ESP32应用案例 -- 低功耗433遥控器通过MQTT上报键值

Posted 2021-09-11 工程师进阶笔记

技术标签：433MHz，低功耗，遥控器，ESP32，MQTT，远程控制。

产品功能：按下遥控器按键，通过433MHz频段发送键值到ESP32主控，ESP32主控通过MQTT协议上报键值，并且在其他MQTT终端对键值进行显示。可以通过其他MQTT终端下发指令给ESP32主控，控制主控上的LED进行有规则的亮灭操作。

产品框架图：

 要设计一款超低功耗的433遥控器，而且要做到低成本，低功耗，易于生产和使用，遥控器那一端就不能选用一些通过MCU来驱动的433模组或芯片了，找遍全网，发现可以选用一些单发射和单接收的433模块。

433单发射模块通过纽扣电池进行供电，在没有按键按下的时候，几乎是没有电流消耗的，我选用的433发射模块和接收模块是蜂鸟无线提供的灵-T3A和灵-R1，这两款模组直接淘宝搜索就可以找到。

根据灵-T3A发射模块的规格书，该模块可以通过组合按键的方式，最多可接15个物理按键，我目前只使用了9个物理按键的组合方式，模块的外观和设计原理图，如下所示。

遥控器是纯硬件电路设计，通过一颗CR2032的纽扣电池进行供电，不用进行编程即可工作，遥控器的产品PCBA实物，如下图所示。

ESP32主控端，我直接使用了乐鑫官方的开发板ESP32_DevKitC_V4，然后设计了一个比较简单的底板，底板包含了3个物理按键，5个LED可以通过PWM调光，1个有源蜂鸣器，2路ADC输入，以及灵-R1接收模块。

 ESP32主控端的参考电路以及灵-R1的接收模块，如下图所示。

 灵-R1接收到遥控器发送过来的数据之后，可以通过串口9600bps波特率把按键值发送给ESP32主控，ESP32解析这串数据从而获得遥控器的按键值，然后通过MQTT协议把按键值发布出去，其他MQTT客户端通过订阅按键值主题，就可以获取遥控器的键值了，如下图所示。

 关于ESP32主控端的MQTT代码，主要是基于乐鑫官方提供的SDK进行设计的，代码部分包括了MQTT客户端初始化，消息发布/订阅函数，MQTT消息分发函数，灵-R1接收模块的串口接收，等等，完整的代码请查看工程示例。

ESP32的MQTT客户端初始化和启动代码，首先配置一些必要的log打印信息，然后完成WiFi的初始化之后，连接互联网，然后根据MQTT的配置信息去连接MQTT的代理服务器，所有步骤都成功后，就可以正常创建一个MQTT的客户端了，代码如下图所示。

 ESP32主控的MQTT客户端在连接代理服务器成功后，会收到一个MQTT_EVENT_CONNECTED事件，然后在这个事件里面订阅主题/topic/led_status，订阅成功后，其他的MQTT客户端就可以向这个主题发布消息，来控制ESP32主控上的LED灯状态，MQTT的事件处理函数，如下图所示。

 当ESP32主控需要往MQTT代理服务器发布消息的时候，可以使用乐鑫SDK提供的消息发布函数，直接往指定的主题发布消息，比如按键值主题/topic/key_value，其他MQTT客户端只要订阅了该主题，就可以收到该消息，代码如下图所示。

 当ESP32主控成功收到MQTT的订阅消息后，会触发一个MQTT_EVENT_DATA事件，可以在该事件中提取订阅到的主题和数据，再进行处理，订阅消息的处理分发函数，通过轮询消息列表里面的主题和数据，然后通过函数指针的方式调用对应的处理函数，具体实现如下图所示。

 ESP32主控与灵-R1的串口接收部分，主要是通过创建一个FreeRTOS的串口数据接收任务，在这个任务里面提取串口缓冲区的数据，再根据灵-R1的规格书协议要求，提取按键值并通过MQTT的消息发布函数，发布到MQTT代理服务器，其他MQTT客户端只要订阅了/topic/key_value这个主题，就可以获取433遥控器的键值数据了，代码实现如下图所示。

 完整的代码请查看工程示例，可以添加我的微信（wenjs0620）获取开发资料（包括代码工程和硬件原理图PCB），欢迎讨论该案例的具体应用场景，遥控器和ESP32主控运行的演示视频，如下所示。

https://www.bilibili.com/video/BV1CL4y1a7sx/