Sistema de detecção passiva de presença humana baseado em Wi-Fi CSI com ESP32-S3 para ambientes internos.

Abstract

Este trabalho investiga o uso de informações do estado do canal de uma comunicação Wi-Fi para detectar passivamente a presença humana e distinguir três condições de ocupação em um ambiente interno: ambiente vazio, presença estática e presença em movimento. O objetivo foi desenvolver e avaliar uma solução de baixo custo, sem câmeras e sem dispositivos vestíveis, adequada a situações nas quais o monitoramento sem contato e sem formação de imagens seja desejável. O sistema utiliza dois microcontroladores ESP32 S3, um responsável pela criação da rede e pela geração periódica de tráfego UDP e outro pela captura das amostras de Channel State Information (CSI), posteriormente encaminhadas ao computador por comunicação serial. Foram implementados mecanismos de aquisição, validação e armazenamento dos dados, além de um pipeline composto por pré-processamento, segmentação em janelas temporais, extração e seleção de características, treinamento de classificadores e inferência contínua com consolidação temporal das decisões. O conjunto de dados foi formado por 300 aquisições válidas, distribuídas igualmente entre as três classes, duas sessões e cinco zonas do ambiente, totalizando 149.141 pacotes CSI. Todas as aquisições envolvendo presença humana foram realizadas com um único participante. A avaliação empregou separação estratificada por arquivo em dez divisões, mantendo todas as janelas provenientes de uma mesma aquisição no mesmo subconjunto e ajustando as operações dependentes dos dados somente com os arquivos de treinamento. Entre os modelos comparados, foi selecionado o Extra Trees com 100 árvores e 160 características. O modelo apresentou acurácia média de 0,8433±0,0237 e Macro F1 de 0,8402±0,0242. A presença em movimento alcançou F1 de 0,9318, enquanto a presença estática obteve 0,7455, sendo frequentemente confundida com o ambiente vazio. Em uma sequência contínua, a consolidação temporal elevou a acurácia de 0,8914 para 0,9140. Os resultados demonstram a viabilidade da utilização de um único enlace Wi-Fi com dispositivos ESP32-S3 para monitoramento sem contato e sem formação de imagens no cenário experimental adotado. Entretanto, a dificuldade de diferenciar presença estática de ambiente vazio, a utilização de um único participante e ambiente, além da dependência da configuração de aquisição empregada, limitam a extensão dos resultados para outras condições sem nova avaliação ou calibração.