ESP32开发

本文介绍如何开发ESP32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。

一、乐鑫介绍

1.1 ESP32系列概述

乐鑫科技（Espressif）成立于2008年，是中国领先的物联网芯片设计公司，专注于Wi-Fi、蓝牙和低功耗SoC解决方案。公司总部位于上海，并在全球多地设有分支机构。乐鑫科技官网

乐鑫科技（Espressif）的ESP32系列是一系列高性能、低功耗的Wi-Fi和蓝牙SoC（系统级芯片），专为物联网应用设计。这些芯片提供了强大的处理能力、丰富的外设接口和出色的连接性能，成为物联网开发的理想选择。ESP32系列自推出以来，凭借其开源友好的生态系统和极具竞争力的性价比，已在全球物联网领域获得广泛应用，成为众多开发者的首选平台。

1.2 ESP32-S3特性

以ESP32-S3为例，这是一款高性能、低功耗的双核Wi-Fi 6 + 蓝牙5.0 (LE) SoC，是ESP32系列的最新成员，具备以下特点：

强大的处理能力：
- 双核Xtensa LX7处理器，最高频率240 MHz
- 512 KB SRAM，支持更大程序和数据缓存
- 384 KB ROM用于程序引导和内核功能
增强的连接性能：
- Wi-Fi 6 (802.11 b/g/n/ac/ax)支持
- 蓝牙5.0和蓝牙Mesh
- 高带宽和多设备连接能力
丰富的外设接口：
- 45个可编程GPIO
- 支持USB OTG
- 14个电容触摸传感器
- 12位ADC，采样率高达2 MSPS
- 2个8位DAC
- 4个SPI接口、2个I²C接口、2个I²S接口
- 2个UART接口
先进的安全特性：
- RSA-3072安全启动
- AES-128/192/256-XTS Flash加密
- ECC加速
- 安全元件支持
- 多种物理防篡改机制
宽温域工作：
- 工作温度范围：-40°C~105°C
- 适用于各类工业、消费和照明应用

二、环境搭建

2.1 开发环境简介

对于ESP32系列设备开发，我们推荐使用以下两种开发环境：

VSCode + PlatformIO：适合初学者的简易开发环境，提供完整的Arduino和ESP-IDF支持，拥有强大的代码补全和调试功能
VSCode + ESP-IDF插件：乐鑫官方推荐的开发环境，提供最完整的API支持和深度定制能力

对于初学者来说，VSCode + PlatformIO插件是开发ESP32系列设备最简单便捷的方式。PlatformIO是一个跨平台的开源构建系统和库管理器，支持多种开发板和框架，包括ESP32和ESP-IDF。

2.2 VSCode + PlatformIO 安装步骤

对于初学者来说，使用VSCode + PlatformIO插件是开发ESP32系列设备最简单便捷的方式。PlatformIO是一个跨平台的开源构建系统和库管理器，支持多种开发板和框架。

2.2.1 安装步骤

安装VSCode

访问VSCode官网下载最新版本
按照安装向导完成安装

安装PlatformIO插件

打开VSCode
点击左侧边栏的扩展图标（或按Ctrl+Shift+X）
在搜索框中输入"PlatformIO IDE"
点击安装按钮
安装完成后重启VSCode

2.3 ESP-IDF开发环境简介

使用VSCode + ESP-IDF插件是开发ESP32系列设备最简单便捷的方式。ESP-IDF（Espressif IoT Development Framework）是乐鑫科技（Espressif Systems）官方推出的物联网开发框架，专为其 ESP32 系列芯片（包括 ESP32、ESP32-S2/S3、ESP32-C3/C6 等）设计，是开发基于 ESP32 芯片的物联网设备的核心工具集。

2.3.1 安装步骤

安装VSCode

访问VSCode官网下载最新版本
按照安装向导完成安装

安装ESP-IDF插件

查找插件 打开已安装的 VSCode，进入插件市场（点击左侧导航栏的「扩展」图标或使用快捷键 Ctrl+Shift+X），在搜索框中输入 ESP-IDF Extension，找到由「Espressif Systems」开发的官方插件（通常是第一个结果，图标为乐鑫 logo）。
安装插件 点击插件卡片上的「安装」按钮，等待插件下载并安装完成。安装过程中 VSCode 底部会显示进度条，完成后可能需要重启 VSCode 使插件生效（若有提示，点击「重新加载」即可）。
配置 ESP-IDF 环境 插件安装完成后，需要配置 ESP-IDF 开发环境（包括 SDK、工具链等），步骤如下：
- 打开命令面板：使用快捷键 Ctrl+Shift+P（macOS 为 Cmd+Shift+P），输入并选择「ESP-IDF: Configure ESP-IDF Extension」，启动配置向导。
- 选择配置方式：向导提供 3 种方式，推荐新手选择「Express (Recommended)」（快速配置），该模式会自动下载并安装 ESP-IDF SDK、编译工具链、调试工具等全套环境；
  - 若已有本地 ESP-IDF 目录，可选择「Use existing ESP-IDF directory」
  - 若需通过 Git 克隆源码，可选择「Advanced」
- 选择安装路径：点击「Browse」选择一个无中文、无空格的本地路径（例如 C:\esp-idf 或 ~/esp-idf），作为 ESP-IDF 环境的安装目录。
- 选择 ESP-IDF 版本：在版本列表中选择稳定版（例如 v5.2 或最新 LTS 版本），建议优先选择官方推荐的稳定版本，避免开发中出现兼容性问题。
- 等待安装完成：配置向导会自动下载所选版本的 SDK 和工具链，过程可能需要 10-30 分钟（取决于网络速度），请保持网络稳定。若下载中断，可重新启动配置向导继续。
验证环境配置 环境安装完成后，可通过创建示例项目验证是否成功：
- 创建新项目：打开命令面板，输入并选择「ESP-IDF: New Project」
- 配置项目信息：
  - 填写项目名称（例如 hello_world）
  - 选择项目保存路径（无中文 / 空格）
  - 在「Target Device」中选择目标芯片（例如 ESP32）
- 选择模板：在示例模板中选择「hello_world」，点击「Create Project」
- 编译与烧录：
  - 项目打开后，使用快捷键 Ctrl+E, B（或点击底部状态栏的「Build」按钮）编译项目
  - 编译成功后，连接 ESP32 开发板
  - 使用快捷键 Ctrl+E, F（或点击「Flash」按钮）烧录程序
  - 通过「Monitor」（Ctrl+E, M）查看串口输出
- 验证成功：若能看到串口输出的「Hello world!」信息，说明环境配置正常。

三、VScode+PlatformIO实战开发

基于上述开发环境的搭建完成。

3.1 PlatformIO环境搭建

已安装好VSCode + PlatformIO的开发环境
准备好开发板
USB数据线
在SiliZap平台上已创建产品和设备，获取MQTT连接信息

3.2 代码获取

从SiliZap官方Gitee仓库克隆或下载项目源码： git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_ESP32_PlatformIO_PUBLIC.git

代码仓库中的config.hpp包含了完整的配置参数，MQTT信息获取见：快速入门

cpp

#ifndef CONFIG_HPP
#define CONFIG_HPP

#include <Arduino.h>
#include <stdint.h>

// 设备状态结构体
typedef struct {
    unsigned char lamp_livingroom;    // 客厅灯
    unsigned char lamp_kitchen;       // 厨房灯
    unsigned char lamp_bedroom;       // 卧室灯
    unsigned char lamp_bathroom;      // 洗手间灯
    unsigned char lamp_diningroom;    // 餐厅灯
    unsigned char lamp_studyroom;     // 书房灯
    unsigned char fan_livingroom;     // 客厅风扇
    unsigned char ac_livingroom;      // 客厅空调
    unsigned char alarm_livingroom;   // 客厅警报
    unsigned char tablelamp_bedroom;  // 卧室台灯
    unsigned char closetlamp_bedroom; // 卧室衣柜灯
    unsigned char domelamp_livingroom;// 客厅顶灯
    unsigned char porchlamp_livingroom;// 客厅门廊灯
    unsigned char tv_livingroom;      // 客厅电视
    unsigned char curtain_livingroom; // 客厅窗帘
    unsigned char motor_1;           
    unsigned char motor_2;         
} DeviceState;

// 传感器数据结构体
typedef struct {
    float temperature;   // 温度
    float humidity;      // 湿度
    float lux;           // 光照强度
    float tvoc;          // 总挥发性有机物
    float formaldehyde;  // 甲醛
    float co2;           // 二氧化碳
    unsigned char flame; // 火焰
    unsigned char person; // 人体感应
} SensorData;


// 平台信息
static const char* product_id = "XXX";
static const char* user_id = "XXX";

// MQTT配置
static const char* MQTT_BROKER = "XXX";
static const int MQTT_PORT = 1883;
static const char* MQTT_USERNAME = "XXX";
static const char* MQTT_PASSWORD = "XXX";

// 默认版本号
static const char* DEFAULT_VERSION = "0.0.0.2";

// WiFi配置结构体
typedef struct {
    const char* ssid;
    const char* password;
} WifiConfig;

// WiFi配置数组，系统会遍历这些配置，尝试连接在线的WiFi
const WifiConfig WIFI_CONFIGS[] = {
    {"XXX", "XXX"},
    {"Gunter", "{qwerty123}"},
    {"Fairy", "{qwerty123}"},
    {"JJDW","jjdw0108"}  
};

// WiFi配置数组大小
const size_t NUM_WIFI_CONFIGS = sizeof(WIFI_CONFIGS) / sizeof(WifiConfig);

// GPIO引脚配置
const int DEFAULT_TEMT6000_GPIO = 4;           // 光照传感器GPIO引脚 (对应ADC1_CH3)

// LCD显示屏引脚配置 - 使用预处理宏定义，便于TFT_eSPI库引用
#ifndef LCD_CS_PIN
#define LCD_CS_PIN 46   // LCD片选引脚
#endif
#ifndef LCD_DC_PIN
#define LCD_DC_PIN 9    // LCD数据/命令选择引脚
#endif
#ifndef LCD_RST_PIN
#define LCD_RST_PIN 10  // LCD复位引脚
#endif
#ifndef LCD_BL_PIN
#define LCD_BL_PIN 3    // LCD背光控制引脚
#endif
#ifndef LCD_MOSI_PIN
#define LCD_MOSI_PIN 11 // LCD MOSI引脚
#endif
#ifndef LCD_SCLK_PIN
#define LCD_SCLK_PIN 12 // LCD SCLK引脚
#endif
const int DEFAULT_PRESENCE_SENSOR_GPIO = 5;      // 人体传感器GPIO引脚
const int DEFAULT_FLAME_SENSOR_GPIO = 6;   // 火焰检测传感器GPIO引脚

// UART引脚配置参数
const int DEFAULT_RX_PIN = 18;
const int DEFAULT_TX_PIN = 17;  

// I2C引脚配置参数
const int DEFAULT_SDA_PIN = 15;
const int DEFAULT_SCL_PIN = 16;

// 设备配置结构体 - 包含状态变量偏移量，用于动态访问
typedef struct {
    const char* cn_name;      // 中文名称
    const char* en_name;      // 英文名称
    int gpio_pin;             // GPIO引脚
    size_t state_offset;      // 状态变量在DeviceState结构体中的偏移量
} DeviceConfig;

// 为兼容现有代码保留GPIO_OUTPUT_PINS
const int GPIO_OUTPUT_PINS[] = {
    20,
    19,
    8,
    7,
    47,
    21,
    14,
    13,
    45, 
    48  
};

const DeviceConfig DEVICES[] = {
    {"客厅灯", "lamp_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[0], 0},      
    {"厨房灯", "lamp_kitchen", GPIO_OUTPUT_PINS[1], 1},        
    {"卧室灯", "lamp_bedroom", GPIO_OUTPUT_PINS[2], 2},        
    {"洗手间灯", "lamp_bathroom", GPIO_OUTPUT_PINS[3], 3},     
    {"客厅风扇", "fan_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[4], 4},    
    {"餐厅灯", "lamp_diningroom", GPIO_OUTPUT_PINS[5], 5},    
    {"书房灯", "lamp_studyroom", GPIO_OUTPUT_PINS[6], 6},     
    {"客厅告警", "alarm_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[7], 7},  
};
const size_t NUM_DEVICES = sizeof(DEVICES) / sizeof(DeviceConfig);
const size_t NUM_GPIO_OUTPUT_PINS = sizeof(GPIO_OUTPUT_PINS) / sizeof(int);

// 火焰传感器配置参数
const bool DEFAULT_FLAME_SENSOR_ACTIVE_LOW = true;            // 火焰传感器信号有效电平
const uint32_t DEFAULT_FLAME_DEBOUNCE_MS = 50;                // 火焰传感器防抖时间(毫秒) 
// 人体检测传感器配置参数
const bool DEFAULT_PRESENCE_ACTIVE_HIGH = true;               // 人体检测传感器信号有效电平
const uint32_t DEFAULT_PRESENCE_DEBOUNCE_MS = 100;            // 人体检测传感器防抖时间(毫秒) 



#endif // CONFIG_HPP

仓库中已经包含了完整的连接代码实现，详情可查看README.md

3.3 编译和上传

使用SZ_ESP32_IDF_PUBLIC仓库的步骤：

克隆仓库：git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_ESP32_IDF_PUBLIC.git
打开VSCode并导入该项目
修改config.hpp中的配置参数：

填写您的产品ID、用户ID
配置MQTT服务器信息
修改为您自己的WiFi名称和密码

按照下图按钮进行点击，编译、下载、监控日志。

四、VScode+ESP-IDF实战开发

基于上述开发环境的搭建完成。

4.1 ESP-IDF环境搭建

已安装好VSCode + ESP-IDF的开发环境
准备好开发板
USB数据线
在SiliZap平台上已创建产品和设备，获取MQTT连接信息

4.2 代码获取

从SiliZap官方Gitee仓库克隆或下载项目源码：

bash

git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_ESP32_IDF_PUBLIC.git

代码仓库中的config.hpp包含了完整的配置参数，MQTT信息获取见：快速入门

cpp

// MQTT配置
#include <string.h>
#include <inttypes.h> 
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_adc/adc_oneshot.h"
#include "driver/spi_master.h"

// 设备状态结构体
typedef struct {
    unsigned char lamp_livingroom;    // 客厅灯
    unsigned char lamp_kitchen;       // 厨房灯
    unsigned char lamp_bedroom;       // 卧室灯
    unsigned char lamp_bathroom;      // 洗手间灯
    unsigned char lamp_diningroom;    // 餐厅灯
    unsigned char lamp_studyroom;     // 书房灯
    unsigned char fan_livingroom;     // 客厅风扇
    unsigned char ac_livingroom;      // 客厅空调
    unsigned char alarm_livingroom;   // 客厅警报
    unsigned char tablelamp_bedroom;  // 卧室台灯
    unsigned char closetlamp_bedroom; // 卧室衣柜灯
    unsigned char domelamp_livingroom;// 客厅顶灯
    unsigned char porchlamp_livingroom;// 客厅门廊灯
    unsigned char tv_livingroom;      // 客厅电视
    unsigned char curtain_livingroom; // 客厅窗帘
    unsigned char motor_1;            // 电机1 (GPIO45)
    unsigned char motor_2;            // 电机2 (GPIO48)
} DeviceState;

// 传感器数据结构体
typedef struct {
    float temperature;   // 温度
    float humidity;      // 湿度
    float lux;           // 光照强度
    float tvoc;          // 总挥发性有机物
    float formaldehyde;  // 甲醛
    float co2;           // 二氧化碳
    unsigned char flame; // 火焰
    unsigned char person; // 人体感应
} SensorData;

// 平台信息
constexpr const char* product_id = "XXX";
constexpr const char* user_id = "XXX";

constexpr const char* MQTT_BROKER = "XXX";
constexpr int MQTT_PORT = 1883;
constexpr const char* MQTT_USERNAME = "XXX";
constexpr const char* MQTT_PASSWORD = "XXX";

// 默认版本号
constexpr const char* DEFAULT_VERSION = "0.0.0.1";

// WiFi配置结构体
typedef struct {
    const char* ssid;
    const char* password;
} WifiConfig;

// WiFi配置数组，系统会遍历这些配置，尝试连接在线的WiFi
constexpr WifiConfig WIFI_CONFIGS[] = {
    {"XXX", "XXX"},
    {"Gunter", "{qwerty123}"},
    {"Fairy", "{qwerty123}"},
    {"JJDW","jjdw0108"}  
};

// WiFi配置数组大小
constexpr size_t NUM_WIFI_CONFIGS = sizeof(WIFI_CONFIGS) / sizeof(WifiConfig);

constexpr gpio_num_t DEFAULT_TEMT6000_GPIO = GPIO_NUM_4;           // 光照传感器GPIO引脚 (对应ADC1_CH3)
constexpr gpio_num_t DEFAULT_PRESENCE_SENSOR_GPIO = GPIO_NUM_5;      // 人体传感器GPIO引脚
constexpr gpio_num_t DEFAULT_FLAME_SENSOR_GPIO = GPIO_NUM_6;   // 火焰检测传感器GPIO引脚


// UART引脚配置参数
constexpr int DEFAULT_RX_PIN = GPIO_NUM_18;
constexpr int DEFAULT_TX_PIN = GPIO_NUM_17;  

// I2C引脚配置参数
constexpr gpio_num_t DEFAULT_SDA_PIN = GPIO_NUM_15;
constexpr gpio_num_t DEFAULT_SCL_PIN = GPIO_NUM_16;

// 设备配置结构体 - 包含状态变量偏移量，用于动态访问
typedef struct {
    const char* cn_name;      // 中文名称
    const char* en_name;      // 英文名称
    gpio_num_t gpio_pin;      // GPIO引脚
    size_t state_offset;      // 状态变量在DeviceState结构体中的偏移量
} DeviceConfig;

// 为兼容现有代码保留GPIO_OUTPUT_PINS
constexpr gpio_num_t GPIO_OUTPUT_PINS[] = {
    GPIO_NUM_20,
    GPIO_NUM_19,
    GPIO_NUM_8,
    GPIO_NUM_7,
    GPIO_NUM_47,
    GPIO_NUM_21,
    GPIO_NUM_14,
    GPIO_NUM_13,
    GPIO_NUM_45,  // 电机1 GPIO
    GPIO_NUM_48   // 电机2 GPIO
};


constexpr DeviceConfig DEVICES[] = {
    {"客厅灯", "lamp_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[0], 0},       // 偏移量0对应第一个成员变量
    {"厨房灯", "lamp_kitchen", GPIO_OUTPUT_PINS[1], 1},         // 偏移量1对应第二个成员变量
    {"卧室灯", "lamp_bedroom", GPIO_OUTPUT_PINS[2], 2},        // 偏移量2对应第三个成员变量
    {"洗手间灯", "lamp_bathroom", GPIO_OUTPUT_PINS[3], 3},     // 偏移量3对应第四个成员变量
    {"客厅风扇", "fan_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[4], 4},     // 偏移量4对应第五个成员变量
    {"餐厅灯", "lamp_diningroom", GPIO_OUTPUT_PINS[5], 5},      // 偏移量5对应第六个成员变量
    {"书房灯", "lamp_studyroom", GPIO_OUTPUT_PINS[6], 6},       // 偏移量6对应第七个成员变量
    {"客厅告警", "alarm_livingroom", GPIO_OUTPUT_PINS[7], 7},    // 偏移量7对应第八个成员变量
};
constexpr size_t NUM_DEVICES = sizeof(DEVICES) / sizeof(DeviceConfig);
constexpr size_t NUM_GPIO_OUTPUT_PINS = sizeof(GPIO_OUTPUT_PINS) / sizeof(gpio_num_t);

// 火焰传感器配置参数
constexpr bool DEFAULT_FLAME_SENSOR_ACTIVE_LOW = true;            // 火焰传感器信号有效电平
constexpr uint32_t DEFAULT_FLAME_DEBOUNCE_MS = 50;                // 火焰传感器防抖时间(毫秒) - 降低以提高灵敏度
// 人体检测传感器配置参数
constexpr bool DEFAULT_PRESENCE_ACTIVE_HIGH = true;               // 人体检测传感器信号有效电平
constexpr uint32_t DEFAULT_PRESENCE_DEBOUNCE_MS = 100;            // 人体检测传感器防抖时间(毫秒) - 降低以提高灵敏度

// 光照传感器配置参数
constexpr adc_channel_t DEFAULT_TEMT6000_ADC_CHANNEL = ADC_CHANNEL_3; // 光照传感器ADC通道 - GPIO4对应ADC1_CH3

// LCD 1.8寸显示屏引脚定义
constexpr gpio_num_t LCD_BL_PIN = GPIO_NUM_3;      // 背光引脚
constexpr gpio_num_t LCD_CS_PIN = GPIO_NUM_46;     // 片选引脚
constexpr gpio_num_t LCD_DC_PIN = GPIO_NUM_9;      // 数据/命令控制引脚
constexpr gpio_num_t LCD_RES_PIN = GPIO_NUM_10;    // 复位引脚
constexpr gpio_num_t LCD_MOSI_PIN = GPIO_NUM_11;   // 数据输出引脚
constexpr gpio_num_t LCD_SCK_PIN = GPIO_NUM_12;    // 时钟引脚

// LCD配置参数
constexpr int LCD_SPI_HOST = SPI2_HOST;               // 使用SPI2
constexpr int LCD_SPI_FREQ = 80;                      // SPI频率80MHz
constexpr bool LCD_COLOR_ORDER_BGR = true;            // 颜色顺序BGR

仓库中已经包含了完整的连接代码实现，详情可查看README.md

4.3 编译和上传

使用SZ_ESP32_IDF_PUBLIC仓库的步骤：

克隆仓库：git clone https://gitee.com/SiliZap/SZ_ESP32_IDF_PUBLIC.git
打开VSCode并导入该项目
修改config.hpp中的配置参数：

填写您的产品ID、用户ID
配置MQTT服务器信息
修改为您自己的WiFi名称和密码

按照下图按钮进行点击，编译、下载、监控日志。

五、项目运行效果

按照上述两种方式任选一种，您可以快速实现ESP32设备与SiliZap物联网平台的连接，并具备完整的智能家居控制功能，大大简化开发流程，让您专注于创意实现。

ESP32开发 ​

一、乐鑫介绍 ​

1.1 ESP32系列概述 ​

1.2 ESP32-S3特性 ​

二、环境搭建 ​

2.1 开发环境简介 ​

2.2 VSCode + PlatformIO 安装步骤 ​

2.2.1 安装步骤 ​

2.3 ESP-IDF开发环境简介 ​

2.3.1 安装步骤 ​

三、VScode+PlatformIO实战开发 ​

3.1 PlatformIO环境搭建 ​

3.2 代码获取 ​

3.3 编译和上传 ​

四、VScode+ESP-IDF实战开发 ​

4.1 ESP-IDF环境搭建 ​

4.2 代码获取 ​

4.3 编译和上传 ​

五、项目运行效果 ​