從零開始學(xué)ESP32物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用開發(fā)

 
第1篇  基礎(chǔ)知識(shí)
第1章  ESP32硬件概述 2
1.1  ESP32系列對比 2
1.2  ESP32-C3簡介 3
1.3  ESP32-C3開發(fā)板簡介 4
第2章  搭建開發(fā)環(huán)境 7
2.1  開發(fā)方式對比 7
2.2  搭建ESP-IDF開發(fā)環(huán)境 8
2.2.1  安裝Visual Studio Code 9
2.2.2  安裝Espressif IDF 9
2.2.3  配置ESP-IDF 10
2.2.4  安裝ESP-IDF 10
2.3  Hello World示例程序 12
2.3.1  創(chuàng)建工程 12
2.3.2  配置工程 13
2.3.3  編譯源碼 15
2.3.4  下載固件 16
2.3.5  日志分析 18
2.3.6  快捷按鈕 20
第3章  外設(shè)驅(qū)動(dòng)控制 21
3.1  GPIO應(yīng)用 21
3.1.1  GPIO簡介 21
3.1.2  GPIO的常用函數(shù) 22
3.1.3  實(shí)踐：通過GPIO監(jiān)聽按鍵 23
3.1.4  實(shí)踐：通過GPIO控制LED亮滅 25
3.2  ADC應(yīng)用 28
3.2.1  ADC簡介 28
3.2.2  ADC的常用函數(shù) 29
3.2.3  實(shí)踐：通過ADC讀取實(shí)現(xiàn)光線強(qiáng)度檢測 30
3.3  RTC應(yīng)用 33
3.3.1  RTC簡介 33
3.3.2  RTC的常用函數(shù) 33
3.3.3  實(shí)踐：設(shè)置和獲取RTC時(shí)間 34
3.4  UART通信 37
3.4.1  UART簡介 37
3.4.2  UART的常用函數(shù) 37
3.4.3  實(shí)踐：通過UART串口與計(jì)算機(jī)通信 38
3.5  I2C通信 41
3.5.1  I2C簡介 42
3.5.2  I2C的常用函數(shù) 42
3.5.3  實(shí)踐：通過I2C接口實(shí)現(xiàn)溫度和濕度檢測 43
3.6  SPI通信 46
3.6.1  SPI簡介 46
3.6.2  SPI的常用函數(shù) 46
3.6.3  實(shí)踐：通過SPI接口實(shí)現(xiàn)外部存儲(chǔ)模塊的讀寫 47
3.7  RMT應(yīng)用 54
3.7.1  RMT簡介 54
3.7.2  RMT的常用函數(shù) 54
3.7.3  實(shí)踐：通過RMT接口實(shí)現(xiàn)RGB LED燈帶控制 55
3.8  NVS應(yīng)用 58
3.8.1  NVS簡介 58
3.8.2  NVS的常用函數(shù) 58
3.8.3  實(shí)踐：從NVS中讀寫8位有符號(hào)的整數(shù) 59
3.8.4  實(shí)踐：從NVS中讀寫自定義結(jié)構(gòu)體 62
第4章  RTOS入門 64
4.1  FreeRTOS概述 64
4.1.1  FreeRTOS簡介 64
4.1.2  ESP-IDF版本的FreeRTOS 65
4.2  任務(wù)管理 65
4.2.1  任務(wù)管理簡介 65
4.2.2  任務(wù)狀態(tài)簡介 66
4.2.3  任務(wù)管理的常用函數(shù) 66
4.2.4  實(shí)踐：任務(wù)掛起和恢復(fù) 67
4.3  任務(wù)的優(yōu)先級(jí)和調(diào)度 70
4.3.1  任務(wù)的優(yōu)先級(jí)簡介 70
4.3.2  任務(wù)的調(diào)度策略簡介 70
4.3.3  實(shí)踐：高優(yōu)先級(jí)任務(wù)搶占低優(yōu)先級(jí)任務(wù) 71
4.4  隊(duì)列 76
4.4.1  隊(duì)列簡介 76
4.4.2  隊(duì)列的常用函數(shù) 76
4.4.3  實(shí)踐：基于隊(duì)列的中斷與任務(wù)間的通信 77
4.5  信號(hào)量 79
4.5.1  信號(hào)量簡介 80
4.5.2  信號(hào)量的常用函數(shù) 80
4.5.3  實(shí)踐：基于信號(hào)量實(shí)現(xiàn)同步功能 80
4.5.4  實(shí)踐：基于互斥鎖的資源操作保護(hù) 83
4.5.5  實(shí)踐：通過信號(hào)量實(shí)現(xiàn)互斥功能導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn) 86
4.5.6  實(shí)踐：通過互斥鎖優(yōu)先級(jí)繼承機(jī)制解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn) 90
4.6  軟件定時(shí)器 92
4.6.1  軟件定時(shí)器簡介 92
4.6.2  軟件定時(shí)器的常用函數(shù) 93
4.6.3  實(shí)踐：單次觸發(fā)和自動(dòng)重載定時(shí)器 93
第2篇  通信技術(shù)
第5章  Wi-Fi編程 98
5.1  Wi-Fi基礎(chǔ)知識(shí) 99
5.1.1  Wi-Fi的相關(guān)術(shù)語 99
5.1.2  基于ESP32的Wi-Fi功能 99
5.1.3  基于ESP32的Wi-Fi模式 100
5.1.4  基于ESP32的Wi-Fi編程流程 101
5.1.5  基于ESP32的Wi-Fi初始化流程 102
5.1.6  基于ESP32的Wi-Fi初始化常用函數(shù) 103
5.2  Wi-Fi掃描 103
5.2.1  Wi-Fi掃描簡介 103
5.2.2  Wi-Fi掃描的常用函數(shù) 103
5.2.3  實(shí)踐：異步掃描所有的Wi-Fi AP接入點(diǎn) 105
5.2.4  實(shí)踐：同步掃描指定的Wi-Fi AP接入點(diǎn) 108
5.3  Wi-Fi Station模式 108
5.3.1  Wi-Fi Station模式簡介 108
5.3.2  Wi-Fi Station模式的常用函數(shù) 109
5.3.3  實(shí)踐：以Wi-Fi Station模式連接AP接入點(diǎn) 109
5.4  Wi-Fi Soft-AP模式 114
5.4.1  Wi-Fi Soft-AP模式簡介 114
5.4.2  Wi-Fi Soft-AP模式的常用函數(shù) 114
5.4.3  實(shí)踐：以Wi-Fi Soft-AP模式開啟AP接入點(diǎn) 114
5.5  ESP-NOW通信 119
5.5.1  ESP-NOW簡介 119
5.5.2  ESP-NOW的常用函數(shù) 119
5.5.3  實(shí)踐：基于ESP-NOW實(shí)現(xiàn)兩個(gè)ESP32互相通信 120
第6章  Wi-Fi配網(wǎng) 126
6.1  Smart Config配網(wǎng) 126
6.1.1  Smart Config簡介 126
6.1.2  Smart Config的常用函數(shù) 127
6.1.3  實(shí)踐：基于Smart Config技術(shù)的EspTouch V2類型的Wi-Fi配網(wǎng) 128
6.1.4  實(shí)踐：基于Smart Config技術(shù)的Airkiss類型的Wi-Fi配網(wǎng) 133
6.2  Soft-AP配網(wǎng) 135
6.2.1  Soft-AP配網(wǎng)簡介 135
6.2.2  Soft-AP配網(wǎng)的常用函數(shù) 136
6.2.3  實(shí)踐：基于Soft-AP的Wi-Fi配網(wǎng) 136
6.3  BluFi配網(wǎng) 143
6.3.1  BluFi配網(wǎng)簡介 143
6.3.2  BluFi的常用函數(shù) 144
6.3.3  實(shí)踐：基于BluFi的Wi-Fi配網(wǎng) 144
6.4  Wi-Fi配網(wǎng)失敗的常見問題與解決辦法 153
6.4.1  Wi-Fi配網(wǎng)失敗的常見問題 154
6.4.2  實(shí)踐：Wi-Fi連接失敗的解決辦法 155
6.4.3  實(shí)踐：距離Wi-Fi接入點(diǎn)太遠(yuǎn)的解決辦法 157
6.4.4  實(shí)踐：不支持5GHz的解決辦法 159
6.4.5  實(shí)踐：找不到Wi-Fi接入點(diǎn)的解決辦法 160
6.4.6  實(shí)踐：Wi-Fi密碼錯(cuò)誤的解決辦法 162
第7章  藍(lán)牙通信 165
7.1  藍(lán)牙基礎(chǔ)知識(shí) 165
7.1.1  ESP Bluetooth架構(gòu) 165
7.1.2  ESP Bluetooth Controller簡介 165
7.1.3  ESP Bluetooth Hosts簡介 166
7.1.4  ESP Bluetooth Profiles簡介 167
7.1.5  ESP Bluetooth Application簡介 167
7.1.6  ESP Bluetooth初始化流程 167
7.2  信標(biāo) 168
7.2.1  信標(biāo)箱簡介 168
7.2.2  藍(lán)牙廣播和掃描的常用函數(shù) 169
7.2.3  實(shí)踐：基于Beacon技術(shù)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位功能 169
7.2.4  實(shí)踐：基于Beacon技術(shù)實(shí)現(xiàn)電子圍欄功能 171
7.3  GAP通用訪問控制 175
7.3.1  GAP簡介 175
7.3.2  GAP的常用函數(shù) 176
7.3.3  實(shí)踐：基于GAP實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙請求配對連接 176
7.4  GATT通用屬性控制 182
7.4.1  GATT簡介 182
7.4.2  GATT的常用函數(shù) 183
7.4.3  實(shí)踐：基于GATT實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙通信 183
第3篇  網(wǎng)絡(luò)編程
第8章  網(wǎng)絡(luò)傳輸 194
8.1  網(wǎng)絡(luò)接口簡介 194
8.1.1  Socket簡介 194
8.1.2  Sockets API的常用函數(shù) 194
8.2  IP地址 196
8.2.1  IP地址簡介 197
8.2.2  ESP-NETIF的常用函數(shù) 197
8.2.3  實(shí)踐：通過IP事件處理程序獲取IP地址 199
8.2.4  實(shí)踐：通過ESP-NETIF接口獲取IP地址 199
8.2.5  實(shí)踐：在Station模式下通過ESP-NETIF接口設(shè)置IP地址 200
8.2.6  實(shí)踐：在Soft-AP模式下通過ESP-NETIF接口設(shè)置IP地址 203
8.2.7  實(shí)踐：修改Soft-AP模式下默認(rèn)的IP地址 206
8.3  TCP通信 208
8.3.1  TCP簡介 208
8.3.2  TCP Sockets的常用函數(shù) 209
8.3.3  實(shí)踐：ESP32作為TCP客戶端與服務(wù)端通信 210
8.3.4  實(shí)踐：ESP32作為TCP服務(wù)端與客戶端通信 215
8.4  UDP通信 220
8.4.1  UDP簡介 220
8.4.2  UDP Sockets的常用函數(shù) 220
8.4.3  實(shí)踐：基于ESP32實(shí)現(xiàn)UDP通信和數(shù)據(jù)傳輸 221
第9章  網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用 226
9.1  HTTP/HTTPS客戶端應(yīng)用 226
9.1.1  HTTP/HTTPS簡介 226
9.1.2  HTTP/HTTPS客戶端的常用函數(shù) 227
9.1.3  實(shí)踐：基于esp_http_client實(shí)現(xiàn)HTTP客戶端請求 228
9.1.4  實(shí)踐：基于esp_http_client實(shí)現(xiàn)HTTPS客戶端請求 234
9.2  MQTT客戶端應(yīng)用 234
9.2.1  MQTT簡介 234
9.2.2  MQTT客戶端的常用函數(shù) 235
9.2.3  實(shí)踐：基于ESP32實(shí)現(xiàn)MQTT客戶端連接MQTT代理服務(wù)器 236
9.3  OTA應(yīng)用 243
9.3.1  OTA簡介 243
9.3.2  HTTPS OTA的常用函數(shù) 243
9.3.3  實(shí)踐：基于esp_https_ota實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程固件升級(jí) 245
9.3.4  實(shí)踐：基于esp_https_ota和HTTP/HTTPS實(shí)現(xiàn)設(shè)備主動(dòng)升級(jí) 248
9.3.5  實(shí)踐：基于esp_https_ota和MQTT實(shí)現(xiàn)云端觸發(fā)升級(jí) 252
第4篇  項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn)
第10章  基于Wi-Fi技術(shù)的智能燈泡項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn) 258
10.1  智能燈泡的實(shí)現(xiàn)步驟 259
10.1.1  阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)準(zhǔn)備工作 259
10.1.2  ESP32固件燒錄并運(yùn)行程序 263
10.2  智能燈泡功能演示 264
10.2.1  BluFi配網(wǎng)演示 264
10.2.2  在阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)上在線調(diào)試設(shè)備演示 265
10.2.3  通過微信小程序調(diào)試設(shè)備演示 267
10.2.4  其他功能演示 269
10.3  智能燈泡的ESP32程序源碼解析 269
10.3.1  智能燈泡的系統(tǒng)架構(gòu) 270
10.3.2  阿里云物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備身份安全認(rèn)證 270
10.3.3  使用MQTT接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái) 271
10.3.4  屬性上報(bào)云端 273
10.3.5  云端遠(yuǎn)程控制 274
10.3.6  彩色燈泡控制與斷電記憶 275
10.3.7  按鍵的長按和短按 276
10.3.8  其他功能源碼解析 277
10.4  企業(yè)項(xiàng)目管理與量產(chǎn) 277
10.4.1  企業(yè)項(xiàng)目管理 277
10.4.2  開發(fā)調(diào)試環(huán)節(jié)的固件燒錄 278
10.4.3  小批量內(nèi)測環(huán)節(jié)的固件燒錄 279
10.4.4  大批量生產(chǎn)環(huán)節(jié)的固件燒錄 279
第11章  基于藍(lán)牙技術(shù)的指紋密碼鎖項(xiàng)目實(shí)戰(zhàn) 281
11.1  指紋密碼鎖實(shí)現(xiàn)步驟 282
11.1.1  硬件原理和接線方式 282
11.1.2  指紋密碼鎖的使用說明 284
11.1.3  ESP32固件燒錄并運(yùn)行程序 286
11.2  指紋密碼鎖功能演示 286
11.2.1  鍵盤功能演示 286
11.2.2  指紋功能演示 289
11.2.3  微信小程序功能演示 289
11.2.4  其他功能演示 291
11.3  指紋密碼鎖的ESP32程序源碼解析 291
11.3.1  系統(tǒng)架構(gòu) 291
11.3.2  矩陣鍵盤掃描 292
11.3.3  指紋模塊管理 294
11.3.4  場景切換處理 300
11.3.5  藍(lán)牙鑰匙功能 301
11.3.6  其他功能解析 303