智能门铃时，除了核心硬件，还需要注意系统中的几个关键部分：视频流传输、音频通话、加密与安全性。
2.1 视频流传输
智能门铃需要将门外的实时视频流传输到室内设备或用户手机。这里，视频压缩与传输的效率非常关键。通常采用H.264视频编码技术，将视频压缩后通过WebSocket或MQTT协议传输。
2.2 音频通话
音频通话是智能门铃的另一重要功能。在音频数据传输中，主机会通过麦克风采集访客的声音，并通过扬声器播放到用户端。音频传输可以通过UDP协议来实现，确保低延迟的音频通话。
2.3 加密与安全性
智能门铃中非常重要的一点是数据的加密与安全性。为了保证传输的安全性，视频和音频流都应该进行加密。通常采用TLS/SSL协议来加密网络通信，确保用户数据和隐私的安全。
3. 关键技术点
3.1 MQTT与线程通信
在智能门铃的开发过程中，可能会涉及到如何利用MQTT协议实现设备之间的数据通信，特别是与线程的交互。在这种情况下，常见的做法是通过消息队列实现不同线程之间的异步通信，确保系统稳定运行。
3.2 低功耗设计
智能门铃作为一个嵌入式设备，其电池寿命是一个非常重要的考量。设备进入低功耗模式时，需要根据不同的硬件外设，如摄像头、扬声器和麦克风，进行分别优化。
- 硬件休眠：在不活动时，摄像头和麦克风可以进入休眠模式，节省电能。
- 主控芯片的低功耗模式：主控芯片也需要在空闲时切换到低功耗模式，以延长电池使用时间。
4. 总结
在这篇博客中，我们回顾了关于智能门铃的面试问题，并结合实际的技术实现详细分析了相关的技术细节。通过理解这些内容，可以更好地准备面试和实际开发中的挑战，帮助你快速提升嵌入式开发的技术水平。