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[项目]Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...

云天 | 中级技神 | 创造力： | 帖子： | 发消息 | 串个门 | 加好友 | 打招呼
2026-2-23 11:22:43 [显示全部楼层]
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[项目] Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...

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本帖最后由 云天 于 2026-2-23 11:22 编辑

玩转FireBeetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造你的智能LED控制器

       本文通过一个完整的项目实例，带你体验FireBeetle ESP32-C3的三大核心特性：一键WiFi配网、FreeRTOS多任务、深度睡眠低功耗。我们将用网页控制12颗WS2812B灯珠，实现多种炫彩效果，并让设备在无人操作时自动休眠，极大延长电池寿命。

【引言】

       FireBeetle ESP32-C3（DFR0868）是一款基于RISC-V架构的超小体积物联网控制器，板载WiFi和Bluetooth 5 (LE)，并集成了锂电池充电管理。它虽然身材小巧，但能力强大：支持WiFi配网、FreeRTOS实时操作系统，以及深度睡眠模式，非常适合制作电池供电的无线智能设备。
       本次项目我们将制作一个**智能LED灯环控制器**，通过手机或电脑浏览器访问ESP32-C3生成的网页，即可调节灯带的颜色、亮度，切换彩虹、呼吸、流星等多种效果。更重要的是，当长时间无操作时，设备会自动进入深度睡眠，功耗低至微安级别，唤醒后能瞬间恢复之前的状态。
       在实现过程中，我们将深入体验FireBeetle ESP32-C3的三个核心特性：
       **WiFi配网**：使用`WiFiManager`库，无需硬编码WiFi密码，手机扫码即可配置。
       **FreeRTOS**：利用ESP32原生支持的FreeRTOS，将LED效果更新和网页后台分离为独立任务，保证响应流畅。
       **Deep Sleep**：通过RTC内存保存状态，并配置定时器自动唤醒，实现超低功耗待机。

【硬件准备】

       FireBeetle ESP32-C3 主控板 ×1
       WS2812B 12位LED灯环（或其他任意数量的可寻址灯带） ×1
       3.7V锂电池 ×1（可选，用于演示低功耗）
       杜邦线若干
       如果使用电池供电，建议准备一个电源开关
       接线非常简单：
       灯带 **VCC** → 锂电池正极（或ESP32-C3的3.3V，但WS2812B在3.3V下亮度稍低，推荐直接用电池）
       灯带 **GND** → ESP32-C3 **GND**（必须共地）
       灯带 **DIN** → ESP32-C3 **GPIO5**（可根据需要修改）

       注意：如果电池电压高于5V，需加稳压模块。本项目使用3.7V锂电池，可直接为Beetle ESP32-C3的VIN供电，同时为灯带供电（部分WS2812B在3.7V下仍可工作，但亮度会稍低；如需满亮度，建议使用5V升压模块）。Beetle ESP32-C3板载TP4057充电管理芯片，插入USB即可为电池充电，Charge指示灯清晰显示状态。

【软件准备】

       Arduino IDE 环境配置

       1. 安装ESP32开发板支持包：
       打开Arduino IDE，进入`文件`→`首选项`，在“附加开发板管理器网址”中添加：  
       `https://raw.githubusercontent.co ... e_esp32_index.json`
       然后打开`工具`→`开发板`→`开发板管理器`，搜索`esp32`，安装最新版本（推荐2.0.17+）。
       2. 选择开发板：`工具`→`开发板`→`ESP32 Arduino`→`ESP32C3 Dev Module`。
       3. **关键设置**：为了使用USB串口打印，必须将`USB CDC On Boot`设置为`Enabled`。

       安装所需库

       在`项目`→`加载库`→`管理库`中搜索并安装：
        **WiFiManager** by tzapu（用于一键配网）
       **ESPUI** by s00500（用于生成网页控制界面）
       **FastLED** by Daniel Garcia（用于驱动LED灯带）

       此外，我们还会用到ESP32内置的FreeRTOS和深度睡眠库，这些无需额外安装。

【三大特性详解】

       WiFi配网：告别硬编码密码

       传统IoT项目通常需要将WiFi密码写在代码里，一旦更换网络就得重新编译烧录。而`WiFiManager`库彻底解决了这个问题：首次运行时，ESP32会创建一个名为`ESP32-C3-Config`的WiFi热点，手机连接后会自动弹出配置页面，选择家里的WiFi并输入密码即可。之后每次启动，它会自动连接保存的网络，无需再次配置。

       在代码中，我们只需几行：

  1. WiFiManager wifiManager;

  2. wifiManager.setConfigPortalTimeout(180);

  3. if (!wifiManager.autoConnect("ESP32-C3-Config")) {

  4.     Serial.println("配网失败，重启...");

  5.     ESP.restart();

  6. }
复制代码
       Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...图1

       当设备无法连接（例如首次使用或密码错误）时，它会自动回退到配网模式，非常智能。
       FreeRTOS：多任务让程序更清晰
       ESP32的Arduino核心底层已经运行了FreeRTOS，我们可以直接创建自己的任务。本项目分为两个任务：
        **LED任务**：负责周期性更新LED效果，接收来自网页的命令，并监控空闲超时。
       **主任务**（即`loop()`所在的默认任务）：处理ESPUI的后台事务。
       任务间通过**队列**传递控制命令，避免了共享变量冲突。例如，当用户在网页上拖动滑块时，回调函数会将新的颜色值放入队列，LED任务从队列中取出并立即更新效果。这种方式既安全又高效。
       创建任务的代码：
  1. xTaskCreatePinnedToCore(

  2.     ledTask,          // 任务函数

  3.     "LED Task",       // 任务名

  4.     4096,             // 堆栈大小

  5.     NULL,             // 参数

  6.     1,                // 优先级（数字越大优先级越高）

  7.     NULL,             // 任务句柄

  8.     1                 // 运行核心（ESP32-C3单核，填0或1均可）

  9. );
复制代码
      任务函数内部使用`vTaskDelayUntil`实现精确的周期控制，取代`delay()`，避免阻塞。
       Deep Sleep：微安级功耗的秘密
       对于电池供电设备，低功耗至关重要。ESP32-C3的深度睡眠模式功耗仅约5μA，同时可以保留RTC内存中的数据。我们利用`RTC_DATA_ATTR`修饰变量，使其在睡眠期间不丢失。
       本项目设置了一个**空闲超时**：如果30秒内没有收到任何网页控制命令，设备自动进入深度睡眠。唤醒方式采用**定时器唤醒**，每10秒唤醒一次（可以根据实际需求调整）。唤醒后设备从`setup()`重新执行，但RTC内存中的状态得以保留，因此可以快速恢复之前的LED效果并重新连接WiFi。
       核心代码：
  1. void enterDeepSleep() {

  2.     fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB::Black); // 关闭LED

  3.     FastLED.show();

  4.     esp_sleep_enable_timer_wakeup(10 * 1000000ULL); // 10秒后唤醒

  5.     WiFi.disconnect(true);

  6.     WiFi.mode(WIFI_OFF);

  7.     esp_deep_sleep_start();

  8. }
复制代码
唤醒后，我们可以通过`esp_sleep_get_wakeup_cause()`判断唤醒原因，如果是定时器唤醒，可以选择快速重新连网或保持离线。

【项目实战：网页控制LED灯】

       硬件连接
       按前文所述连接好硬件，确保共地。如果使用锂电池，将电池正极接ESP32-C3的`VIN`，负极接`GND`；灯带电源可直接取自电池正极（需注意灯带工作电压），或通过升压模块得到5V。
       完整代码解析
       下面给出完整代码，并对关键部分进行注释。请将代码上传至FireBeetle ESP32-C3。
  1. #include <WiFi.h>

  2. #include <WiFiManager.h>          // 一键配网

  3. #include <ESPUI.h>                 // 网页界面

  4. #include <FastLED.h>               // LED控制

  5. #include <freertos/FreeRTOS.h>

  6. #include <freertos/task.h>

  7. #include <freertos/queue.h>

  8. #include "esp_sleep.h"             // 深度睡眠

  9. // ------------------- 硬件配置 -------------------

  10. const int LED_PIN = 10;             // 板载LED（GPIO10）

  11. const int NUM_LEDS = 12;             // 灯珠数量

  12. const int DATA_PIN = 5;              // LED数据引脚

  13. CRGB leds[NUM_LEDS];                 // LED数组

  14. // ------------------- 数据结构（用于队列和RTC内存）-------------------

  15. typedef struct {

  16.   uint8_t red;

  17.   uint8_t green;

  18.   uint8_t blue;

  19.   uint8_t brightness;

  20.   uint8_t mode;      // 0:静态,1:彩虹,2:呼吸,3:流星

  21.   uint8_t speed;     // 0-100

  22. } LedCommand;

  23. // RTC内存：保存唤醒后恢复的状态

  24. RTC_DATA_ATTR LedCommand rtcLastCommand = {255, 0, 0, 50, 0, 50};

  25. RTC_DATA_ATTR bool rtcWifiConnected = false;

  26. RTC_DATA_ATTR uint32_t rtcWakeupCount = 0;

  27. LedCommand currentCmd = rtcLastCommand;  // 当前命令

  28. // ------------------- 队列句柄 -------------------

  29. QueueHandle_t commandQueue;

  30. // ------------------- UI控件ID（全局，供回调使用）-------------------

  31. uint16_t redSliderId, greenSliderId, blueSliderId;

  32. uint16_t brightnessSliderId;

  33. uint16_t modeSelectId;

  34. uint16_t speedSliderId;

  35. // ------------------- 函数声明 -------------------

  36. void enterDeepSleep();

  37. void ledTask(void *pvParameters);

  38. void onColorChange(Control *sender, int type);

  39. void onBrightnessChange(Control *sender, int type);

  40. void onModeChange(Control *sender, int type);

  41. void onSpeedChange(Control *sender, int type);

  42. // =================== UI回调函数 ===================

  43. void onColorChange(Control *sender, int type) {

  44.   LedCommand cmd = currentCmd;

  45.   if (sender->id == redSliderId)   cmd.red = sender->value.toInt();

  46.   else if (sender->id == greenSliderId) cmd.green = sender->value.toInt();

  47.   else if (sender->id == blueSliderId)  cmd.blue = sender->value.toInt();

  48.   xQueueSend(commandQueue, &cmd, 0);      // 发送到队列

  49.   rtcLastCommand = cmd;                   // 保存到RTC内存

  50. }

  51. void onBrightnessChange(Control *sender, int type) {

  52.   LedCommand cmd = currentCmd;

  53.   cmd.brightness = sender->value.toInt();

  54.   xQueueSend(commandQueue, &cmd, 0);

  55.   rtcLastCommand = cmd;

  56. }

  57. void onModeChange(Control *sender, int type) {

  58.   LedCommand cmd = currentCmd;

  59.   cmd.mode = sender->value.toInt();

  60.   xQueueSend(commandQueue, &cmd, 0);

  61.   rtcLastCommand = cmd;

  62. }

  63. void onSpeedChange(Control *sender, int type) {

  64.   LedCommand cmd = currentCmd;

  65.   cmd.speed = sender->value.toInt();

  66.   xQueueSend(commandQueue, &cmd, 0);

  67.   rtcLastCommand = cmd;

  68. }

  69. 

  70. // =================== LED任务 ===================

  71. void ledTask(void *pvParameters) {

  72.   FastLED.addLeds<WS2812B, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);

  73.   FastLED.setBrightness(currentCmd.brightness);

  74.   uint8_t hue = 0;

  75.   int breathStep = 0;

  76.   bool breathDirection = true;

  77.   int meteorPos = 0;

  78.   int meteorDir = 1;

  79.   CRGB meteorColor = CRGB::Red;

  80.   TickType_t xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();

  81.   unsigned long lastActivity = millis();      // 最后活动时间，用于空闲检测

  82.   while (1) {

  83.     // 接收新命令（非阻塞）

  84.     LedCommand newCmd;

  85.     if (xQueueReceive(commandQueue, &newCmd, 0) == pdTRUE) {

  86.       currentCmd = newCmd;

  87.       FastLED.setBrightness(currentCmd.brightness);

  88.       lastActivity = millis();                // 有操作，更新活动时间

  89.     }

  90. // 根据模式更新LED

  91.     switch (currentCmd.mode) {

  92.       case 0: // 静态

  93.         fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB(currentCmd.red, currentCmd.green, currentCmd.blue));

  94.         break;

  95.       case 1: // 彩虹

  96.         fill_rainbow(leds, NUM_LEDS, hue, 255 / NUM_LEDS);

  97.         hue++;

  98.         break;

  99.       case 2: // 呼吸

  100.         {

  101.           if (breathDirection) {

  102.             breathStep += 2;

  103.             if (breathStep >= 255) { breathStep = 255; breathDirection = false; }

  104.           } else {

  105.             breathStep -= 2;

  106.             if (breathStep <= 0) { breathStep = 0; breathDirection = true; }

  107.           }

  108.           uint8_t b = map(breathStep, 0, 255, 0, currentCmd.brightness);

  109.           fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB(currentCmd.red, currentCmd.green, currentCmd.blue));

  110.           FastLED.setBrightness(b);

  111.         }

  112.         break;

  113.       case 3: // 流星

  114.         {

  115.           for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) leds[i].fadeToBlackBy(64);

  116.           leds[meteorPos] = meteorColor;

  117.           meteorPos += meteorDir;

  118.           if (meteorPos >= NUM_LEDS || meteorPos < 0) {

  119.             meteorDir = -meteorDir;

  120.             meteorPos += meteorDir;

  121.             meteorColor = CHSV(random(256), 255, 255);

  122.           }

  123.         }

  124.         break;

  125.     }

  126.     if (currentCmd.mode != 2) {

  127.       FastLED.setBrightness(currentCmd.brightness);

  128.     }

  129.     FastLED.show();

  130.     // 空闲超时检测：30秒无操作进入深度睡眠

  131.     if (millis() - lastActivity > 30000) {

  132.       vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100));   // 确保队列消息处理完

  133.       enterDeepSleep();

  134.     }

  135.     // 根据速度计算更新间隔

  136.     int delayMs = map(currentCmd.speed, 0, 100, 200, 10);

  137.     vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, pdMS_TO_TICKS(delayMs));

  138.   }

  139. }

  140. // =================== 进入深度睡眠 ===================

  141. void enterDeepSleep() {

  142.   Serial.println("准备进入深度睡眠，仅定时器唤醒...");

  143.   fill_solid(leds, NUM_LEDS, CRGB::Black);

  144.   FastLED.show();

  145.   esp_sleep_enable_timer_wakeup(10 * 1000000ULL);   // 10秒后唤醒

  146.   WiFi.disconnect(true);

  147.   WiFi.mode(WIFI_OFF);

  148. Serial.println("即将进入深度睡眠...");

  149.   delay(100);

  150.   esp_deep_sleep_start();

  151. }

  152. // =================== Arduino初始化 ===================

  153. void setup() {

  154.   Serial.begin(115200);

  155.   pinMode(LED_PIN, OUTPUT);

  156.   digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  157. // 打印唤醒原因

  158. esp_sleep_wakeup_cause_t wakeupCause = esp_sleep_get_wakeup_cause();

  159. rtcWakeupCount++;

  160. Serial.printf("唤醒次数: %d, 唤醒原因: %d\n", rtcWakeupCount, wakeupCause);

  161. if (wakeupCause == ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER) {

  162. Serial.println("由定时器唤醒");

  163. } else {

  164. Serial.println("首次启动或其他唤醒");

  165. }

  166. // 恢复保存的命令

  167. if (rtcLastCommand.red != 0 || rtcLastCommand.green != 0 || rtcLastCommand.blue != 0) {

  168. currentCmd = rtcLastCommand;

  169. }

  170. // 创建命令队列

  171. commandQueue = xQueueCreate(5, sizeof(LedCommand));

  172. // WiFi配网（如果之前已连接且未断开，可跳过）

  173. if (!rtcWifiConnected || WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

  174. WiFiManager wifiManager;

  175. wifiManager.setConfigPortalTimeout(180);

  176. if (!wifiManager.autoConnect("ESP32-C3-Config")) {

  177. Serial.println("配网失败，重启...");

  178. ESP.restart();

  179. }

  180. rtcWifiConnected = true;

  181. }

  182. Serial.println("WiFi连接成功");

  183. Serial.print("IP地址: ");

  184. Serial.println(WiFi.localIP());

  185. digitalWrite(LED_PIN, HIGH);   // 板载LED常亮表示WiFi已连接

  186. // 创建LED任务（固定到核心1）

  187. xTaskCreatePinnedToCore(

  188. ledTask,

  189. "LED Task",

  190. 4096,

  191. NULL,

  192. 1,

  193. NULL,

  194. 1

  195. );

  196. // ------------------- 构建ESPUI界面 -------------------

  197. redSliderId = ESPUI.addControl(ControlType::Slider, "红色", String(currentCmd.red), ControlColor::Alizarin, Control::noParent, onColorChange);

  198. greenSliderId = ESPUI.addControl(ControlType::Slider, "绿色", String(currentCmd.green), ControlColor::Emerald, Control::noParent, onColorChange);

  199. blueSliderId = ESPUI.addControl(ControlType::Slider, "蓝色", String(currentCmd.blue), ControlColor::Peterriver, Control::noParent, onColorChange);

  200. ESPUI.addControl(ControlType::Min, "", "0", ControlColor::None, redSliderId);

  201. ESPUI.addControl(ControlType::Max, "", "255", ControlColor::None, redSliderId);

  202. ESPUI.addControl(ControlType::Min, "", "0", ControlColor::None, greenSliderId);

  203. ESPUI.addControl(ControlType::Max, "", "255", ControlColor::None, greenSliderId);

  204. ESPUI.addControl(ControlType::Min, "", "0", ControlColor::None, blueSliderId);

  205. ESPUI.addControl(ControlType::Max, "", "255", ControlColor::None, blueSliderId);

  206. brightnessSliderId = ESPUI.addControl(ControlType::Slider, "亮度", String(currentCmd.brightness), ControlColor::Sunflower, Control::noParent, onBrightnessChange);

  207. ESPUI.addControl(ControlType::Min, "", "0", ControlColor::None, brightnessSliderId);

  208. ESPUI.addControl(ControlType::Max, "", "255", ControlColor::None, brightnessSliderId);

  209. modeSelectId = ESPUI.addControl(ControlType::Select, "效果模式", "静态", ControlColor::Wetasphalt, Control::noParent, onModeChange);

  210. ESPUI.addControl(ControlType::Option, "静态", "0", ControlColor::None, modeSelectId);

  211. ESPUI.addControl(ControlType::Option, "彩虹", "1", ControlColor::None, modeSelectId);

  212. ESPUI.addControl(ControlType::Option, "呼吸", "2", ControlColor::None, modeSelectId);

  213. ESPUI.addControl(ControlType::Option, "流星", "3", ControlColor::None, modeSelectId);

  214. speedSliderId = ESPUI.addControl(ControlType::Slider, "速度", String(currentCmd.speed), ControlColor::Carrot, Control::noParent, onSpeedChange);

  215. ESPUI.addControl(ControlType::Min, "", "0", ControlColor::None, speedSliderId);

  216. ESPUI.addControl(ControlType::Max, "", "100", ControlColor::None, speedSliderId);

  217. ESPUI.begin("LED控制器");

  218. }

  219. void loop() {

  220. // loop基本空闲，交给FreeRTOS调度

  221. vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));

  222. }
复制代码

       代码关键点说明

        **WiFiManager配网**：`autoConnect("ESP32-C3-Config")`会创建一个开放热点，手机连接后自动弹出配置页面。若已有保存的WiFi信息，则直接尝试连接。
        **队列通信**：`commandQueue`用于从UI回调传递命令到LED任务。回调函数运行在默认任务中，LED任务运行在独立任务，通过队列安全交换数据。
        **LED效果**：使用FastLED库实现四种效果，通过`mode`切换。速度滑块控制更新间隔（10~200ms）。
       **深度睡眠**：`lastActivity`记录最后收到命令的时间，超过30秒则调用`enterDeepSleep()`。睡眠前关闭LED、断开WiFi，仅保留定时器唤醒。唤醒后从`setup()`重新执行，但RTC内存中的`rtcLastCommand`保留了上次的状态，因此LED能恢复之前的效果。
       **RTC内存**：`RTC_DATA_ATTR`修饰的变量在深度睡眠期间不会丢失。我们将最后命令保存下来，以便唤醒后恢复。
Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...图2



Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...图3

【效果演示与调试】

       1. 上传代码后打开串口监视器（波特率115200），观察输出。
       2. 首次运行时，ESP32-C3会创建名为`ESP32-C3-Config`的WiFi热点。用手机连接此热点，片刻后会自动弹出配置页面（若未弹出，可手动访问`192.168.4.1`）。选择你的家庭WiFi并输入密码。
       3. 配网成功后，串口会打印设备获得的IP地址。在浏览器中输入该IP，即可看到控制界面。
       4. 拖动滑块，LED灯环会实时变化；切换模式可看到不同效果。
       5. 停止操作30秒后，设备进入深度睡眠，LED熄灭，串口停止输出。10秒后设备自动唤醒，重新连接WiFi，LED恢复之前的状态。你可以用手机再次访问网页，确认状态已保留。

       小技巧：如果希望修改空闲超时时间，可以调整`lastActivity`判断中的`30000`（毫秒）；唤醒间隔修改`esp_sleep_enable_timer_wakeup`的参数（微秒）。
Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...图4



Beetle ESP32-C3：从WiFi配网到低功耗，打造智能LED控制器...图5


【演示视频】


【总结与扩展】

       通过这个项目，我们完整地体验了FireBeetle ESP32-C3的三个重要特性：
        **WiFiManager**让设备配网变得无比简单，用户无需接触代码。
        **FreeRTOS**使得程序结构清晰，任务间通信安全可靠。
       **Deep Sleep**将待机功耗降至极致，非常适合电池供电的物联网节点。

       在此基础上，你可以轻松扩展：
       增加更多LED效果，如火焰、波浪等。
       接入温湿度传感器，在网页上实时显示环境数据。
       使用MQTT协议，实现远程云端控制。
        添加外部按钮，结合唤醒，实现按键开机。

       FireBeetle ESP32-C3虽小，却蕴藏着无限可能。希望本文能激发你的创作灵感，打造出更多有趣的物联网项目！



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