玩转 ESP32：动手做一个双向通讯的无线遥控器

鸣涧

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。

1. #include "WiFi.h"
   
2. 
   
3. void setup(){
   
4.   Serial.begin(115200);
   
5.   WiFi.mode(WIFI_MODE_STA);
   
6.   Serial.println(WiFi.macAddress());
   
7. }
   
8. 
   
9. void loop(){
   
10. 
    
11. }

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。

1. #include <esp_now.h>
   
2. #include <WiFi.h>
   
3. 
   
4. // REPLACE WITH YOUR RECEIVER MAC Address
   
5. uint8_t broadcastAddress[] = {0x8C, 0xCE, 0x4E, 0xA6, 0x73, 0x74};
   
6. 
   
7. // Structure example to send data
   
8. // Must match the receiver structure
   
9. typedef struct struct_message {
   
10.   char a[32];
    
11.   int b;
    
12.   float c;
    
13.   bool d;
    
14. } struct_message;
    
15. 
    
16. // Create a struct_message called myData
    
17. struct_message myData;
    
18. 
    
19. esp_now_peer_info_t peerInfo;
    
20. 
    
21. // callback when data is sent
    
22. void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
    
23.   Serial.print("\r\nLast Packet Send Status:\t");
    
24.   Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" : "Delivery Fail");
    
25. }
    
26. 
    
27. void setup() {
    
28.   // Init Serial Monitor
    
29.   Serial.begin(115200);
    
30. 
    
31.   // Set device as a Wi-Fi Station
    
32.   WiFi.mode(WIFI_STA);
    
33. 
    
34.   // Init ESP-NOW
    
35.   if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    
36.     Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    
37.     return;
    
38.   }
    
39. 
    
40.   // Once ESPNow is successfully Init, we will register for Send CB to
    
41.   // get the status of Trasnmitted packet
    
42.   esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
    
43.   
    
44.   // Register peer
    
45.   memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);
    
46.   peerInfo.channel = 0;  
    
47.   peerInfo.encrypt = false;
    
48.   
    
49.   // Add peer        
    
50.   if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    
51.     Serial.println("Failed to add peer");
    
52.     return;
    
53.   }
    
54. }
    
55. 
    
56. void loop() {
    
57.   // Set values to send
    
58.   strcpy(myData.a, "THIS IS A CHAR");
    
59.   myData.b = random(1,20);
    
60.   myData.c = 1.2;
    
61.   myData.d = false;
    
62.   
    
63.   // Send message via ESP-NOW
    
64.   esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &myData, sizeof(myData));
    
65.    
    
66.   if (result == ESP_OK) {
    
67.     Serial.println("Sent with success");
    
68.   }
    
69.   else {
    
70.     Serial.println("Error sending the data");
    
71.   }
    
72.   delay(2000);
    
73. }

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。

1. #include <esp_now.h>
   
2. #include <WiFi.h>
   
3. 
   
4. // Structure example to receive data
   
5. // Must match the sender structure
   
6. typedef struct struct_message {
   
7.     char a[32];
   
8.     int b;
   
9.     float c;
   
10.     bool d;
    
11. } struct_message;
    
12. 
    
13. // Create a struct_message called myData
    
14. struct_message myData;
    
15. 
    
16. // callback function that will be executed when data is received
    
17. void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
    
18.   memcpy(&myData, incomingData, sizeof(myData));
    
19.   Serial.print("Bytes received: ");
    
20.   Serial.println(len);
    
21.   Serial.print("Char: ");
    
22.   Serial.println(myData.a);
    
23.   Serial.print("Int: ");
    
24.   Serial.println(myData.b);
    
25.   Serial.print("Float: ");
    
26.   Serial.println(myData.c);
    
27.   Serial.print("Bool: ");
    
28.   Serial.println(myData.d);
    
29.   Serial.println();
    
30. }
    
31. 
    
32. void setup() {
    
33.   // Initialize Serial Monitor
    
34.   Serial.begin(115200);
    
35.   
    
36.   // Set device as a Wi-Fi Station
    
37.   WiFi.mode(WIFI_STA);
    
38. 
    
39.   // Init ESP-NOW
    
40.   if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    
41.     Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    
42.     return;
    
43.   }
    
44.   
    
45.   // Once ESPNow is successfully Init, we will register for recv CB to
    
46.   // get recv packer info
    
47.   esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
    
48. }
    
49. 
    
50. void loop() {
    
51. 
    
52. }

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