ESP32 固件烧录与智能家居接入实战指南

逻辑说明：

• 配置 GPIO2 为输出（多数开发板板载 LED 接在此引脚）
• 创建一个 FreeRTOS 任务，每 500ms 翻转一次电平
• 使用 vTaskDelay 实现阻塞延时

3. 配置和编译

idf.py set-target esp32
idf.py menuconfig
idf.py build

如果一切顺利，你会看到类似输出：

Project build complete. Firmware binary: build/hello_esp32.bin

第三步：理解固件烧录机制

很多人以为'烧录'就是把 .bin 文件扔进 Flash 完事。其实背后有一套精密协作机制。

核心工具：esptool.py

idf.py flash 实际上调用了 Python 工具 esptool.py，它通过串口与 ESP32 通信，在特定模式下写入多个二进制段。

典型烧录命令分解：

esptool.py --port /dev/ttyUSB0 --baud 921600 write_flash \
0x1000 build/bootloader/bootloader.bin \
0x8000 build/partitions_singleapp.bin \
0x10000 build/hello_esp32.bin

这三个文件缺一不可！少任何一个，设备都无法正常启动。

如何进入下载模式？

ESP32 需要满足两个条件才能进入烧录模式：

1. 拉低 GPIO0（BOOT 按钮）
2. 触发一次复位（RST 按钮）

所以正确操作顺序是：按住 BOOT → 按一下 RST → 松开 RST → 再松开 BOOT。

此时芯片进入 ROM 下载模式，等待 esptool.py 发送指令。如果你经常烧录，建议使用带自动 DTR/RTS 控制的 USB-TTL 模块，这样 idf.py flash 可以自动完成复位和 BOOT 触发，无需手动按键。

关键知识点：分区表

很多人忽略这一点，直到 OTA 失败才回头查原因。ESP32 的 Flash 不是随便写的，它是按'分区'组织的。

默认情况下，ESP-IDF 使用一个名为 partitions_singleapp.csv 的文件来定义布局：

# Name, Type, SubType, Offset, Size
nvs, data, nvs, 0x9000, 0x6000
phy_init, data, phy, 0xf000, 0x1000
factory, app, factory, 0x10000, 0xF0000

解释一下这几个关键分区：

如果你以后要做 OTA 升级，就必须改成双 APP 分区模式。例如将 factory 改为 ota_0 和 ota_1，然后在 menuconfig 中设置自定义分区表 CSV 路径。改完后记得重新编译并烧录分区表本身（地址 0x8000），否则旧分区仍有效！

让设备联网：Wi-Fi 连接

光闪灯没意思，我们要让它连上家里的 Wi-Fi，并上报数据。

修改代码：连接路由器并打印 IP

继续完善 main.c，加入 Wi-Fi 初始化逻辑：

#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_netif.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "freertos/event_groups.h"

#define WIFI_SSID "你的 WiFi 名称"
#define WIFI_PASS "你的 WiFi 密码"
#define EXAMPLE_ESP_MAXIMUM_RETRY 5

static EventGroupHandle_t s_wifi_event_group;

static void event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void *event_data) {
    static int retry = 0;
    if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_START) {
        esp_wifi_connect();
    } else if (event_base == WIFI_EVENT && event_id == WIFI_EVENT_STA_DISCONNECTED) {
        if (retry < EXAMPLE_ESP_MAXIMUM_RETRY) {
            esp_wifi_connect();
            retry++;
            ESP_LOGI("wifi", "重连第 %d 次", retry);
        }
    } else if (event_base == IP_EVENT && event_id == IP_EVENT_STA_GOT_IP) {
        ip_event_got_ip_t* event = (ip_event_got_ip_t*) event_data;
        ESP_LOGI("wifi", "获取 IP: " IPSTR, IP2STR(&event->ip_info.ip));
        retry = 0;
    }
}

void wifi_init_sta(void) {
    s_wifi_event_group = xEventGroupCreate();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
    esp_netif_create_default_wifi_sta();
    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));
    esp_event_handler_instance_t instance_any_id;
    esp_event_handler_instance_t instance_got_ip;
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, &event_handler, NULL, &instance_any_id));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(IP_EVENT, IP_EVENT_STA_GOT_IP, &event_handler, NULL, &instance_got_ip));
    wifi_config_t wifi_config = {
        .sta = {
            .ssid = WIFI_SSID,
            .password = WIFI_PASS,
            .threshold.authmode = WIFI_AUTH_WPA2_PSK,
        },
    };
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_config));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
    ESP_LOGI("wifi", "STA 模式启动，正在连接...");
}

别忘了在 app_main() 中调用：

void app_main(void) {
    esp_err_t ret = nvs_flash_init();
    if (ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_DETECTED) {
        nvs_flash_erase();
        nvs_flash_init();
    }
    wifi_init_sta();
}

编译烧录后，打开串口监视器：

idf.py monitor

你应该能看到类似输出：

I (3283) wifi: STA 模式启动，正在连接...
I (4393) wifi: 重连第 1 次
I (5503) wifi: 获取 IP: 192.168.1.105

设备已正式接入家庭网络。

进阶实战：接入 Home Assistant

现在我们让设备不仅能上网，还能被手机 APP 控制。

方案选择：MQTT + ESPHome 协议兼容模式

虽然你可以自己搭 MQTT 服务器，但我们走一条更快的路：模拟 ESPHome 设备行为，直连 Home Assistant。

Home Assistant 支持零配置发现 ESPHome 设备，只要它们发布特定主题的消息。

步骤一：启用 mDNS 和 MQTT 客户端

在 idf.py menuconfig 中开启：

• Component config → LWIP → mDNS support
• Component config → MQTT → Enable MQTT client

然后添加 MQTT 库（推荐使用 IDF 自带的 mqtt_client 组件）。

步骤二：发送上线消息

在获取 IP 后，发送设备信息到 /devices 主题：

#include "mqtt_client.h"

static esp_mqtt_client_handle_t client;

static void mqtt_publish_discovery() {
    const char* topic = "homeassistant/light/esp32_led/config";
    const char* payload = R"({ "name": "ESP32 板载灯", "cmd_topic": "light/esp32_led/set", "stat_topic": "light/esp32_led/state" })";
    esp_mqtt_client_publish(client, topic, payload, 0, 1, true);
}

当 Home Assistant 收到这条'自发现'消息后，就会自动创建一个灯光实体。

步骤三：响应控制指令

订阅 light/esp32_led/set 主题，收到 ON 或 OFF 时控制 GPIO：

static void mqtt_event_handler(void *handler_args, esp_event_base_t base, int32_t event_id, void *event_data) {
    esp_mqtt_event_handle_t event = event_data;
    if (strcmp(event->topic, "light/esp32_led/set") == 0) {
        if (strncmp(event->data, "ON", event->data_len) == 0) {
            gpio_set_level(LED_GPIO, 1);
            esp_mqtt_client_publish(client, "light/esp32_led/state", "ON", 0, 1, 0);
        } else {
            gpio_set_level(LED_GPIO, 0);
            esp_mqtt_client_publish(client, "light/esp32_led/state", "OFF", 0, 1, 0);
        }
    }
}

最终效果：你在 Home Assistant 手机 APP 里点击开关，ESP32 上的灯就亮了。

常见问题排查

以下是实际项目中总结的高频问题清单：

还有一个注意事项：Flash 加密开启后无法再次烧录！如果你在 menuconfig 中启用了 Security features → Enable flash encryption on boot，那么第一次烧录后，后续所有固件都必须加密签名，否则芯片拒绝运行。建议前期调试阶段不要开启。

总结

今天我们完成了：

✅ 搭建 ESP-IDF 开发环境 ✅ 编译并烧录第一个固件 ✅ 理解 esptool.py 和分区表机制 ✅ 实现 Wi-Fi 连接与日志输出 ✅ 接入 Home Assistant 实现远程控制

真正的物联网开发，考验的是低功耗唤醒、固件安全性、无缝 OTA 升级以及弱网处理等工程能力。这一切的基础，正是你对固件烧录环节的理解深度。下次当你按下 idf.py flash 的时候，希望你能清楚知道那一串串二进制数据是如何穿越串口、写入 Flash、最终变成一台智能设备的。