ESP32-C3物联网工程开发实战

图书标准信息

• 作者 乐鑫科技
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2022-09
• 版次 1
• ISBN 9787121442971
• 定价 98.00元
• 装帧 其他
• 页数 388页

【内容简介】

ESP32-C3是搭载了开源指令集RISC-V的32位低功耗、低成本、安全的物联网芯片，本书也是该芯片原厂乐鑫科技的官方作品。本书从物联网工程开发的必备知识入手，循序渐进地介绍了硬件设计、外设驱动、ESP-IDF开发环境搭建、Wi-Fi网络配置、本地和云端控制、OTA升级原理、电源管理、低功耗优化、设备安全功能、固件版本管理和量产测试等方面的内容。物联网工程开发涉及的知识点很多，本书根据所涉及的知识点将全书分为4篇，分别是准备篇（第1～4章）、硬件与驱动开发篇（第5～6章）、无线通信与控制篇（第7～11章）、优化与量产篇（第12～15章），可帮助读者更好地掌握相关的知识点。

【作者简介】

乐鑫科技是一家全球化的无晶圆厂半导体公司，成立于 2008 年，在中国、捷克、印度、新加坡和巴西均设有办公地，团队来自约 30 个国家和地区。乐鑫多年来深耕 AIoT 领域软硬件产品的研发与设计，专注于研发高集成、低功耗、性能卓越、安全稳定、高性价比的无线通信 SoC，现已发布 ESP8266、ESP32、ESP32-S、ESP32-C 和 ESP32-H 系列芯片、模组和开发板，成为物联网应用的理想选择。我们致力于提供安全、稳定、节能的 AIoT 解决方案。同时，我们坚持技术开源，助力开发者们用乐鑫的方案开发智能产品，打造万物互联的智能世界。

【目录】

目　　录

第1篇　准备篇

第1章　浅谈物联网2

1.1　物联网的体系结构2

1.2　物联网应用之智能家居4

第2章　物联网工程项目的介绍和实战6

2.1　典型的物联网工程项目介绍6

2.1.1　常见物联网设备的基本模块6

2.1.2　用户端应用程序基本模块7

2.1.3　常见的物联网云平台简介7

2.2　实战：智能照明工程8

2.2.1　工程框架9

2.2.2　工程功能9

2.2.3　硬件准备10

2.2.4　开发步骤11

2.3　本章总结11

第3章　ESP RainMaker介绍12

3.1　什么是ESP RainMaker12

3.2　ESP RainMaker的实现原理13

3.2.1　Claiming服务14

3.2.2　RainMaker设备侧代理程序15

3.2.3　云后端16

3.2.4　客户端16

3.3　实战：ESP RainMaker开发要点18

3.4　ESP RainMaker功能摘要19

3.4.1　账户管理功能19

3.4.2　对终端用户开放的功能19

3.4.3　对管理员用户开放的功能20

3.5　本章总结20

第4章　开发环境的搭建与详解21

4.1　ESP-IDF概述21

4.1.1　ESP-IDF版本介绍21

4.1.2　ESP-IDF Git工作流程22

4.1.3　选择一个合适的版本23

4.1.4　ESP-IDF SDK目录总览23

4.2　ESP-IDF开发环境安装详解26

4.2.1　在Linux系统下安装ESP-IDF开发环境27

4.2.2　在Windows系统下安装ESP-IDF开发环境29

4.2.3　在Mac系统下安装ESP-IDF开发环境34

4.2.4　VS Code代码编辑工具的安装35

4.2.5　第三方开发环境简介35

4.3　ESP-IDF编译系统详解36

4.3.1　编译系统基本概念36

4.3.2　工程文件结构36

4.3.3　编译系统默认的构建规范38

4.3.4　编译脚本详解38

4.3.5　常用命令详解39

4.4　实战：Blink示例程序编译40

4.4.1　Blink示例程序分析40

4.4.2　Blink示例程序的编译过程42

4.4.3　Blink示例程序的烧录过程46

4.4.4　Blink示例程序的串口Log分析46

4.5　本章总结49

第2篇  硬件与驱动开发篇

第5章　ESP32-C3的智能照明产品的硬件设计52

5.1　智能照明产品的功能及组成52

5.2　ESP32-C3最小硬件系统设计55

5.2.1　电源58

5.2.2　上电时序与复位58

5.2.3　SPI Flash59

5.2.4　时钟源59

5.2.5　射频及天线60

5.2.6　Strapping引脚62

5.2.7　GPIO和PWM功能62

5.3　实战：使用ESP32-C3构建智能照明系统63

5.3.1　模组选用63

5.3.2　PWM信号的GPIO配置63

5.3.3　固件烧录和调试接口65

5.3.4　射频设计要求67

5.3.5　供电电源设计要求68

5.4　本章总结68

第6章　驱动开发70

6.1　驱动开发过程70

6.2　ESP32-C3外设应用71

6.3　LED驱动基础72

6.3.1　色彩空间72

6.3.2　LED驱动器76

6.3.3　LED调光76

6.3.4　PWM介绍77

6.4　LED调光驱动开发78

6.4.1　非易失性存储78

6.4.2　LED PWM控制器79

6.4.3　LED PWM编程81

6.5　实战：智能照明工程中的驱动开发84

6.5.1　按键驱动84

6.5.2　LED调光驱动85

6.6　本章总结89

第3篇  无线通信与控制篇

第7章　Wi-Fi网络配置和连接92

7.1　Wi-Fi基础知识92

7.1.1　什么是Wi-Fi92

7.1.2　IEEE 802.11的发展历程92

7.1.3　Wi-Fi相关术语93

7.1.4　Wi-Fi连接的过程95

7.2　蓝牙基础知识102

7.2.1　什么是蓝牙102

7.2.2　蓝牙相关术语103

7.2.3　蓝牙连接的过程105

7.3　Wi-Fi配网108

7.3.1　Wi-Fi配网导读109

7.3.2　SoftAP配网109

7.3.3　一键配网111

7.3.4　蓝牙配网112

7.3.5　其他配网方式114

7.4　Wi-Fi编程116

7.4.1　ESP-IDF中的Wi-Fi组件116

7.4.2　牛刀小试：Wi-Fi连接初体验117

7.4.3　大显身手：Wi-Fi连接智能化121

7.5　实战：智能照明工程中实现Wi-Fi配置131

7.5.1　智能照明工程Wi-Fi连接实例132

7.5.2　Wi-Fi智能化配置实例133

7.6　本章总结134

第8章　设备的本地控制135

8.1　本地控制的介绍135

8.1.1　本地控制的使用条件136

8.1.2　本地控制的适用场景137

8.1.3　本地控制的优势137

8.1.4　通过智能手机发现被控设备137

8.1.5　智能手机与被控设备的数据通信138

8.2　常见的本地发现方法138

8.2.1　广播139

8.2.2　组播144

8.2.3　广播与组播对比150

8.2.4　本地发现之组播应用协议mDNS150

8.3　常见的本地数据通信协议153

8.3.1　TCP协议153

8.3.2　HTTP协议158

8.3.3　UDP协议162

8.3.4　CoAP协议165

8.3.5　蓝牙通信协议170

8.3.6　数据通信协议总结175

8.4　数据安全性的保证176

8.4.1　TLS协议介绍178

8.4.2　DTLS协议介绍183

8.5　实战：基于ESP-IDF组件快速实现智能灯本地控制模块186

8.5.1　创建基于Wi-Fi的本地控制服务器端186

8.5.2　使用脚本验证本地控制功能190

8.5.3　创建基于蓝牙的本地控制服务器端191

8.6　本章总结193

第9章　设备的云端控制194

9.1　远程控制的介绍194

9.2　常见的云端数据通信协议195

9.2.1　MQTT协议介绍195

9.2.2　MQTT协议原理195

9.2.3　MQTT消息格式197

9.2.4　协议对比200

9.2.5　基于Windows或Linux搭建MQTT Broker201

9.2.6　基于ESP-IDF创建MQTT客户端202

9.3　保证MQTT数据安全性204

9.3.1　证书的含义与作用205

9.3.2　本地生成证书206

9.3.3　配置MQTT Broker209

9.3.4　配置MQTT客户端209

9.4　实战：通过ESP RainMaker实现智能照明工程的远程控制211

9.4.1　ESP RainMaker的基本概念211

9.4.2　节点与云后端通信协议212

9.4.3　客户端与云后端通信方法216

9.4.4　用户体系219

9.4.5　基础服务介绍220

9.4.6　智能灯示例222

9.4.7　RainMaker App与第三方集成228

9.5　本章总结233

第10章　智能手机App开发234

10.1　智能手机App开发技术介绍234

10.1.1　智能手机App开发概述234

10.1.2　Android项目的结构235

10.1.3　iOS项目的结构236

10.1.4　Android Activity的生命周期237

10.1.5　iOS ViewController的生命周期238

10.2　新建智能手机App项目239

10.2.1　Android开发的准备239

10.2.2　新建Android项目239

10.2.3　添加MyRainmaker项目所需的依赖241

10.2.4　Android权限申请241

10.2.5　iOS开发的准备242

10.2.6　新建iOS项目242

10.2.7　添加RainMaker所需的依赖243

10.2.8　iOS权限的申请245

10.3　App功能需求分析245

10.3.1　项目功能需求分析245

10.3.2　用户登录注册需求分析245

10.3.3　设备配网和绑定需求分析247

10.3.4　远程控制需求分析248

10.3.5　定时需求分析248

10.3.6　用户中心需求分析249

10.4　用户登录注册功能的开发249

10.4.1　RainMaker项目接口说明250

10.4.2　智能手机如何发起通信请求250

10.4.3　账号注册250

10.4.4　账号登录253

10.5　设备配网功能的开发256

10.5.1　扫描设备257

10.5.2　连接设备258

10.5.3　生成私钥261

10.5.4　获取设备的节点ID261

10.5.5　设备配网264

10.6　设备控制功能的开发266

10.6.1　云端绑定账号与设备266

10.6.2　获取用户的所有设备268

10.6.3　获取设备当前状态271

10.6.4　修改设备状态273

10.7　定时功能和用户中心功能的开发275

10.7.1　实现定时功能275

10.7.2　实现用户中心功能278

10.7.3　更多云端接口280

10.8　本章总结282

第11章　固件更新与版本管理283

11.1　固件更新283

11.1.1　分区表概述284

11.1.2　固件启动流程285

11.1.3　OTA升级原理概述287

11.2　固件版本管理290

11.2.1　固件标记290

11.2.2　回滚与防回滚功能291

11.3　实战：OTA升级使用示例292

11.3.1　利用本地主机完成固件更新292

11.3.2　利用ESP RainMaker完成固件更新295

11.4　本章总结302

第4篇  优化与量产篇

第12章　电源管理和低功耗优化304

12.1　ESP32-C3电源管理304

12.1.1　动态调频305

12.1.2　电源管理配置306

12.2　ESP32-C3低功耗模式306

12.2.1　Modem-sleep模式307

12.2.2　Light-sleep模式309

12.2.3　Deep-sleep模式314

12.2.4　不同功耗模式下的功耗315

12.3　电源管理和低功耗调试316

12.3.1　日志调试316

12.3.2　GPIO调试318

12.4　实战：在智能照明工程中添加电源管理319

12.4.1　配置电源管理功能320

12.4.2　使用电源管理锁321

12.4.3　验证功耗表现322

12.5　本章总结322

第13章　增强设备的安全功能323

13.1　物联网设备数据安全概述323

13.1.1　为什么要保护物联网设备数据的安全324

13.1.2　保护物联网设备数据安全的基本要求325

13.2　数据完整性保护325

13.2.1　完整性校验方法简介325

13.2.2　固件数据的完整性校验326

13.2.3　示例327

13.3　数据机密性保护327

13.3.1　数据加密简介327

13.3.2　Flash加密方案概述329

13.3.3　存储Flash加密方案的密钥331

13.3.4　Flash加密的工作模式332

13.3.5　Flash加密的一般工作流程333

13.3.6　NVS加密方案简介334

13.3.7　Flash加密方案和NVS加密方案的示例335

13.4　数据合1