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[ESP8266/ESP32] 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。

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图1

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图1

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：
FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图2

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图2

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[12:]))

    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:", [hex(i) for i in peer_mac], ["%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


复制代码

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：
FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图3

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图3

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: ", [hex(i) for i in mac_addr], ["%02X" % i for i in mac_addr])
print("ble_addr:", [hex(i) for i in ble_addr], ["%02X" % i for i in ble_addr])

ble_name = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in ble_addr[0:3]])
ble_name_full = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in mac_addr[0:]])
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[6:])
            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





复制代码

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: ", [hex(i) for i in mac_addr], ["%02X" % i for i in mac_addr])
print("ble_addr:", [hex(i) for i in ble_addr], ["%02X" % i for i in ble_addr])

ble_name = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in ble_addr[0:3]])
ble_name_full = "LIGHT_GROUP_%s" % "".join(["%02X" % i for i in mac_addr[0:]])
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[6:])
            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[run_index]), colors[run_index+1])
            pixel.fill(colors[run_index+1])
    else:
        pass





复制代码

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。
FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图4

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图4

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：
FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图5

FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图5

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：
FireBeetle 2 ESP32-S3：基于蓝牙和ESP-NOW的自组网灯控系统图6

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：

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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