📘 智能电表·双模通信 30章实战

🎓 风格 · 轻松进阶

课程导论与项目全景

智能电表双模通信的市场需求、技术选型（ESP32为主控）、课程项目目标与最终效果演示。

开发环境搭建

ESP-IDF与Arduino IDE双环境配置、ESP32开发板驱动安装、串口调试工具（Putty/SSCOM）使用。

ESP32 GPIO基础与LED控制

GPIO寄存器操作、数字输出、LED闪烁实战、按键输入与消抖处理。

UART串口通信

UART协议原理、ESP32的UART配置、与PC串口助手通信、自定义通信协议帧格式设计。

ADC模拟量采集

ESP32的ADC特性、电压采集、分压电路设计、电量计量芯片（如HLW8032）的初步介绍。

I2C总线与传感器

I2C协议详解、ESP32作为主机读写温湿度传感器（SHT30）、数据解析与校准。

SPI总线与显示

SPI协议详解、驱动0.96寸OLED屏幕（SSD1306）、显示电表数据（电压、电流、功率）。

WiFi Station模式

ESP32连接路由器、获取IP地址、TCP/IP协议栈基础、Socket编程入门。

WiFi AP模式与配网

ESP32作为热点、创建Web服务器、手机浏览器配网（SmartConfig/AirKiss）。

MQTT协议基础

MQTT发布/订阅模型、Mosquitto Broker搭建、ESP32连接公共Broker（如broker.emqx.io）。

MQTT实战-数据上报

电表数据（电压、电流、功率、电量）封装为JSON、定时上报到MQTT服务器。

MQTT实战-远程控制

订阅控制指令、解析JSON、控制继电器通断、实现远程拉合闸。

蓝牙BLE基础

BLE协议栈架构（GAP/GATT）、ESP32 BLE初始化、广播数据配置。

蓝牙BLE从机开发

创建Service与Characteristic、电表数据通过BLE广播、手机APP（nRF Connect）读取。

蓝牙BLE主机开发

ESP32作为BLE主机、扫描并连接从机设备、读取传感器数据。

双模通信策略设计

WiFi优先、蓝牙备用的切换逻辑、通信质量评估（RSSI、丢包率）、自动回退机制。

低功耗设计

ESP32的睡眠模式（Modem-sleep/Light-sleep/Deep-sleep）、定时唤醒、蓝牙广播间隔优化。

数据存储与日志

NVS（非易失性存储）保存配网信息、SPIFFS文件系统存储历史数据、FATFS挂载SD卡。

OTA远程升级

HTTP OTA与蓝牙OTA双通道、固件版本管理、升级失败回滚机制。

TLS/SSL加密MQTT连接、蓝牙配对与绑定、数据加密（AES-128）传输。

多任务与实时性

FreeRTOS任务创建、消息队列传递数据、信号量同步、看门狗防止死机。

协议栈调试与优化

WiFi抓包（Wireshark）、蓝牙HCI日志分析、内存泄漏检测（Heap Tracing）。

硬件设计要点

电源模块（AC-DC）、隔离电路、继电器驱动、ESD防护、PCB布局建议。

电磁兼容（EMC）与认证

EMC测试项目、FCC/CE认证要点、蓝牙/WiFi共存干扰处理。

生产测试与校准

产测流程设计、自动化测试脚本（Python）、电能计量校准方法。

手机APP开发入门（Android）

Android Studio环境搭建、蓝牙扫描与连接、MQTT客户端集成。

手机APP开发入门（iOS）

SwiftUI基础、CoreBluetooth框架、CocoaMQTT库使用。

云平台对接

阿里云IoT/华为云IoT/OneNET平台接入、设备影子、规则引擎流转数据。

项目实战-完整功能联调

电表数据采集 → 双模上传 → 远程控制 → 异常告警 → 日志回放。

课程总结与进阶方向

边缘计算、AI预测用电、电力线载波（PLC）融合、开源社区资源推荐。