ESP32-C5 和人教信息科技数字资源MQTT实验探究

本项目基于ESP32-C5开发板，通过MQTT协议连接人教信息科技数字资源平台，实现温湿度监测、四位数码管显示控制和RGB彩灯控制功能。

一、硬件组件清单

ESP32-C5开发板	1	主控制器
DHT11温湿度传感器	1	温湿度检测
TM1637四位数码管	1	数字显示
WS2812 RGB彩灯	1	彩色灯光效果
杜邦线	若干	线路连接

二、引脚连接表

组件	ESP32-C5引脚	说明
DHT11传感器	GPIO 2	温湿度数据引脚
TM1637 CLK	GPIO 10	数码管时钟线
TM1637 DIO	GPIO 9	数码管数据线
WS2812 RGB	GPIO 3	RGB彩灯数据线
DHT11 VCC	3.3V	电源正极
DHT11 GND	GND	电源负极
TM1637 VCC	3.3V	电源正极
TM1637 GND	GND	电源负极
WS2812 VCC	3.3V	电源正极
WS2812 GND	GND	电源负极

三、软件环境配置

1.Arduino IDE环境搭建

2.安装Arduino IDE（2.3.6版本）

3.添加ESP32开发板支持：

   文件 → 首选项 → 附加开发板管理器网址

    4.工具 → 开发板 → 开发板管理器 → 搜索"ESP32" → 安装

5.选择开发板：ESP32-C5

6.安装所需库文件

在Arduino IDE中安装以下库：

PubSubClient(MQTT通信)

DHT sensor library(温湿度传感器)

TM1637数码管显示)

Adafruit NeoPixelRGB彩灯)

四、MQTT平台配置

1.人教信息科技数字资源平台参数

// MQTT服务器配置

服务器地址: mqtt.mypep.cn

端口: 1883

用户名: nyCT5OOa

密码: 1725T4D480

// 主题配置

传感器数据主题: 9F1V7D5MH8

数码管控制主题: A8GM156F5j

RGB彩灯控制主题: o67095E0Fw

功能说明

1. 温湿度监测

自动每10秒读取DHT11传感器数据

通过MQTT发布JSON格式数据到平台

数据格式：`{"温度":25.5,"湿度":60.2}`

2. 数码管显示控制

通过MQTT接收显示指令

支持显示0-9999的数字

发送数字到主题 `A8GM156F5j` 即可控制显示

3. RGB彩灯控制

通过MQTT接收颜色指令

支持0-255的数值控制，对应不同颜色和效果：

  - 0: 关闭

  - 1: 红色

  - 2: 绿色

  - 3: 蓝色

  - 4: 黄色

  - 5: 紫色

  - 6: 青色

  - 7: 白色

  - 8: 暖白色

  - 9: 粉色

  - 10: 橙色

  - 11: 呼吸灯效果

  - 12: 彩虹循环效果

  - 13-255: 随机颜色

4.使用步骤

（1）硬件连接

按照引脚连接表正确连接所有组件

（2）软件配置

打开Arduino IDE，载入提供的代码

修改WiFi配置（如果需要）：

   const char ssid = "你的WiFi名称";

   const char password = "你的WiFi密码";

（3）确认MQTT配置参数正确

5.上传程序

（1）选择正确的开发板和端口

（2）点击上传按钮编译并上传程序

6.系统启动

（1）打开串口监视器（波特率115200）

（2）观察启动日志，确认连接状态

（3）系统正常启动后，将自动连接WiFi和MQTT服务器

7.平台操作

通过MQTT客户端向相应主题发送消息：

控制数码管显示：向 `A8GM156F5j` 发送数字（0-9999）

控制RGB彩灯：向 `o67095E0Fw` 发送颜色代码（0-255）

接收传感器数据：订阅 `9F1V7D5MH8` 主题

8.具体代码

#include <WiFi.h>

#include <PubSubClient.h>
#include <DHT.h>
#include <TM1637Display.h>

// WiFi配置
const char *ssid = "Mate 60";
const char *password = "d12345678";

// MQTT配置
const char* mqtt_server = "mqtt.mypep.cn";
const char* mqtt_username = "nyCT5OOa";
const char* mqtt_password = "1725T4D480";
const char* mqtt_topic_sensor = "9F1V7D5MH8";
const char* mqtt_topic_display = "A8GM156F5j";
const char* mqtt_topic_rgb = "o67095E0Fw";
const int mqtt_port = 1883;

// DHT11传感器配置
#define DHT_PIN 2
#define DHT_TYPE DHT11

// TM1637四位数码管配置
#define CLK_PIN 10
#define DIO_PIN 9

// RGB彩灯配置 - 使用PWM控制普通RGB灯（非WS2812）
#define RGB_PIN 3

WiFiClient espClient;
PubSubClient client(espClient);
DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);
TM1637Display display(CLK_PIN, DIO_PIN);

unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 10000;
int displayNumber = 0;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  delay(5000);

  Serial.println("====================================");
  Serial.println("ESP32-C5 多功能物联网系统");
  Serial.println("====================================");

  // 初始化传感器
  dht.begin();
  Serial.println("DHT11传感器初始化完成");

  // 初始化数码管
  display.setBrightness(7);
  display.showNumberDec(0);
  Serial.println("四位数码管初始化完成");

  // 初始化RGB引脚
  pinMode(RGB_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(RGB_PIN, LOW);
  Serial.println("RGB彩灯初始化完成");

  // 连接WiFi
  setupWiFi();

  // 设置MQTT
  client.setServer(mqtt_server, mqtt_port);
  client.setCallback(callback);

  Serial.println("系统初始化完成");
}

void setupWiFi() {
  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("连接WiFi");
  for(int i = 0; i < 20; i++) {
    if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) break;
    delay(1000);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    Serial.println("✅ WiFi连接成功");
  }
}

// 简化版RGB控制（单色LED）
void setRGBByNumber(int value) {
  switch(value) {
    case 0: // 关
      digitalWrite(RGB_PIN, LOW);
      Serial.println("RGB灯关闭");
      break;
    case 1: // 开
      digitalWrite(RGB_PIN, HIGH);
      Serial.println("RGB灯开启");
      break;
    case 2: // 闪烁慢
      for(int i=0; i<3; i++) {
        digitalWrite(RGB_PIN, HIGH);
        delay(500);
        digitalWrite(RGB_PIN, LOW);
        delay(500);
      }
      Serial.println("RGB灯: 慢闪");
      break;
    case 3: // 闪烁快
      for(int i=0; i<6; i++) {
        digitalWrite(RGB_PIN, HIGH);
        delay(200);
        digitalWrite(RGB_PIN, LOW);
        delay(200);
      }
      Serial.println("RGB灯: 快闪");
      break;
    case 4: // 呼吸效果
      for(int i=0; i<2; i++) {
        for(int j=0; j<100; j++) {
          analogWrite(RGB_PIN, j);
          delay(20);
        }
        for(int j=100; j>=0; j--) {
          analogWrite(RGB_PIN, j);
          delay(20);
        }
      }
      digitalWrite(RGB_PIN, LOW);
      Serial.println("RGB灯: 呼吸效果");
      break;
    default:
      // 根据数值设置亮度
      analogWrite(RGB_PIN, min(value, 255));
      Serial.print("RGB灯亮度: ");
      Serial.println(min(value, 255));
      break;
  }
}

void callback(char* topic, byte* payload, unsigned int length) {
  String message = "";
  for (int i = 0; i < length; i++) {
    message += (char)payload;
  }

  Serial.print("收到消息 [");
  Serial.print(topic);
  Serial.print("]: ");
  Serial.println(message);

  if (String(topic) == mqtt_topic_display) {
    int number = message.toInt();
    if (number >= 0 && number <= 9999) {
      displayNumber = number;
      display.showNumberDec(displayNumber);
      Serial.print("数码管显示: ");
      Serial.println(displayNumber);
    }
  } else if (String(topic) == mqtt_topic_rgb) {
    int value = message.toInt();
    if (value >= 0 && value <= 255) {
      setRGBByNumber(value);
    }
  }
}

void reconnectMQTT() {
  if (!client.connected()) {
    Serial.print("连接MQTT...");
    String clientId = "ESP32C5-" + String(random(0xffff), HEX);

    if (client.connect(clientId.c_str(), mqtt_username, mqtt_password)) {
      Serial.println("✅ 连接成功");
      client.subscribe(mqtt_topic_sensor);
      client.subscribe(mqtt_topic_display);
      client.subscribe(mqtt_topic_rgb);
    } else {
      Serial.print("❌ 失败, rc=");
      Serial.println(client.state());
    }
  }
}

void loop() {
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
    reconnectMQTT();
    client.loop();
  }

  unsigned long currentMillis = millis();
  if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
    previousMillis = currentMillis;

    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();

    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      Serial.print("温度:");
      Serial.print(t);
      Serial.print("°C, 湿度:");
      Serial.print(h);
      Serial.println("%");

      String data = "{\"温度\":" + String(t,1) + ",\"湿度\":" + String(h,1) + "}";

      if (client.connected()) {
        client.publish(mqtt_topic_sensor, data.c_str());
        Serial.println("数据已发送");
      }
    } else {
      Serial.println("❌ 读取DHT11传感器失败!");
    }
  }

  delay(1000);
}