FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统
本帖最后由 HonestQiao 于 2023-9-7 10:18 编辑在官方的 DFROBOT FireBeetle 2 ESP32-S3 Board进阶教程 中，提供了ESP-NOW数据传输 的教程。ESP-NOW是乐鑫开发的终端数据传输、无连接的快速通讯技术，适用于智能灯、遥控控制、传感器数据回传等场景。
通过ESP-NOW，多个ESP32设备之间，可以进行直接进项相互连接，而不依赖于WiFi等其他外部设备。
一、概要
这篇分享，选用了以下的3款有代表性的ESP32开发板，组成一个自组网灯控系统：
上图中的三块开办板分别为：
[*]最左边的，是咱们的主角，FireBeetle 2 Board ESP32-S3(N16R8)开发板(带摄像头)，作为主控设备接入系统
[*]中间的，某友商CORE-ESP32S3开发板，有两个灯，可以用于交替闪烁，作为从设备1接入系统
[*]最右边的，是乐鑫官方的ESP32-C3-DevKitM-1，板载的是WS2812B灯，可以变换颜色，作为从设备2接入系统
要实现这个自组网灯控系统，需要完成的基本功能如下：
[*]设备可以自动发现
[*]设备自动发现以后，可以自动连接通信
[*]以上功能不依赖于其他设备；当然，开发的时候还是需要。
在这篇分享里面，设备自动发现，使用了蓝牙来实现。
[*]当从设备启动后，会自动设置自身的蓝牙广播名称，短名称为LIGHT_GROUP_????，最后的????，根据设备自身蓝牙硬件地址前4位来设置，长名称为LIGHT_GROUP_????，最后的????，根据设备自身WiFi硬件地址来设置
[*]当主设备启动后，会自动扫描周边的蓝牙设备，发现LIGHT_GROUP_开头的设备，就会自动连接上去套近乎。
[*]从设备收到主设备的连接信息后，就自动停止蓝牙广播，并开启ESP-NOW接受，等待主设备发送控制指令。
ESP-NOW相互之间发送数据，需要发送方知道接收方的WiFi硬件地址地址，而通过上述的蓝牙扫描过程，能够自动获得从设备的WiFi硬件地址，从而供ESP-NOW通信使用。
如果是近距离的自组网，可以直接使用蓝牙。但蓝牙毕竟通信距离有限，ESP-NOW在没有阻碍环境中，轻松达到100米以上的通信距离，使用场景会扩展很多。
二、实现环境
这篇分享的自组网灯控系统，基于circuitpython环境来完成。只要是安装circuitpython的ESP32，都可以接入这个自组网灯控系统。
circuitpython的官方为：CircuitPython，它是micropython的一个分支。
要使用蓝牙功能，还需要安装adafruit_ble模块，可以从 Libraries (circuitpython.org) 下载了，解压其中的 adafruit_ble 模块文件放到开发板的 /lib/ 目录中。
如果是要驱动板载WS2812B，则还需要 neopixel 模块，同样从上述 Libraries 中解压了放到开发板上。
三、实现代码
主控 DFROBOT FireBeetle 2 ESP32-S3 Board 代码：espnow_light_group_master.py：
from adafruit_ble import BLERadio
from adafruit_ble.advertising import Advertisement
from adafruit_ble.advertising.standard import ProvideServicesAdvertisement
import binascii
import time
import espnow
import board
import digitalio
ble = BLERadio()
print("scanning")
found = set()
scan_responses = set()
peers = set()
scan_times = 0
while True:
scan_times += 1
if scan_times>3:
break
print("scan_times: %d" % scan_times)
for advertisement in ble.start_scan(ProvideServicesAdvertisement, Advertisement, timeout=3):
# 检查scan_response是否以LIGHT_GROUP开头
if not advertisement.complete_name:
continue
elif not advertisement.complete_name.startswith("LIGHT_GROUP"):
continue
#dir(advertisement.complete_name)
#print(advertisement.complete_name)
#print(advertisement.complete_name.startswith("LIGHT_GROUP"))
# break
# 检查scan_responses 或者 addr 是否已经扫描过
addr = advertisement.address
if advertisement.scan_response and addr not in scan_responses:
scan_responses.add(addr)
elif not advertisement.scan_response and addr not in found:
found.add(addr)
else:
continue
# 输出相关信息
dir(advertisement)
print(addr, advertisement, advertisement.scan_response)
print("\t" + repr(advertisement))
print("\t" + repr(advertisement.scan_response))
print()
# 连接然后断开
conn = ble.connect(advertisement)
while not conn.connected:
pass
conn.disconnect()
peers.add(binascii.unhexlify(advertisement.complete_name))
time.sleep(1)
print("scan done")
time.sleep(1)
led = digitalio.DigitalInOut(board.GPIO21)
led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
e = espnow.ESPNow()
for peer_mac in peers:
print("peer_mac add:", , ["%02X" % i for i in peer_mac], peer_mac)
peer = espnow.Peer(mac=peer_mac)
e.peers.append(peer)
count = 0
while True:
print("espnow send: %d" % count)
e.send("data: %d" % count)
if count%2:
led.value = True
else:
led.value = False
time.sleep(1)
count+=1
上述代码中，核心就是通过 ble.start_scan(ProvideServicesAdvertisement, Advertisement, timeout=3) 扫描蓝牙设备，然后检查 返回蓝牙设备信息中的complete_name，是不是以LIGHT_GROUP开头，如果是的，就会记录下来对应的信息，表示用于通信的设备。
扫描完成后，就开始通过ESP-NOW发送数据【data: 发送次数】
从设备会根据发送次数，来确定点灯闪烁的顺序，或者WS2812B颜色切换的顺序。
DFROBOT FireBeetle 2 ESP32-S3 Board开发板上的板载LED，连接到了GPIO21：
所以上述代码中，这个LED作为领头的灯，其他从设备跟着它起舞。
从设备1代码：espnow_light_group_receiver.py【板载普通LED设备】
from adafruit_ble import BLERadio
from adafruit_ble.advertising import Advertisement
import wifi
import time
import espnow
import board
import digitalio
ble = BLERadio()
mac_addr = wifi.radio.mac_address
ble_addr = ble.address_bytes
print("mac_addr: ", , ["%02X" % i for i in mac_addr])
print("ble_addr:", , ["%02X" % i for i in ble_addr])
ble_name = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in ble_addr])
ble_name_full = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in mac_addr])
scan_response = b""
print(ble_name)
print(repr(scan_response))
advertisement = Advertisement()
advertisement.complete_name = ble_name_full
advertisement.name = ble_name
#advertisement.short_name = ble_name
advertisement.connectable = True
while True:
print(advertisement, scan_response)
ble.start_advertising(advertisement, scan_response=scan_response)
if True:
while not ble.connected:
pass
print("connected")
while ble.connected:
pass
print("disconnected")
ble.stop_advertising()
break
LED_AB = hasattr(board, 'LEDA') and hasattr(board, 'LEDB')
if LED_AB:
leda = digitalio.DigitalInOut(board.LEDA)
leda.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
ledb = digitalio.DigitalInOut(board.LEDB)
ledb.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
else:
led = digitalio.DigitalInOut(board.LED)
led.direction = digitalio.Direction.OUTPUT
e = espnow.ESPNow()
while True:
if e:
packet = e.read()
print(packet)
data = packet.msg.decode()
if data.startswith("data: "):
val = int(data)
if val %2 :
if LED_AB:
leda.value = True
ledb.value = False
else:
led.value = True
else:
if LED_AB:
leda.value = False
ledb.value = True
else:
led = False
else:
pass
在上述代码中，首先开启自身蓝牙广播，然后等待蓝牙连接。
一旦有蓝牙连接，就停止蓝牙广播，转入ESP-NOW接收状态。
CORE-ESP32S3开发板有两个LED，所以上述代码中，会自动根据LED的情况进行设置。
如果是单LED的设备，就跟主设备一样，亮灭亮灭闪烁。
如果是有LEDA、LEDB，则会交替闪烁。
因此，上述代码，不只是用于CORE-ESP32S3开发板，其他型号的也可以，通用的。
从设备2代码：espnow_light_group_receiver_ws2812b.py【板载WS2812B设备】
from adafruit_ble import BLERadio
from adafruit_ble.advertising import Advertisement
import wifi
import time
import espnow
import board
import digitalio
import neopixel
ble = BLERadio()
mac_addr = wifi.radio.mac_address
ble_addr = ble.address_bytes
print("mac_addr: ", , ["%02X" % i for i in mac_addr])
print("ble_addr:", , ["%02X" % i for i in ble_addr])
ble_name = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in ble_addr])
ble_name_full = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in mac_addr])
scan_response = b""
print(ble_name)
print(repr(scan_response))
advertisement = Advertisement()
advertisement.complete_name = ble_name_full
advertisement.name = ble_name
#advertisement.short_name = ble_name
advertisement.connectable = True
while True:
print(advertisement, scan_response)
ble.start_advertising(advertisement, scan_response=scan_response)
if True:
while not ble.connected:
pass
print("connected")
while ble.connected:
pass
print("disconnected")
ble.stop_advertising()
break
# WS2812B设置
pixel = neopixel.NeoPixel(board.NEOPIXEL, 1)
# 亮度
pixel.brightness = 0.5
colors = [
"red", (255, 0, 0),
"green", (0, 255, 0),
"blue", (0, 0, 255),
"cyan", (0, 255, 255),
"purple", (255, 0, 255),
"yellow", (255, 255, 0),
"white", (255, 255, 255),
"black", (0, 0, 0),
]
color_num = int(len(colors)/2) - 1
black_index = int(len(colors)/2)-1
color_index = 0
e = espnow.ESPNow()
while True:
if e:
packet = e.read()
print(packet)
data = packet.msg.decode()
if data.startswith("data: "):
val = int(data)
run_index = 0
if val % 2 == 1:
run_index = color_index*2
color_index += 1
if color_index>=color_num:
color_index = 0
else:
run_index = black_index*2
print("colors[%d] is %s" % (run_index, colors), colors)
pixel.fill(colors)
else:
pass
上述代码的逻辑，和板载普通LED设备类似，就是LED控制改成了WS2812B控制，自动切换颜色。注意，驱动WS2812B需要neopixel lib文件。
在上述三部分代码中，灯控的部分，只是做了简单的处理，以便演示。
在实际使用中，可以根据实际需要，进行具体逻辑的设计。
将上述代码文件，以及需要的lib文件，到开发板上，就可以准备运行了。
四、运行效果：
为了观察运行状态，使用了串口工具连接三个开发板进行控制。
实际调试完成后，可以放到circuitpython的启动脚本中，开机自动运行。
上图中，最上面的为主设备，下面的为从设备。
DFROBOT FireBeetle 2 ESP32-S3 Board的固件，用了类似的YD-ESP32-S3的，可以通用，有空了我再定制一个。
然后，先依次运行从设备的代码：
可以看到，输出了蓝牙和wifi设备硬件地址，以及对应的蓝牙广播名称。
然后再运行主设备的代码：
运行后，自动扫描到了从设备，并进行连接。
扫描完毕后，开始ESP-NPW数据发送。
从设备上面，也输出了连接和连接关闭的日志，以及接收到ESP-NOW数据的信息。
然后，我们可以看三个开发板上的板载LED，已经同步起舞了：
https://www.bilibili.com/video/BV1K8411B7nS/?share_source=copy_web&vd_source=dd3afa784d4f6118125640815885322b
五、总结
这篇分享，只是对蓝牙和ESP-NOW的一点小小应用。
在自组网灯控系统的代码中，直接暴露了WiFi硬件地址，实际使用中，可以通过蓝牙scan_responses信息，来返回经过加密的WiFi硬件地址信息，提高安全性。
前面也说过，灯控的部分，只是做了简单的处理，以便演示。在实际使用中，可以根据实际需要，进行具体逻辑的设计。
另外，在实际使用时，可以使用锂电池供电，从而可以方便进行现场具体环境的布置，达到刚好的效果。
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