從零開始學ESP32物聯(lián)網(wǎng)應用開發(fā)

 
第1篇  基礎知識
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  外設驅(qū)動控制 21
3.1  GPIO應用 21
3.1.1  GPIO簡介 21
3.1.2  GPIO的常用函數(shù) 22
3.1.3  實踐：通過GPIO監(jiān)聽按鍵 23
3.1.4  實踐：通過GPIO控制LED亮滅 25
3.2  ADC應用 28
3.2.1  ADC簡介 28
3.2.2  ADC的常用函數(shù) 29
3.2.3  實踐：通過ADC讀取實現(xiàn)光線強度檢測 30
3.3  RTC應用 33
3.3.1  RTC簡介 33
3.3.2  RTC的常用函數(shù) 33
3.3.3  實踐：設置和獲取RTC時間 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  實踐：通過UART串口與計算機通信 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  實踐：通過I2C接口實現(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  實踐：通過SPI接口實現(xiàn)外部存儲模塊的讀寫 47
3.7  RMT應用 54
3.7.1  RMT簡介 54
3.7.2  RMT的常用函數(shù) 54
3.7.3  實踐：通過RMT接口實現(xiàn)RGB LED燈帶控制 55
3.8  NVS應用 58
3.8.1  NVS簡介 58
3.8.2  NVS的常用函數(shù) 58
3.8.3  實踐：從NVS中讀寫8位有符號的整數(shù) 59
3.8.4  實踐：從NVS中讀寫自定義結構體 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  任務管理 65
4.2.1  任務管理簡介 65
4.2.2  任務狀態(tài)簡介 66
4.2.3  任務管理的常用函數(shù) 66
4.2.4  實踐：任務掛起和恢復 67
4.3  任務的優(yōu)先級和調(diào)度 70
4.3.1  任務的優(yōu)先級簡介 70
4.3.2  任務的調(diào)度策略簡介 70
4.3.3  實踐：高優(yōu)先級任務搶占低優(yōu)先級任務 71
4.4  隊列 76
4.4.1  隊列簡介 76
4.4.2  隊列的常用函數(shù) 76
4.4.3  實踐：基于隊列的中斷與任務間的通信 77
4.5  信號量 79
4.5.1  信號量簡介 80
4.5.2  信號量的常用函數(shù) 80
4.5.3  實踐：基于信號量實現(xiàn)同步功能 80
4.5.4  實踐：基于互斥鎖的資源操作保護 83
4.5.5  實踐：通過信號量實現(xiàn)互斥功能導致優(yōu)先級反轉(zhuǎn) 86
4.5.6  實踐：通過互斥鎖優(yōu)先級繼承機制解決優(yōu)先級反轉(zhuǎn) 90
4.6  軟件定時器 92
4.6.1  軟件定時器簡介 92
4.6.2  軟件定時器的常用函數(shù) 93
4.6.3  實踐：單次觸發(fā)和自動重載定時器 93
第2篇  通信技術
第5章  Wi-Fi編程 98
5.1  Wi-Fi基礎知識 99
5.1.1  Wi-Fi的相關術語 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  實踐：異步掃描所有的Wi-Fi AP接入點 105
5.2.4  實踐：同步掃描指定的Wi-Fi AP接入點 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  實踐：以Wi-Fi Station模式連接AP接入點 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  實踐：以Wi-Fi Soft-AP模式開啟AP接入點 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  實踐：基于ESP-NOW實現(xiàn)兩個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  實踐：基于Smart Config技術的EspTouch V2類型的Wi-Fi配網(wǎng) 128
6.1.4  實踐：基于Smart Config技術的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  實踐：Wi-Fi連接失敗的解決辦法 155
6.4.3  實踐：距離Wi-Fi接入點太遠的解決辦法 157
6.4.4  實踐：不支持5GHz的解決辦法 159
6.4.5  實踐：找不到Wi-Fi接入點的解決辦法 160
6.4.6  實踐：Wi-Fi密碼錯誤的解決辦法 162
第7章  藍牙通信 165
7.1  藍牙基礎知識 165
7.1.1  ESP Bluetooth架構 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 168
7.2.1  信標箱簡介 168
7.2.2  藍牙廣播和掃描的常用函數(shù) 169
7.2.3  實踐：基于Beacon技術實現(xiàn)室內(nèi)定位功能 169
7.2.4  實踐：基于Beacon技術實現(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  實踐：基于GAP實現(xiàn)藍牙請求配對連接 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  實踐：基于GATT實現(xiàn)藍牙通信 183
第3篇  網(wǎng)絡編程
第8章  網(wǎng)絡傳輸 194
8.1  網(wǎng)絡接口簡介 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  實踐：通過IP事件處理程序獲取IP地址 199
8.2.4  實踐：通過ESP-NETIF接口獲取IP地址 199
8.2.5  實踐：在Station模式下通過ESP-NETIF接口設置IP地址 200
8.2.6  實踐：在Soft-AP模式下通過ESP-NETIF接口設置IP地址 203
8.2.7  實踐：修改Soft-AP模式下默認的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  實踐：ESP32作為TCP客戶端與服務端通信 210
8.3.4  實踐：ESP32作為TCP服務端與客戶端通信 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  實踐：基于ESP32實現(xiàn)UDP通信和數(shù)據(jù)傳輸 221
第9章  網(wǎng)絡應用 226
9.1  HTTP/HTTPS客戶端應用 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  實踐：基于esp_http_client實現(xiàn)HTTP客戶端請求 228
9.1.4  實踐：基于esp_http_client實現(xiàn)HTTPS客戶端請求 234
9.2  MQTT客戶端應用 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  實踐：基于ESP32實現(xiàn)MQTT客戶端連接MQTT代理服務器 236
9.3  OTA應用 243
9.3.1  OTA簡介 243
9.3.2  HTTPS OTA的常用函數(shù) 243
9.3.3  實踐：基于esp_https_ota實現(xiàn)遠程固件升級 245
9.3.4  實踐：基于esp_https_ota和HTTP/HTTPS實現(xiàn)設備主動升級 248
9.3.5  實踐：基于esp_https_ota和MQTT實現(xiàn)云端觸發(fā)升級 252
第4篇  項目實戰(zhàn)
第10章  基于Wi-Fi技術的智能燈泡項目實戰(zhàn) 258
10.1  智能燈泡的實現(xiàn)步驟 259
10.1.1  阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺準備工作 259
10.1.2  ESP32固件燒錄并運行程序 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)平臺上在線調(diào)試設備演示 265
10.2.3  通過微信小程序調(diào)試設備演示 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 270
10.3.2  阿里云物聯(lián)網(wǎng)設備身份安全認證 270
10.3.3  使用MQTT接入阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺 271
10.3.4  屬性上報云端 273
10.3.5  云端遠程控制 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)項目管理與量產(chǎn) 277
10.4.1  企業(yè)項目管理 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  基于藍牙技術的指紋密碼鎖項目實戰(zhàn) 281
11.1  指紋密碼鎖實現(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 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  藍牙鑰匙功能 301
11.3.6  其他功能解析 303