硅基闪电

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Arduino开发 ​

本文介绍如何使用Arduino IDE开发ESP32S3物联网设备，连接SiliZap物联网平台，实现设备数据上报和远程控制。

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一、Arduino平台介绍 ​

1.1 Arduino概述 ​

Arduino起源于2005年，由意大利Ivrea交互设计学院的Massimo Banzi和David Cuartielles等人创立，最初目的是为设计学生提供一个简单易用的工具，帮助他们快速实现交互项目原型。Arduino这个名称来源于意大利北部的一个酒吧，团队经常在那里讨论项目创意。

Arduino是一款开源电子原型平台，包括硬件（各种型号的Arduino兼容板）和软件（Arduino IDE）。它为创客、开发者和爱好者提供了简单易用的开发工具，使电子项目开发变得更加便捷。Arduino生态系统拥有丰富的库和社区支持，特别适合物联网设备开发。

经过多年发展，Arduino已成为全球最受欢迎的开源硬件平台之一，广泛应用于教育、原型设计、艺术创作、工业自动化和物联网等领域。

1.2 ESP32S3芯片特性 ​

ESP32S3是乐鑫科技推出的高性能低功耗Wi-Fi和蓝牙SoC，具有以下特点：

  • 强大的处理能力：

    • 双核Xtensa® 32位LX7处理器，最高频率240 MHz
    • 512 KB SRAM
    • 支持最多16 MB外部Flash存储
    • 硬件加密加速器

  • 丰富的外设接口：

    • 45个可编程GPIO引脚
    • 4个SPI控制器
    • 3个I²C控制器
    • 3个UART控制器
    • 2个12位ADC，20个通道
    • USB OTG支持

  • 网络连接：

    • 2.4 GHz Wi-Fi 802.11 b/g/n
    • 蓝牙5.0 (LE)
    • 支持WPA3加密

二、Arduino环境搭建 ​

2.1 开发环境简介 ​

对于物联网开发来说，使用Arduino IDE开发ESP32S3是一种简单高效的方式。Arduino IDE提供了直观的界面和简化的C/C++语法，特别适合嵌入式开发。通过Arduino生态系统，开发者可以快速实现物联网设备的开发和部署。

2.2 安装开发工具 ​

推荐使用Arduino IDE作为ESP32S3开发工具，Mac和Windows都可以使用：

  1. 访问Arduino官网下载并安装最新版本
  2. 打开Arduino IDE，点击"文件" > "首选项"
  3. 在"附加开发板管理器网址"中添加：https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json
  4. 点击"工具" > "开发板" > "开发板管理器"
  5. 搜索"esp32"并安装"ESP32 by Espressif Systems"
  6. 选择"ESP32S3 Dev Module"作为开发板
  7. 选择正确的串口端口
  8. 点击"确定"完成设置

三、Arduino代码实现 ​

可以从网上购买其他开发板进行测试，外加四路继电器，例如ESP32-S3-DevKitC-1：

ESP32开发板

ESP32开发板ESP32开发板

3.1 环境准备 ​

  • ESP32S3开发板
  • Arduino IDE开发工具
  • USB数据线
  • 4路继电器模块（对应的引脚分别为15、16、17、18）
  • 在SiliZap平台上已创建产品和设备，获取MQTT连接信息
  • 必要的库文件（PubSubClient、ArduinoJson、NTPClient）

3.2 代码实现 ​

我们的项目使用一个主要文件：silizap.ino（主程序）。

bash
# 克隆仓库
git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_ESP32_Arduino_PUBLIC.git

3.2.1 主程序配置 ​

首先配置主程序silizap.ino，包含连接信息和引脚定义：

cpp
// ---------- 必须修改7个全局定义数据 ----------
// （产品ID、用户ID、MQTT服务器地址、MQTT用户名、MQTT密码、WIFI账号、WIFI密码）

String product_id = "XXX";           // 1、产品ID（填入你的产品ID）
String user_id = "XXX";              // 2、用户ID（填入你的用户ID）

const char* mqtt_server = "XXX";     // 3、MQTT服务器地址（填入你的MQTT服务器）
const int mqtt_port = 1883;

const char* mqtt_username = "XXX";   // 4、MQTT用户名（填入你的MQTT用户名）
const char* mqtt_password = "XXX";   // 5、MQTT密码（填入你的MQTT密码）

const char* ssid = "XXX";             // 6、WIFI账号（填入你的WIFI账号）
const char* password = "XXX";        // 7、WIFI密码（填入你的WIFI密码）

// ---------- 定义4个引脚用于控制四个外设 ----------
const int LAMP_PIN = 18;    // 台灯引脚
const int AC_PIN = 15;      // 空调引脚
const int ALARM_PIN = 16;   // 告警引脚
const int FAN_PIN = 17;     // 风扇引脚

3.2.2 主程序功能 ​

silizap.ino文件实现MQTT通信和设备控制逻辑，主要功能：

  • WiFi自动连接与重连
  • MQTT协议通信与SiliZap平台交互
  • 设备状态自动获取与上报（每10秒）
  • 远程控制命令接收与执行
  • 一键控制指令序列执行
  • 设备状态实时监控与ACK回复
  • 自动获取设备MAC地址并生成Client ID
  • 时间同步功能（获取北京时间）

3.3 安装必要的库 ​

在Arduino IDE中安装必要的库文件：

  1. 点击"工具" > "管理库..."
  2. 搜索"PubSubClient"并安装最新版本
  3. 搜索"ArduinoJson"并安装版本6.21.3或更高
  4. 搜索"NTPClient"并安装最新版本
  5. 安装完成后重启Arduino IDE

Arduino库管理界面

3.4 运行程序 ​

  1. 在Arduino IDE中打开silizap.ino文件
  2. 修改以下配置：
    • product_id：您的产品ID
    • user_id：您的用户ID
    • mqtt_server：MQTT服务器地址
    • mqtt_username：MQTT用户名
    • mqtt_password：MQTT密码
    • ssid：WiFi账号
    • password：WiFi密码
  3. 点击"上传"按钮将代码烧录到ESP32S3开发板
  4. 打开串口监视器，观察输出信息
  5. 程序会自动获取设备MAC地址，构建Client ID，连接WiFi和MQTT服务器
  6. 程序每10秒上报一次设备状态数据
  7. 支持接收远程控制命令和一键控制指令

Arduino程序运行效果

四、项目运行效果 ​

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