【FireBeetle 2 ESP32 P4 开发套件】Home Assistant 物联网步进电机控制 简单

本文介绍了 DFRobot FireBeetle 2 ESP32 P4 开发套件通过无线 WiFi 模块和 MQTT 协议实现 Home Assistant 远程控制步进电机旋转的项目设计。

包括项目介绍、流程图、硬件连接、流程图、工程代码、HA 面板设计、运行效果展示等。

项目介绍

环境搭建：Docker、EMQX、HA 部署；

工程测试：流程图、MicroPython 代码、MQTTX 通信测试；

HA 测试：配置文件、面板卡片设计、调试；

环境搭建

下载并安装 Docker Desktop 软件；

部署 EMQX 平台和 HA 平台；

硬件连接

步进电机

Type-C 数据线接入 USB-CDC 接口，实现程序调试和系统供电；

工程测试

包括流程图、代码、MQTTX 软件测试等。

流程图

工程代码

运行 Thonny IDE 软件，配置解释器和设备端口，新建文件并添加如下代码

import json
import time
import random
import network
from machine import Pin
import uasyncio as asyncio
from umqtt.simple import MQTTClient
​
# ------------- 用户配置 -------------
WIFI_SSID = "Xiaomi_8ABD"
WIFI_PWD = "15836035036"
MQTT_SERVER = "192.168.31.160"
MQTT_PORT   = 32768
MQTT_CLIENT_ID = 'micropython-client-{id}'.format(id=random.getrandbits(8))
MQTT_USER   = "LJL"
MQTT_PWD   = "4421989g"
SUB_TOPIC = "esp/stepper/cmd"
PUB_TOPIC = "esp/stepper/status"
# 电机引脚（A B C D）
MOTOR_PINS = [4, 5, 20, 21]
# ------------------------------------
def wifi_connect(ssid, pwd):
    sta = network.WLAN(network.STA_IF)
    sta.active(True)
    if not sta.isconnected():
        print("Connecting Wi-Fi...")
        sta.connect(ssid, pwd)
        for _ in range(20):
            if sta.isconnected():
                break
            time.sleep(1)
    print("Wi-Fi connected:", sta.ifconfig())
# --------------Stepper-------------------------------------
class Stepper28BYJ48:
    STEP_SEQ = [
        [1,0,0,1], [1,0,0,0], [1,1,0,0], [0,1,0,0],
        [0,1,1,0], [0,0,1,0], [0,0,1,1], [0,0,0,1]
    ]
    def __init__(self, pins):
        self.coils = [Pin(p, Pin.OUT) for p in pins]
        self.release()
​
    def _write(self, pattern):
        for coil, v in zip(self.coils, pattern):
            coil.value(v)
​
    def step(self, steps, delay_ms=2):
        direction = 1 if steps > 0 else -1
        for _ in range(abs(steps)):
            for phase in range(8)[::direction]:
                self._write(self.STEP_SEQ[phase])
                time.sleep_ms(delay_ms)
        self.release()
​
    def angle(self, deg, delay_ms=2):
        steps = int(deg * (509 / 360))
        self.step(steps, delay_ms)
​
    def release(self):
        for c in self.coils:
            c.value(0)
​
motor = Stepper28BYJ48(MOTOR_PINS)
​
# 连接 MQTT
def mqtt_connect():
    c = MQTTClient(MQTT_CLIENT_ID, MQTT_SERVER, MQTT_PORT, MQTT_USER, MQTT_PWD)
    c.set_callback(on_msg)
    c.connect()
    c.subscribe(SUB_TOPIC)
    print("[MQTT] connected & subscribed")
    return c
​
# 收到控制指令
def on_msg(topic, msg):
    try:
        cmd = json.loads(msg)
        angle = cmd.get("angle", 0)
        #speed = max(1, cmd.get("speed", 2))  # 步间延时(ms)
        speed = max(1, min(10, cmd.get("speed", 2)))  # 限制速度范围 1-10
        delay_ms = 11 - speed  # 数值越大速度越快，延迟越小
        motor.angle(angle, delay_ms)
​
        # 回传状态
        stat = {"angle_done": angle, "speed_set": speed}
        client.publish(PUB_TOPIC, json.dumps(stat))
    except Exception as e:
        print("Bad msg:", e)
​
# 主协程
async def main():
    wifi_connect(WIFI_SSID, WIFI_PWD)
    global client
    client = mqtt_connect()
​
    while True:
        client.check_msg()
        await asyncio.sleep_ms(100)
​
asyncio.run(main())
​

保存代码并运行。

MQTTX 测试

新建连接，输入本地计算机 IP 地址、端口号、MQTT Broker 用户名、密码等；

运行连接，添加订阅主题 esp/stepper/status 获取监听消息；

在发送界面输入主题 esp/stepper/cmd 向 EMQX 发送指令消息；

定义旋转角度和速度，步进电机旋转 20 °，速度取值范围 1-10；

HA 测试

进入 HA 所在文件夹，打开 configuration.yaml 配置文件，添加数字显示控件和按钮控件

mqtt:
  number:
    - name: "Step Motor"
      unique_id: stepper_angle
      command_topic: "esp/stepper/cmd"
      state_topic: "esp/stepper/status"
      value_template: "{{ value_json.angle_done }}"
      min: -360
      max: 360
      step: 1
      unit_of_measurement: "°"
      optimistic: false
  button:
    - name: "CW 90°"
      command_topic: "esp/stepper/cmd"
      payload_press: '{"angle":90,"speed":10}'
      unique_id: stepper_cw_90
    - name: "CCW 90°"
      command_topic: "esp/stepper/cmd"
      payload_press: '{"angle":-90,"speed":10}'
      unique_id: stepper_ccw_90

保存更改并重新加载配置以应用更改；

进入 HA 概览页面，编辑仪表盘，添加卡片，找到新增的 Step Motor 实体和正反旋转按钮并添加。

流程图

控制面板

确认硬件连接完成且 MQTTX 通信测试无误；

点击 HA 卡片按钮，实现步进电机正反旋转的远程网络控制；

总结

本文介绍了 DFRobot FireBeetle 2 ESP32 P4 开发套件通过无线 WiFi 模块和 MQTT 协议实现 Home Assistant 远程控制步进电机旋转的项目设计，为该开发板在物联网和远程控制领域的应用提供了参考。