玩转 ESP32：动手做一个双向通讯的无线遥控器

鸣涧 · 发表于 2022-4-27 12:45:37

玩转 ESP32：动手做一个双向通讯的无线遥控器

今天我们来玩儿ESP-NOW。

相信每个玩电子的童鞋对无线通信都非常感兴趣，从孩童时期的无线遥控赛车，到学生时期的收音机，到长大后接触的各种无线控制的家电，手机等电子产品，无线通信让我们可以像神话小说中的某些绝技，可以做到隔空控制，每个人都都希望将那个遥控器掌握在自己手中。

无线遥控的本质就是发射端发射某个频率的电磁波出去，接收端接收并解码这个信号。我们经常接触的空调，电视，风扇等遥控器很多都是红外的，频率大多是38Khz；窗帘，车库门等大多是315MHz或者433MHz；国外有868MHz、915MHz等；低于1Ghz的泛称为Sub 1Ghz，不同国家有不同的免费频率段；灯，手机等大多是用2.4Ghz的，2.4G这个频段用的比较多，这个频段在全球是免费使用的，我们熟知的WiFi、蓝牙、Zigbee的都是2.4Ghz的；当然还有NBIOT，2G，4G，5G，长波，中波，短波等很多频率的设备。理论来说，在相同功率下，低频能获得更好的传送距离，高频有更好的抗干扰性能，不同领域根据自身特性选择最合适的通信频率。

气象站项目预览

空旷距离能通信200米，同时连接WiFi的无线遥控系统 #esp32 #arduino #无线通讯 #遥控器 #电子技术

ESP-NOW概述

ESP-NOW 是由 Espressif 开发的一种协议，它使多个设备能够在不使用 Wi-Fi 的情况下相互通信。该协议类似于无线鼠标中用的2.4GHz无线连接。因此，设备之间的配对需要在它们通信之前进行。配对完成后，连接是安全且点对点的，无需握手，也就是他不像TCP/IP等是长连接的，换句话说，它是无连接的，如果其中一个板子突然断电，重新启动后，会自动匹配它的连接设备继续通信。

不同于传统的OSI模型，ESP-NOW去掉了其中一些层，只保留最基本的传输层，减少了网络拥堵造成的丢包延迟，实现快速响应。简单来说，ESP-NOW 是一种快速通信协议，可用于在 ESP32 板之间交换短消息（单次最多 250 字节）。

ESP-NOW的优势

快速响应：开机后，设备无需任何无线连接即可直接传输数据和控制其他配对设备，响应速度以毫秒为单位；
远距离通信：ESP-NOW 支持远距离通信，板载天线户外空旷距离能达到200米+；
多跳控制：ESP-NOW可以实现设备的多跳控制，可通过单播、广播和群控方式控制数百台设备；
新配网方式：提供了除 Wi-Fi 和蓝牙之外的新方式，通过蓝牙为第一台设备配置网络，其他设备不需要配置SSID/密码等信息，第一台连接到网络的设备可以直接将这些信息发送给其他设备；
升级：可用于固件升级或者大量数据升级的场景；
调试：在一些高温高压等不太方便的场合，可以接收多个设备的数据，快速诊断设备故障。
低成本：可与WiFi，蓝牙等共存；
安全：ESP-NOW 采用 CCMP 方法保护供应商特定动作帧的安全，具体可参考 IEEE Std. 802.11-2012。

ESP-NOW通信

单向通信

一个从机向一个主机发送数据

这种情况适用于一个设备向另一个设备单向发送数据，比如一个从机采集传感器数据或将开关量发送到主机。

一个主机向多个从机发送数据

一个从机从多个主机接收数据

双向通信

主机与从机互相通信

多个设备之间互相通信

ESP-NOW非常适合组建一个小型网络，可以让多个ESP32之间交换数据。硬件

基本演示不需要加入其它外设，板子接上串口助手观察就好了。

软件

获取板子的MAC地址

ESP-NOW是通过MAC地址做为不同设备的唯一识别的，就像不同设备的ID码一样，当然我们可以通过扫描配对的方式去自动配对，这里为了方便展示程序原理，我们就先采用最基本的方式，先通过下面的代码获取主机设备的MAC地址。

#include "WiFi.h"
void setup(){
Serial.begin(115200);
WiFi.mode(WIFI_MODE_STA);
Serial.println(WiFi.macAddress());
}
void loop(){
}

复制代码

获取到主机的MAC地址后，我们记下来。

初始化ESP-NOW

初始化ESP-NOW，在这个函数调用之前必须初始化WiFi。

esp_now_init();

添加配对设备

调用此函数配对设备，将MAC地址，通道，加密信息等进行配置。

esp_now_add_peer();

发送数据

向配对设备发送数据

esp_now_send();

发送数据回调函数

注册一个发送数据时调用的函数，此函数会返回是否发送成功的消息。

esp_now_register_send_cb();

接收数据回调函数

注册一个接收到数据时调用的函数。

esp_now_register_rcv_cb();

还有其它一些函数，我们用到的时候再讲。

完整发送程序

我们将之前打印的MAC地址保存下来，替换到broadcastAddress数组中。代码中，首先定义了一个结构体，包含几种不同类型的数据变量，这个就是我们要发送的数据，在setup()中先设置WiFi工作在STA模式，然后调用esp_now_init()初始化，将配对设备的信息进行添加，简单配置一下发送回调函数，打印是否发送成功，主函数中，每2秒发送一次数据。esp_now_send返回是否发送出去，回调函数中展示是否成功发送给接收方。

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
// REPLACE WITH YOUR RECEIVER MAC Address
uint8_t broadcastAddress[] = {0x8C, 0xCE, 0x4E, 0xA6, 0x73, 0x74};
// Structure example to send data
// Must match the receiver structure
typedef struct struct_message {
char a[32];
int b;
float c;
bool d;
} struct_message;
// Create a struct_message called myData
struct_message myData;
esp_now_peer_info_t peerInfo;
// callback when data is sent
void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
Serial.print("\r\nLast Packet Send Status:\t");
Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" : "Delivery Fail");
}
void setup() {
// Init Serial Monitor
Serial.begin(115200);
// Set device as a Wi-Fi Station
WiFi.mode(WIFI_STA);
// Init ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
// Once ESPNow is successfully Init, we will register for Send CB to
// get the status of Trasnmitted packet
esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
// Register peer
memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);
peerInfo.channel = 0;
peerInfo.encrypt = false;
// Add peer
if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
Serial.println("Failed to add peer");
return;
}
}
void loop() {
// Set values to send
strcpy(myData.a, "THIS IS A CHAR");
myData.b = random(1,20);
myData.c = 1.2;
myData.d = false;
// Send message via ESP-NOW
esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &myData, sizeof(myData));
if (result == ESP_OK) {
Serial.println("Sent with success");
}
else {
Serial.println("Error sending the data");
}
delay(2000);
}

复制代码

完整接收程序

接收跟发送差不多，也是要定义一个跟发送方一样的数据结构体，用于保存接收到的数据，创建一个接收回调函数，当接收到数据时，调用此函数，将数据保存到一个结构体变量中，然后打印出来。

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
// Structure example to receive data
// Must match the sender structure
typedef struct struct_message {
char a[32];
int b;
float c;
bool d;
} struct_message;
// Create a struct_message called myData
struct_message myData;
// callback function that will be executed when data is received
void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
memcpy(&myData, incomingData, sizeof(myData));
Serial.print("Bytes received: ");
Serial.println(len);
Serial.print("Char: ");
Serial.println(myData.a);
Serial.print("Int: ");
Serial.println(myData.b);
Serial.print("Float: ");
Serial.println(myData.c);
Serial.print("Bool: ");
Serial.println(myData.d);
Serial.println();
}
void setup() {
// Initialize Serial Monitor
Serial.begin(115200);
// Set device as a Wi-Fi Station
WiFi.mode(WIFI_STA);
// Init ESP-NOW
if (esp_now_init() != ESP_OK) {
Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
return;
}
// Once ESPNow is successfully Init, we will register for recv CB to
// get recv packer info
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
void loop() {
}

复制代码

将上面的发送与接收程序烧录到两块板，就实现了数据的单向传输，我们看下接收方的串口打印数据：

这是最简单的一个案例，大家对ESP-NOW先有一个简单的理解，关于ESP-NOW的管理设备，删除设备，扫描从设备，自动配对等，下一期再讲，布置个作业，大家可以在发送端添加一个按钮，接收端添加一个LED等，就可以实现一个遥控器的Demo了，快去尝试一下吧。

下一节，我们会实际做一个小项目，增加以下功能：

多个主机，多个从机；
从机按键长按触发下进入广播模式，释放出WIFI信号，主机在上电的时候，会扫描到WIFI信号并自动配对；
配对完成之后，主机从机都会将MAC地址自动写入存储空间，下次启动就不用重新配对；
两个从机可以通过按键控制主机上的两个LED灯，主机也可以同时控制两个从机上的LED灯；
两个从机分别采集温度湿度气压数据，传给主机；
主机将数据在本地显示屏显示出来，同时在连接WiFi之后，可以通过Web端实时查看传感器数据；
指示灯显示连接状态。

感谢大家，关于ESP32的学习，希望大家Enjoy！

参考资料：

1、https://docs.espressif.com/proje ... etwork/esp_now.html
2、https://randomnerdtutorials.com/esp-now-esp32-arduino-ide/
3、https://github.com/espressif/esp-now

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