【Arduino 动手做】通过 ESP-NOW 实现 ESP32 到 ESP32 单工通信

ESP-NOW 协议用于允许 ESP-32 控制器以单工模式进行通信。ESP-NOW是乐鑫（Espressif）开发的一种基于Wi-Fi的无线通信协议，具有以下核心特性和应用场景：

一、主要特点
无连接通信：设备无需建立传统Wi-Fi连接即可传输数据，设备配对后可直接进行点对点通信，无需握手协议，连接持续且稳定。
低延迟：端到端传输仅需3 - 10ms，协议精简，将五层OSI上层协议精简为一层，降低了延时，实现了快速响应。
高能效：相比传统Wi-Fi功耗降低80%以上，专为低功耗应用设计，适用于电池供电的设备。
安全加密：支持AES-128数据加密，基于CCMP（Counter Mode Cipher Block Chaining Message Authentication Code Protocol）加密方式保护通信安全，启用加密通信时，所有设备需共享一个主密钥（PMK），并为每个对等连接派生出一个本地主密钥（LMK），确保通信私密性。
灵活组网：支持单播、广播和组播模式，支持“一对多”和“多对多”的设备连接和控制，适用于大规模数据传输，如网络配置、固件升级和调试等场景。
兼容性好：能够与Wi-Fi和Bluetooth LE共存，支持乐鑫ESP8266、ESP32、ESP32-S和ESP32-C等多系列SoC，支持本地控制+远程控制，与路由器、热点共存。
远距离通信：可在视距500m稳定通信，部分设备射频功率最大能到20dBm（100mW），比几乎所有不带PA的2.4G模块都要强。
资源占用少：CPU、flash资源占用少，减轻了CPU和Flash负担，适合作为设备配置、调试和固件升级的辅助模块。
快速配对：支持快速且用户友好的设备配对，当某一设备突然断电之后，通电重启，会自动连接到对应节点中，实现快速通信。

二、应用场景
智能家居：如灯光/窗帘控制，可实现设备的快速响应和低功耗控制。
工业物联网：用于传感器数据采集，支持大规模设备连接和数据传输。
农业监测：构建温湿度传感器网络，实现远距离、低功耗的数据采集。
运动设备：如可穿戴设备数据同步，满足设备对低功耗和快速响应的需求。
安防系统：实现多节点报警联动，提高安防系统的响应速度和可靠性。
遥控领域：如遥控玩具小车、小飞机、机器人等，可达到毫秒级的控制延时，实现比蓝牙传输更远的控制距离。
低功耗设备：基于ESP32-C2的纽扣电池无线开关方案，无需网关就可以和ESP-NOW结合使用，反应速度灵敏，支持超长待机，且产品形态不会被电池体积限制。

三、工作原理
通信架构：基于IEEE 802.11的动作帧（Action Frame）机制，充分利用了WiFi的物理层，但绕过了繁重的网络层和传输层，直接在数据链路层上实现设备间的简单高效通信。在物理层，完全依赖WiFi的无线电技术来传输数据，使用2.4GHz频段（与标准WiFi相同），采用OFDM或DSSS调制方式，具体取决于设置的数据速率；在数据链路层，使用WiFi标准中的供应商特定动作帧（Vendor Specific Action Frame）进行通信。
数据帧结构：ESP-NOW的数据帧结构有其特定设计，ESP-NOW库已处理相关复杂细节，用户只需知道它允许ESP设备在不建立完整WiFi连接的情况下，直接基于MAC地址进行通信。
工作流程：
初始化Wi-Fi和ESP-NOW。
注册对端设备（Peer）。
设置发送/接收回调函数。
执行数据传输。
处理确认和重传。

四、代码实现示例
以下是一个简单的ESP-NOW通信示例代码框架：
发送端代码：包含头文件、定义接收端MAC地址、数据结构、回调函数声明，在初始化设置中进行串口初始化、WiFi模式设置、ESP-NOW初始化、注册发送回调函数、对端设备配置和添加等操作，在主循环中准备数据并发送。
接收端代码：包含头文件、定义与发送端完全一致的数据结构、接收回调函数，在初始化设置中进行串口初始化、WiFi模式设置、ESP-NOW初始化、注册接收回调函数等操作，主循环通常为空，数据通过回调处理。

发射机代码

//ESP-NOW: Transmitter
//Ref: Random Nerd Tutorials https://randomnerdtutorials.com
//-----------------------------------------------------------
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
//-------------------------------------------------------------------------------------
uint8_t RxMACaddress[] = {0x7C, 0x9E, 0xBD, 0xF5, 0xBE, 0x30};
//-------------------------------------------------------------------------------------
typedef struct TxStruct
{
  int potVal;
}TxStruct;
TxStruct sentData;
//-------------------------------------------------------------------------------------
void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) //callback function
{
  Serial.print("\r\nLast Packet Send Status:\t");
  Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "Delivery Success" : "Delivery Fail");
}
//======================================================================================
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  //------------------------------------------------------------------------------------
  if(esp_now_init() != ESP_OK)
  {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  esp_now_peer_info_t peerInfo;
  memcpy(peerInfo.peer_addr, RxMACaddress, 6);
  peerInfo.channel = 0;  
  peerInfo.encrypt = false;
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  if(esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK)
  {
    Serial.println("Failed to add peer");
    return;
  }
}
//======================================================================================
void loop()
{
  sentData.potVal = analogRead(A0);
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  esp_err_t result = esp_now_send(RxMACaddress, (uint8_t *) &sentData, sizeof(sentData));
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  if (result == ESP_OK) Serial.println("Sent with success");
  else Serial.println("Error sending the data");
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  delay(500);
}
复制代码

接收机代码

//-----------------------------------------------------------
//ESP-NOW: Receiver
//Ref: Random Nerd Tutorials https://randomnerdtutorials.com
//-----------------------------------------------------------
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
//-------------------------------------------------------------------------------------
Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);
//-------------------------------------------------------------------------------------
typedef struct RxStruct
{
  int potVal;
}RxStruct;
RxStruct receivedData;
//-------------------------------------------------------------------------------------
void OnDataRecv(const uint8_t * mac, const uint8_t *incomingData, int len)
{
  memcpy(&receivedData, incomingData, sizeof(receivedData));
}
//======================================================================================
void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) 
  {
    Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));
    for (;;); // Don't proceed, loop forever
  }
  display.clearDisplay();
  //-------------------------------------------------------------------------------------
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  if (esp_now_init() != ESP_OK)
  {
    Serial.println("Error initializing ESP-NOW");
    return;
  }
  esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}
//======================================================================================
void loop()
{
  display.setTextColor(WHITE); display.clearDisplay();
  display.setTextSize(2); display.setCursor(20,0); display.print("ESP-NOW");
  display.setCursor(10,18); display.print("POT Value");
  display.setTextSize(3); display.setCursor(25,42); display.print(receivedData.potVal);
  display.display();
}
复制代码

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项目作者：Anas Kuzechie

项目视频 ：https://www.youtube.com/watch?v=GzugxHEzB0g
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