用ESP32开发板打造智能家居控制屏~ESPhome固件实战~

一、前言：

我家里做智能家居多年了，先后入手了Aqara S1E、领普S2、小米智能家庭面板等智能开关，这些智能开关家庭状况显示不够全面，不能按需定制，都不是很好用。

前段时间我刚用ESP32开发板完成了智能增高架，积累了一些开发经验，接着用ESP32开发板花了半个月时间打造出了一块真正的"智能家居控制屏"，个人感觉特别好用，特地写了这篇文章分享打造过程以及使用体验，本文较长，看完本文你将大致了解到ESP32开发板的构造、用途、号称0代码ESPhome固件的打造过程、有什么坑以及成品实际使用体验和建议。

一、前言

二、智能家庭控制屏成品展示

三、ESP32开发板硬件参数和拆解

四、esphome开发环境搭建

五、固件开发、刷写流程

六、接入Home Assistant

七、ESPhome固件实际体验和缺点

八、总结与意见

二、智能家庭控制屏成品展示

如图，智能面板是标准的86开关面板规格，长宽都是86mm，面板带4寸IPS触摸屏，480X480分辨率，可以安装在墙壁86底盒上，也可以取下来放在桌面连接USB供电使用。之前看到有些朋友把小米智能面板放在桌面上当控制开关，需要接上220v电源，这个放桌面更方便更安全，甚至还可以接上锂电池移动使用。

面板整体设计我依然是走的简洁风格，没有任何图片元素，界面上的图形全是图标字体，毕竟ESP32性能有限，不整那些花里胡哨的界面可以降低系统负担，提高流畅度。首页有大字时钟和天气信息，时钟下边是自定义提醒栏，多行可以滚动显示；6个卡片用来显示比较重要的空气质量、水质、电费余额等信息，所有信息都是取自于Home Assistant实体。首页内容很紧凑，但信息内容比之前买的任何一款家庭屏都丰富。这些内容全部都可以自定义，加上几个按钮直接控制也很简单。

目前一共做了6个页面，理论上可以无限扩充，也可以设置开机后默认显示哪一页。

“家庭信息页”是主页智能家信息的补充，这里可以显示更多信息，浏览家里的动态，显示内容可以自定义且可以滚动，比如扫地机器人状态、摄像头状态都可以加进去。有人无人是通过人在传感器判断的，这个很实用，瞄一眼看看卫生间是否有人再说，避免空跑。

控制普通智能开关和灯的话用按钮就可以了，比如我这个控制页面放了6盏灯+色温和亮度滑条，还可以拖动开关窗帘，可以根据家里的设备来定制，设备多的话可以每个房间做一个页面。图上的继电器是开发板的物理开关，无网的时候也可以控制。

像空调、热水器这类功能较多的设备，就单独建了一个页面进行控制，比如我这个燃气热水器控制就很实用，每个人洗澡的温度都不一样，洗澡前不需要跑到阳台去调温度了：

场景就更实用了，提前编好了9种场景，比如把这个面板安装在门口，出门时点一下离家，自动关灯和其他需要关闭的设备：

同时我这块只能智能控制屏还可以通过蓝牙连接给墨水屏推送内容，支持一推N，可以大大节省布置信息屏的成本。我准备给冰箱上贴一块墨水屏，开关冰箱时就能看到是否有快递要取、电费是否充足的信息。总之这块屏的优势是以后想到什么新功能，可以随时自己加。

三、ESP32开发板硬件参数和拆解

接下来拆解一下这块ESP32开发板。原本我是计划用增高架那款2.8寸开发板+3D打印面板做智能屏，后来发现有卖面板成品，带4寸电容触摸屏，价格也只要一百出头，且内置了继电器，做好固件就能用了，于是买了回来试试。

标准86面板设计，背面可以看出来最多支持3路开关，我选的是1路的，3路的贵很多，且用不到3路，家里还剩好几个智能开关都还没地方装呢。外壳因为照片缘故看起来可能像金属，实际是纯塑料的，且做工质感一般。

面板和强电部分是可以分离使用的，可以单独拿面板放在桌子上控制智能设备，不一定非要装在墙上：

侧面有个USB-C口和TF卡插槽，第一次烧录固件只能走USB口，供电的话也可以接在背后串口插针上，也可以用USB供电，只是USB口在侧面不是很方便。

面板电路如图，我顺手做了一下标注。扩展接口还是挺全面的，且在背板上留了口，方便扩展和调试。仔细看了下板子上没有集成麦克风，需要语音控制的话就得单独接外置麦克风，不过我房间里有小爱音箱，就不需要面板来收语音了。

板子的核心规格如下：板子完整型号是ESP32-S3-4848S040，处理器是ESP32-S3，双核240MHz，带WiFi 和蓝牙BLE，16MB FLASH、8MB PSRAM(内存)，屏幕是ST7701，480×480分辨率，RGB并口16bit，触摸是GT911电容式，I2C地址0x5D。板子目前资料较少，商家提供不了任何参数和图片资料，全部都得自己折腾。

继续看强电部分。强电板做工就明显差很多了，焊点像是手工焊接。板子上白色长条是保险丝，作用是过流保护；我买的单路控制，L2和L3进线端子没有焊，但三路驱动齐全，每组一个MOS，对应三路继电器：

强电板背面是继电器和RPDZN5W6变压模块，从PCB设计可以看出强弱电是有分离的，强电端子单独一区，弱电控制元件全在另一面，没有强弱电走线交织。强弱电在同一块PCB上共板，但没有专门的铣槽/隔离带来加大爬电距离，家用 220V继电器板这是常规做法，够用但不算工业加强绝缘，结论是上墙用没啥问题。

四、ESPhome固件简介和开发环境搭建

开发板只是内置了个Demo，Demo的控件做得花里胡哨的，但很卡顿，且不能用，需要自己刷固件。原本打算和增高架ESP32一样从零开始写的，后来看到有一种ESPHOME固件很流行，号称“0代码”：它依赖Home Assistant提供服务，用户像“搭积木”一样把需要控制设备按照需求添加进固件即可使用，我整理了一下这个固件的优点，大致做了个表：

既然是现成的，且有这么多优点，于是拍板决定用ESPhome固件。讲解一下开发过程，给想折腾的朋友先了解评估一下自己能不能搞。

搭建开发环境

首先需要搭建开发环境。ESPhome大致有3种开发方式：

1、搭建Python开发环境，这个对于开发者来说很简单，非开发者就不推荐折腾了。

2、使用Home Assistant里的ESPHOME插件开发，添加插件后就可以使用网页开发，但只有HA OS和HA Supervised安装方式的Home Assistant才有插件(Add-on)功能，Docker安装的HA无法使用。

3、使用Docker搭建。这个最方便，几行命令搞定安装在NAS Docker里，不影响现有环境，不想要了直接点删除，所以这里就以Docker搭建为例讲解。

首先在NAS里打开SSH，连接后按顺序输入以下命令，每次一行(注意看截图，发文时斜杠可能会被吞掉)：

sudo docker run -d --name esphome -p 6052:6052

-v /放置docker文件的目录/esphome-config:/config

esphome/esphome

代码跑完就可以在docker里多出了一个esphome容器，并且已经自动运行了：

在浏览器里输入你的nas ip+端口6052，就可以看到如下中文开发界面，根据新手引导一步创建即可。要选对开发板型号，比如我这块是4848s40，找到后点选择，后续还有输入wifi密码等流程，照着填就行了。

注意“使用所有推荐组件进行安装”一定要勾选，否则屏驱动、背光引脚、屏RESET/DC引脚等等全都要你手动写：

固件开发界面如图，右侧是代码区，可以看到引脚等配置都已经写好了，这时esp32屏幕就能被点亮了。

五、固件开发、刷写流程

在右侧编辑器里末尾填上以下代码(以最新版esphome为准)，做屏幕点亮测试。注意，代码必须严格遵守缩进规则：

lvgl:

displays: tft_display

touchscreens: tft_touch

widgets:

- label:

text: "Hello smzdm"

align: center

width: 200

height: 50

接着点击下方的[安装]，生成固件，顺便进行第一次刷机。第一次刷机必须通过usb连接，由于ESPhome设备构建器是运行在Docker上,直接插到nas的USB口需要进行映射，所以一般选[高级选项]、[下载固件二进制文件]，生成固件：

等待编译完成。看具体网络环境，从GitHub拉ESP-IDF tools可能会很慢，有时需要多试几次，或者想办法。顺利的话看到编译完成，点[下载固件]：

用esp等烧录工具把刚才下载的固件烧录到面板上，烧录成功的话就能看到白屏和“Hello smzdm”字样了：

第一次烧录成功之后，可以看到设备构建器里esphome显示在线了~意味着今后写了代码直接点安装就可以无线OTA到esp面板里~

再举个例子，刚才写的“hello smzdm”太小了，想把字体加大，且显示成红色，把代码替换成下面的内容即可。可以看到新代码的不同点：不能直接写字体尺寸，需要先造一个id为big50、尺寸为50的字体，字体文件调用Google Fonts，然后要在标签里引用它：

font:

- id: big50

size: 50

file: "gfonts://Roboto"

lvgl:

displays: tft_display

touchscreens: tft_touch

widgets:

- label:

text: "Hello smzdm"

align: center

width: 400

height: 80

text_font: big50

text_color: red

六、接入Home Assistant

要和Home Assistant配对可以控制设备。第一次编译烧录后，HA里会弹出 "发现新设备 ESPHome"，如果没有弹出，就在[设置]、[设备与服务]、[设备]里手动搜索[esphome]，填入面板IP地址：

填入API KEY，在代码编辑器顶部代码API里可以找到，复制过来即可：

顺利的话就会看到ESPHome设备常驻HA里了，配对成功。

接下来再做个演示，演示如何在esp32面板上控制HA里的智能灯开关。拷贝如下代码到编辑器(完整复制的话把刚才的hello smzdm代码删除)，button表示绘制一个按钮，xy值是按钮的坐标，text是按钮显示的文字，暂时没有中文字体，所以先输入英文试试。on_click表示点击按钮后触发的事件，entity_id后填入智能灯开关的实体id即可，实体id在HA设备里获取。烧录到esp32，点击按钮就能开关灯了。

lvgl:

displays: tft_display

touchscreens: tft_touch

widgets:

- button:

id: my_btn

x: 100

y: 200

width: 200

height: 80

text: "click me"

on_click:

- homeassistant.service:

service: switch.toggle

data:

entity_id: 灯开关实体id

以上只是最简单的例子，要实现开发完整的固件还需要做很多工作，不断的排查，这里就不能一一介绍了，要不然再写十篇都写不完，稍微知道原理和大概流程就行了。

七、ESPhome固件实际体验和缺点

最后谈谈这个固件的实际体验吧。

1.固件开发无法实现“0代码”，有一定门槛。

举个最简单的例子，比如我首页显示的“空气质量10 优”，需要自己写代码做判断，因为我的空气净化器只返回了PM2.5=10这个值，这个值你不做判断的话就只显示10这个数字，就只能自己写一段lambda代码块去做判断，比如低于35就输出“优”。lambda代码只能用c++语言编写，因为ESPHome的yaml文件只是"配置壳"，里面用!lambda包起来的那段，会被ESPHome原样塞进生成的C++ 功程，用C++编译器(ESP-IDF/Arduino工具链）编译烧进ESP32。用到lambda代码块的地方特别多，像人在人不在状态、电费余额低提醒等等都需要用到。遇到特殊协议时也只能被迫写C++代码，比如我上面提到的用esp32蓝牙连接墨水屏，把智能家居信息推送到墨水屏，都是用lambda实现的。

2.界面UI无图形化，需要摸黑像素级编写。

这个上边提到过，你需要画标签和按钮的时候，只能写YAML指定标签坐标位置，还要给它定义背景颜色、文字，不像图形化编程界面那样拖一个按钮控件进去就OK了。这种摸黑式操作特别累，特别是对齐图标和文字时，只能反复烧录调试，通过像素级精调实现。虽然LVGL官方有个LVGL UI Editor可以实现可视化，但它生成的是原生C工程代码，没办法给ESPhome用。比如我上面的“场景”页面照片就可以看到文字还有一点没对齐，暂时懒得管了，有空再弄。

3.固件依赖Home Assistant

个人感觉ESPHome最大的问题是必须依赖Home Assistant服务，且与Home Assistant进行强绑定，离了HA智能面板将一无是处，连基本信息都读不到；设备配置不灵活，需要在写代码阶段就将设备硬绑，一点点改动都需要重新刷写固件，这样写好的固件没法分享给其他人用，这也是目前这个固件国内比较冷门、设备不好卖的主要原因，每个人都需要重复造轮子。我尝试过用网页配置等方式保存设置、进行设备动态绑定，虽然实现了一部分，但后来发现实施起来太麻烦了，有些设置需要写入固件、有一些需要在HA实体里改、有一些需要手动改HA的configuration.yaml文件，东一块西一块，时间长了自己都会把架构忘光，需要自己写详细备注，维护成本高。

4.lambda不是万能的，一些想法无法实现

上面可以通过lambda代码块加入C++代码写ESPhome不具备的功能，比如给墨水屏推送数据，但lambda也有局限，遇到需要几百上千行的模块执行效率极低，很容易耗光资源卡死面板，且lambda代码只能通过事件触发。遇到复杂交互、高性能、第三方硬件，灵活度不如直接PlatformIO/Arduino原生写。

八、总结

通过本文你应该对ESP32开发板和ESPhome固件有了一定了解，总结如下：

这套方案的本质是：用一百出头的成品esp32带屏控制板、加上ESPHome自定义固件，把Home Assistant里的家庭数据做成一块自己想要的控制面板。它不是开箱即用的商品，更像是一个可以无限DIY的控制中枢。

适合谁玩：已经有24小时开机的NAS或服务器、跑着Home Assistant、愿意折腾YAML的人。成品台墙两用、功耗低、响应快，做出来的界面比任何量产家庭屏都更贴合自己家。

不适合谁：不想碰代码、只想买回家上墙即用、家里没有Home Assistant的人。ESPHome号称“0 代码”其实是营销话术，真实情况是“配置搭积木+关键地方写C++”，界面要靠像素级坐标一点点调，离了HA面板就是一块砖。

我的建议：先从Docker装 ESPHome、用板载组件点亮一块屏开始跑通流程，再慢慢加卡片和按钮，别一上来就想做全套。这套方案国内还小众、资料少，最大的成本不是钱，是折腾时查不到答案、要自己啃的那份耐心。暂时不想折腾的朋友，提供个0成本方案：自己搭一个HA仪表盘，加入需要关注的信息、需要控制的设备，并且编一些场景和自动化条目，用淘汰的平板或者手机浏览器全屏显示即可(我之前就这样用了一年)~