正版 ESP32-C3物联网工程开发实战 乐鑫科技 电子工业出版社 9787

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 RainMaker 12 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 Flash 59 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-Fi 92 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mDNS 150 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 Broker 201 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 Broker 209 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ID 261 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  数据合法性的保护 338 13.4.1  数字签名简介 338 13.4.2  Secure Boot方案概述 339 13.4.3  软Secure Boot介绍 339 13.4.4  硬Secure Boot介绍 341 13.4.5  示例 344 13.5  实战：在量产中批量使用安全功能 346 13.5.1  Flash加密方案与Secure Boot方案的关系 346 13.5.2  使用量产工具批量使用Flash加密方案与Secure Boot方案 347 13.5.3  在智能照明系统中使用Flash加密方案与Secure Boot方案 348 13.6  本章总结 348 第14章  量产的固件烧录和测试 349 14.1  量产固件烧录 349 14.1.1  定义数据区 349 14.1.2  固件烧录 351 14.2  量产测试 352 14.3  实战：智能照明工程中的量产数据 353 14.4  本章总结 354 第15章  ESP Insights远程监察平台 355 15.1  ESP Insights组件的简介 355 15.2  ESP Insights组件的使用 358 15.2.1  在esp-insights工程中使用ESP Insights组件 358 15.2.2  在esp-insights工程中运行示例diagnostics_smoke_test 360 15.2.3  上报Coredump信息 361 15.2.4  定制感兴趣的日志 361 15.2.5  上报设备重启原因 362 15.2.6  上报自定义的指标值 362 15.3  实战：基于智能灯示例使用ESP Insights组件 365 15.4  本章总结 366 参考文献 367

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、性能很好、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 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　工能9 2.2.3　硬件准备10 2.2.4　开发步骤11 2.3　本结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 RainMake能摘要19 3.4.1　账户管能19 3.4.2　对终端用户开放能19 3.4.3　对管理员用户开放能20 3.5　本结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　智能照明产品能及组成52 5.2　ESP32-C3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PW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　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　数据通信协结175 8.4　数据的保证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能190 8.5.3　创建基于蓝牙的本地控制服务器端191 8.6　本结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204 9.3.1　的含义与作用205 9.3.2　本地生成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　Ap能需求分析245 10.3.1　项能需求分析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　定能和用户能的开发275 10.7.1　实现定能275 10.7.2　实现用户能278 10.7.3　更多云端接口280 10.8　本结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　本结302 第4篇 优化与量产篇 第12章　电源管理和耗优化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　不耗模式下耗315 12.3　电源管理和耗调试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　配置电源管能320 12.4.2　使用电源管理锁321 12.4.3　验耗表现322 12.5　本结322 第13章　设备的能323 13.1　物联网设备数据概述323 13.1.1　为什么要保护物联网设备数据的324 13.1.2　保护物联网设备数据的基本要求325 13.2　数据完整保护325 13.2.1　完整校验方法简介325 13.2.2　固件数据的完整校验326 13.2.3　示例327 13.3　数据机密保护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