Arduino for ESP-NOW介绍及使用

原创已于 2022-08-16 15:39:00 修改 · 4.8k 阅读

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#物联网 #c++

于 2022-08-11 14:48:36 首次发布

本文详细介绍了ESP-NOW协议，包括其特性、局限性，以及如何在Arduino环境下进行单向、双向及一对多通信的实践。通过示例程序展示了如何设置MAC地址，实现不同场景下的数据传输。

ESP-NOW单向通信(One-way communication)

ESP-NOW介绍

ESP-NOW是一种由Espressif开发的协议，可以让多个设备在不使用Wi-Fi的情况下相互通信。该协议类似于低功耗的2.4GHz无线连接。设备之间的配对需要在通信之前完成。配对完成后，连接是安全的、点对点的，不需要握手。这意味着在设备彼此配对后，连接是持久的。换句话说，如果你的某块单板突然失去电源或复位，当它重启时，它将自动连接到它的频道继续通信

ESP-NOW支持以下特性

混合加密和未加密的对端设备
加密和不加密的单播通信
最多可携带250字节的有效载荷（小数据传输）；
发送回调函数，可以设置为通知应用层传输成功或失败；

ESP-NOW技术也存在以下局限性

有限的加密。Station模式最多支持10个加密对等体;“软拨号”或“软拨号+工作站”模式最多为6个
支持多个未加密的对等体，包括加密的对等体，总数不能超过20个
最大消息长度限制在250字节

Espnow库函数注释


#ifndef __ESPNOW_H__
#define __ESPNOW_H__
 
 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
 
enum esp_now_role {
    ESP_NOW_ROLE_IDLE = 0,//未设置角色，不允许发送数据
    ESP_NOW_ROLE_CONTROLLER,//控制方
    ESP_NOW_ROLE_SLAVE,//被控制方
    ESP_NOW_ROLE_COMBO,//控制方&被控制方双角色，双向通信时就用它
    ESP_NOW_ROLE_MAX,//不懂
};
 
//回调函数
typedef void (*esp_now_recv_cb_t)(u8 *mac_addr, u8 *data, u8 len);
typedef void (*esp_now_send_cb_t)(u8 *mac_addr, u8 status);
 
int esp_now_init(void);//初始化esp_now
int esp_now_deinit(void);//取消esp_now的初始化
 
int esp_now_register_send_cb(esp_now_send_cb_t cb);//使用该函数之后，接收到数据会自动调用接收回调函数，回调函数的写法可以参考我上面的代码
int esp_now_unregister_send_cb(void);//与上面的函数作用相反
 
int esp_now_register_recv_cb(esp_now_recv_cb_t cb);//使用该函数之后，发送数据后会自动调用发送回调函数，回调函数的写法可以参考我上面的代码
int esp_now_unregister_recv_cb(void);//与上面的函数作用相反
 
int esp_now_send(u8 *da, u8 *data, int len);//发送数据，MAC地址中传入NULL会广播
 
int esp_now_add_peer(u8 *mac_addr, u8 role, u8 channel, u8 *key, u8 key_len);//与新设备配对
int esp_now_del_peer(u8 *mac_addr);//将已配对的设备删除
 
int esp_now_set_self_role(u8 role);//设定设备自己的角色
int esp_now_get_self_role(void);//获取设备自己的角色
 
int esp_now_set_peer_role(u8 *mac_addr, u8 role);//设定某个已配对设备的角色
int esp_now_get_peer_role(u8 *mac_addr);//获取某个已配对设备的角色
 
int esp_now_set_peer_channel(u8 *mac_addr, u8 channel);//设定某个已配对设备的WiFi通道
int esp_now_get_peer_channel(u8 *mac_addr);//获取某个已配对设备的WiFi通道
 
int esp_now_set_peer_key(u8 *mac_addr, u8 *key, u8 key_len);//设定某个已配对设备的密钥
int esp_now_get_peer_key(u8 *mac_addr, u8 *key, u8 *key_len);//获取某个已配对设备的密钥
 
u8 *esp_now_fetch_peer(bool restart);//不懂
 
int esp_now_is_peer_exist(u8 *mac_addr);//检查已经配对的设备是否在线
 
int esp_now_get_cnt_info(u8 *all_cnt, u8 *encrypt_cnt);//不懂
 
int esp_now_set_kok(u8 *key, u8 len);//对通信的key进行加密，不设置时使用默认的PMK
 
#ifdef __cplusplus
}
#endif
 
#endif

获取ESP32的MAC地址

在使用ESP-NOW协议前需要知道ESP32 的MAC地址

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

}

上串口打开串口监视器，可以得到板子的MAC地址，例如

最好拿个小纸条记下来

修改MAC地址

#include <ESP8266WiFi.h>

// Set your new MAC Address
uint8_t newMACAddress[] = {0x00, 0x08, 0x22, 0xa0, 0xa1, 0x34};

void setup(){
  Serial.begin(9600);
  Serial.println();
  
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.softAP("SD", "sd168888");
  
  Serial.print("[OLD] ESP8266 Board MAC Address:  ");
  Serial.println(WiFi.macAddress());

  // For Soft Access Point (AP) Mode
  //wifi_set_macaddr(SOFTAP_IF, &newMACAddress[0]);
  // For Station Mode
  wifi_set_macaddr(STATION_IF, &newMACAddress[0]);
  
  Serial.print("[NEW] ESP8266 Board MAC Address:  ");
  Serial.println(WiFi.macAddress());
}
 
void loop(){

}

ESP-NOW单向通信(One-way communication)

一个ESP32作为发送方，另一个ESP32作为接收方

发送端的程序

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// 接收端的MAC地址
uint8_t broadcastAddress[] = {0x30, 0xAE, 0xA4, 0x07, 0x0D, 0x64};

// 发送结构体类型
typedef struct struct_message {
  char a[32];
  int b;
  float c;
  bool d;
} struct_message;

// 创建一个结构体变量
struct_message myData;

// 回调函数,函数将在发送消息时执行。此函数告诉我们信息是否成功发送;
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() {
  // 初始化串口波特率
  Serial.begin(115200);
 
  // 设置WIFI模式为STA模式，即无线终端
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  //  初始化ESP-NOW
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }

 //注册回调函数
  esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
  
  // 注册通信频道
  esp_now_peer_info_t peerInfo;
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);
  peerInfo.channel = 0;  //通道
  peerInfo.encrypt = false;//是否加密为False
         
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
}
 
void loop() {
  //设置要发送的值
  strcpy(myData.a, "THIS IS A CHAR");
  myData.b = random(1,20);
  myData.c = 1.2;
  myData.d = false;
  
  //发送信息到指定ESP32上
  esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &myData, sizeof(myData));
   
 //判断是否发送成功
  if (result == ESP_OK) {
    Serial.println("Sent with success");
  }
  else {
    Serial.println("Error sending the data");
  }
  delay(2000);
}

接收端的程序

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// 创建一个结构体接收数据
typedef struct struct_message {
    char a[32];
    int b;
    float c;
    bool d;
} struct_message;

// 创建一个结构体变量
struct_message myData;

// 回调函数,当收到消息时会调佣该函数
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() {
  // 初始化串口波特率
  Serial.begin(115200);
  
  // 设置wifi模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  // 初始化esp-now
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  //注册接收信息的回调函数
  esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
 
void loop() {

}

分别长传到两块ESP32上，打开串口监视器
发送端：

接收端:

ESP32单板间的双向通信

两块ESP32之间互相发送接收

这里我们用BME280温湿度传感器做实验，并在OLED上显示
相关库连接(前两个是关于OLED的，后两个是BME280的驱动库)：
Adafruit_GFX library
Adafruit_SSD1306 library
Adafruit_BME280_Library
Adafruit_Sensor

上传下面的代码到两块开发板上，注意MAC地址是两块板子的地址，关于如何获取板子的MAC地址，前面已经有介绍

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

#define SCREEN_WIDTH 128  // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64  // OLED display height, in pixels

// Declaration for an SSD1306 display connected to I2C (SDA, SCL pins)
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);

Adafruit_BME280 bme;

// 这里换为对方板子的MAC地址
uint8_t broadcastAddress[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};

// 定义几个浮点型变量存储BME280传感器的数值，用于发送
float temperature;
float humidity;
float pressure;

// 这里定义的变量用于接收 注意类型也是浮点型
float incomingTemp;
float incomingHum;
float incomingPres;

// 数据发送成功标志
String success;

//定义结构体
typedef struct struct_message {
    float temp;
    float hum;
    float pres;
} struct_message;

// 创建一个结构体变量 用于发送
struct_message BME280Readings;

// 创建一个结构体变量 用于接收
struct_message incomingReadings;

// 发送数据回调函数
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");
  if (status ==0){
    success = "Delivery Success :)";
  }
  else{
    success = "Delivery Fail :(";
  }
}

// 收到消息的回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len) {
  memcpy(&incomingReadings, incomingData, sizeof(incomingReadings));
  Serial.print("Bytes received: ");
  Serial.println(len);
  incomingTemp = incomingReadings.temp;
  incomingHum = incomingReadings.hum;
  incomingPres = incomingReadings.pres;
}
 
void setup() {
  // 初始化波特率
  Serial.begin(115200);

  // 初始化BME280
  bool status = bme.begin(0x76);  
  if (!status) {
    Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
    while (1);
  }

  // 初始化OLED
  if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) { 
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for(;;);
  }
 
  // 设置ESP32为STA模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  //初始化 ESP-NOW
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }

//注册发送回调函数
  esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
  
  // 注册通信频道
  esp_now_peer_info_t peerInfo;
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);
  peerInfo.channel = 0;  
  peerInfo.encrypt = false;
         
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
  //注册接收回调函数
  esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
 
void loop() {
  getReadings();
 
  // 准备发送的变量
  BME280Readings.temp = temperature;
  BME280Readings.hum = humidity;
  BME280Readings.pres = pressure;

  //发送数据
  esp_err_t result = esp_now_send(broadcastAddress, (uint8_t *) &BME280Readings, sizeof(BME280Readings));
   
  if (result == ESP_OK) {
    Serial.println("Sent with success");
  }
  else {
    Serial.println("Error sending the data");
  }
  updateDisplay();
  delay(10000);
}
//获取传感器数值
void getReadings(){
  temperature = bme.readTemperature();
  humidity = bme.readHumidity();
  pressure = (bme.readPressure() / 100.0F);
}

void updateDisplay(){
  // 收掉信息在OLED上显示
  display.clearDisplay();
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println("INCOMING READINGS");
  display.setCursor(0, 15);
  display.print("Temperature: ");
  display.print(incomingTemp);
  display.cp437(true);
  display.write(248);
  display.print("C");
  display.setCursor(0, 25);
  display.print("Humidity: ");
  display.print(incomingHum);
  display.print("%");
  display.setCursor(0, 35);
  display.print("Pressure: ");
  display.print(incomingPres);
  display.print("hPa");
  display.setCursor(0, 56);
  display.print(success);
  display.display();
  
  // 串口打印信息
  Serial.println("INCOMING READINGS");
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(incomingReadings.temp);
  Serial.println(" ºC");
  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.print(incomingReadings.hum);
  Serial.println(" %");
  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.print(incomingReadings.pres);
  Serial.println(" hPa");
  Serial.println();
}

实验效果图

一对多通信（一发多收）

一块ESP32发送，多个ESP32作为接收

同样需要先获取接收板子的Mac地址

发送端的程序:

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

/*接收端板子的Mac地址，这里为三块板子*/
uint8_t broadcastAddress1[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
uint8_t broadcastAddress2[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF };
uint8_t broadcastAddress3[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};
//用于测试的数据
typedef struct test_struct {
  int x;
  int y;
} test_struct;

test_struct test;

// 发送时的回调函数
void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
  char macStr[18];
  Serial.print("Packet to: ");
  /**串口提示向哪块板子发送**/
  snprintf(macStr, sizeof(macStr), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
           mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);
 /** 以下几句将在串口输出接收端的板子是否接收到了消息，方便调试	**/
  Serial.print(macStr);
  Serial.print(" send status:\t");
  Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" : "Delivery Fail");
}
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
 
  WiFi.mode(WIFI_STA);
 
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  //注册回到函数
  esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
   
  // 注册通信频道
  esp_now_peer_info_t peerInfo;
  peerInfo.channel = 0;  
  peerInfo.encrypt = false;
  
  //配置第一块接收接收的Mac地址
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress1, 6);
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
  // 配置第二块接收接收的Mac地址
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress2, 6);
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
  /// 配置第三块接收接收的Mac地址
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress3, 6);
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
}
 
void loop() {
	//这里使用随机数作为发送的数据
  test.x = random(0,20); 
  test.y = random(0,20);
 
 //esp_now_send()中的第一个参数为0表示向所有接收的板子发送，也是传入指定的板子地址
  esp_err_t result = esp_now_send(0, (uint8_t *) &test, sizeof(test_struct));
   
  if (result == ESP_OK) {
    Serial.println("Sent with success");
  }
  else {
    Serial.println("Error sending the data");
  }
  delay(2000);
}

接收端的程序

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

//发送的端是数据是结构体，所以这里也创建一个结构体
typedef struct test_struct {
  int x;
  int y;
} test_struct;

test_struct myData;

//收到消息时的回调函数
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("x: ");
  Serial.println(myData.x);
  Serial.print("y: ");
  Serial.println(myData.y);
  Serial.println();
}
 
void setup() {
  //初始化串口波特率
  Serial.begin(115200);
  
  //设置为WIFI_STA模式
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  //初始化ESP_NOW
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  
  // 注册接收的回调函数
  esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
 
void loop() {

}

经过本人测试，并不是每次发送所有的板子都能成功的接收到信息

一对多通信（多发一收）

一块ESP32板作为接收;多个ESP32板充当发送，本次示例程序采用3块板子作为发送
ESP32接收板接收来自所有发送方的消息，并识别发送消息的板子
还是一样,需要先获取接收板子的MAC地址

发送端的程序

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// 这里改为接收板子的MAC地址
uint8_t broadcastAddress[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};

// 还是创建一个结构体类型
typedef struct struct_message {
    int id; //注意这里的id非常重要，作为区分不同发送端板子的标
    int x;
    int y;
} struct_message;

struct_message myData;



//发送回调函数
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() {

  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  // 初始化ESP_NOW
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }

  // 注册发送回调函数
  esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
  
  // 注册通信频道
  esp_now_peer_info_t peerInfo;
  memcpy(peerInfo.peer_addr, broadcastAddress, 6);
  peerInfo.channel = 0;  
  peerInfo.encrypt = false;
      
  if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK){
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
}
 
void loop() {
  // 设置发送的数据
  myData.id = 1; //注意这里的id，每块发送的板子不能重复
  myData.x = random(0,50);
  myData.y = random(0,50);

  // 向指定MAC地址发送数据
  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(10000);
}

接收端的程序:

#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>

// 和发送端一样，这里也声明一个结构体
typedef struct struct_message {
  int id;
  int x;
  int y;
}struct_message;

struct_message myData;

//创建三个结构体变量来保存每个板上的读数
struct_message board1;
struct_message board2;
struct_message board3;

// 创建一个结构体数组
struct_message boardsStruct[3] = {board1, board2, board3};

// 接收回调函数
void OnDataRecv(const uint8_t * mac_addr, const uint8_t *incomingData, int len) {
  char macStr[18];
  Serial.print("Packet received from: ");
  snprintf(macStr, sizeof(macStr), "%02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
           mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);
  Serial.println(macStr);
  memcpy(&myData, incomingData, sizeof(myData));
  Serial.printf("Board ID %u: %u bytes\n", myData.id, len);
  // 更新数据
  boardsStruct[myData.id-1].x = myData.x;
  boardsStruct[myData.id-1].y = myData.y;
  Serial.printf("x value: %d \n", boardsStruct[myData.id-1].x);
  Serial.printf("y value: %d \n", boardsStruct[myData.id-1].y);
  Serial.println();
}
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  WiFi.mode(WIFI_STA);

  //初始化ESP_NOW
  if (esp_now_init() != ESP_OK) {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  //注册接收回调函数
  esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
 
void loop() {

  /*int board1X = boardsStruct[0].x;
  int board1Y = boardsStruct[0].y;
  int board2X = boardsStruct[1].x;
  int board2Y = boardsStruct[1].y;
  int board3X = boardsStruct[2].x;
  int board3Y = boardsStruct[2].y;*/

  delay(10000);  
}