使用 Google Firebase 和 ESP32 遠端控制設備——詳細教學

前言

你好！今天我要帶你從零開始學習如何使用 ESP32 與 Google Firebase 來遠端控制 LED。這意味著無論你身在何處，都能透過網路開啟或關閉 LED。

這篇教學適合完全沒有基礎的初學者，我會一步步帶你完成這個專案。讓我們開始吧！

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你需要準備的材料

硬體：

• ESP32 開發板（或 ESP8266 亦可）
• LED x1
• 220Ω 或 100Ω 電阻 x1
• 麵包板
• 杜邦線
• USB 連接線（用來連接 ESP32 到電腦）

軟體與帳號：

• Arduino IDE（開發 ESP32 程式）
• Google Firebase 帳號（使用 Google 帳戶登入即可）

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步驟 1：硬體連接

將 LED 與 ESP32 連接如下：

• LED 正極（長腳） → ESP32 D4（GPIO 4）
• LED 負極（短腳） → 電阻（220Ω / 100Ω） → ESP32 GND

你可以直接將元件插在麵包板上，使用杜邦線完成連接。

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步驟 2：建立 Firebase 專案

Firebase 是 Google 提供的應用開發平台，其中的 Realtime Database 可以讓我們儲存數據並隨時讀取。現在我們來設定 Firebase：

1. 進入 Firebase 官方網站：https://firebase.google.com/
2. 登入 Google 帳號。
3. 點擊「建立專案」，並命名為 ESP32_LED_Control。
4. 同意 Firebase 條款，然後點擊「繼續」。
5. 關閉 Google Analytics（我們這次不需要）。
6. 等待專案建立完成。

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步驟 3：設定 Firebase Realtime Database

1. 進入 Firebase 控制台，選擇剛剛建立的 ESP32_LED_Control 專案。
2. 在左側選單點擊「Build」→「Realtime Database」。
3. 點擊「建立資料庫」。
4. 選擇「美國（us-central1）」作為位置，然後點擊「下一步」。
5. 選擇「測試模式（Test mode）」，這樣我們就可以讀取和寫入數據。
6. 建立一個資料節點：
   • 按 「+」 新增節點
   • 鍵（Key）：LED_State
   • 值（Value）：0（代表 LED 預設為關閉）
   • 數據類型：Number

這樣我們的數據庫就準備好了！

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步驟 4：設定 Firebase Authentication（身份驗證）

為了安全性，我們需要讓 ESP32 使用電子郵件與密碼登入 Firebase。

1. 在 Firebase 控制台左側選單點擊「Build」→「Authentication」。
2. 選擇「電子郵件與密碼」登入方式。
3. 啟用電子郵件/密碼登入，然後點擊「儲存」。
4. 新增使用者：
   • Email：esp32@yourproject.com（你可以隨意取）
   • Password：yourpassword

這樣 ESP32 就可以透過這個帳號存取 Firebase！

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步驟 5：在 Arduino IDE 撰寫 ESP32 程式

1. 安裝 Firebase ESP Client 函式庫

1. 打開 Arduino IDE。
2. 點擊「工具」→「管理函式庫」。
3. 搜尋「Firebase ESP Client」並安裝。

2. 程式碼

#include <WiFi.h>
#include <FirebaseESP32.h>

// WiFi 設定
#define WIFI_SSID "你的 WiFi 名稱"
#define WIFI_PASSWORD "你的 WiFi 密碼"

// Firebase 設定
#define API_KEY "你的 Firebase API 金鑰"
#define DATABASE_URL "你的 Firebase 資料庫 URL"
#define USER_EMAIL "esp32@yourproject.com"
#define USER_PASSWORD "yourpassword"

FirebaseData fbdo;
FirebaseAuth auth;
FirebaseConfig config;

int LED_PIN = 4;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
    
    // 連接 WiFi
    WiFi.begin(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        Serial.print(".");
        delay(1000);
    }
    Serial.println("WiFi 已連接");

    // 設定 Firebase
    config.api_key = API_KEY;
    config.database_url = DATABASE_URL;
    auth.user.email = USER_EMAIL;
    auth.user.password = USER_PASSWORD;

    Firebase.begin(&config, &auth);
}

void loop() {
    if (Firebase.RTDB.getInt(&fbdo, "/LED_State")) {
        int ledState = fbdo.intData();
        digitalWrite(LED_PIN, ledState);
        Serial.println(ledState == 1 ? "LED 開啟" : "LED 關閉");
    }
    delay(1000);
}

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步驟 6：上傳程式並測試

1. 選擇 ESP32 開發板（「工具」→「開發板」→「ESP32 Dev Module」）。
2. 將 ESP32 連接到電腦。
3. 點擊「上傳」按鈕。
4. 開啟序列監視器（115200 baud），查看 WiFi 是否成功連接。
5. 進入 Firebase，修改 LED_State 的值：
   • 設為 1（LED 亮起）
   • 設為 0（LED 熄滅）

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結論

現在你已經學會如何使用 Firebase 遠端控制 ESP32 的 LED！你可以進一步擴展這個專案，例如：

• 控制多個設備（燈泡、風扇等）。
• 使用手機 App 控制。
• 加入感測器，回傳數據到 Firebase。

希望這篇教學對你有幫助！如果有任何問題，歡迎留言討論 😊。