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如何利用ESP-NOW 技术实现高效物联网通信
2024-10-28
物联网应用急促发展, 市场需要一种高效、低成本的解决方案, 本期将为你详细探讨ESP-NOW技术在物联网应用中的应用,包括其技术特点、适用场景以及如何利用它实现多设备之间的高效无线通讯。
本系列第三集，依然是我们的老朋友DFRobot 高级工程师夏青（Rockets Xia）给大家讲解。
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主讲嘉宾：
夏青（Rockets Xia），DFRobot高级工程师，蘑菇云创客空间共同创始人
夏青经常活跃于国内外创客社区。从2008起开始致力推广创客文化，促进创客运动在中国的发展，2010年与中国创客教父李大维等打造国内首个创客空间"新车间"。2013年在DFRobot和浦软集团的支持下建设蘑菇云创客空间。作为蘑菇云创客空间共同创始人，经常鼓励和推动社区创客项目的推进。作为DFRobot高级工程师，积极致力于推动人工智能、物联网等先进技术在创客及创客教育领域的落地和推广。
本期首先介绍了ESP-NOW，这是一种由乐鑫公司定义的无连接WiFi通信协议，类似于低功耗的2.4GHz无线连接。ESP-NOW在通信前需要对设备进行配对，配对完成后连接是安全、点对点且持久的，适合于多设备的低功耗低延迟数据传输。但同时也与传统WiFi不同，ESP-NOW不需要路由器或接入点，而是通过设备MAC地址进行识别和通讯。
（图片来源：DFRobot）
接下来，我们来看一看由 DFRobot 提供的Beetle ESP32-C3。它不仅支持 ESP-NOW 通信，还具备低功耗和小尺寸的优势。
（图片来源：DFRobot）
Beetle ESP32-C3 在仅有硬币大小的体积上，引出了多达 13 个 I/O 口，同时主控板还集成锂电池充电管理功能，可以直接连接锂电池，不需要外围模块。
（图片来源：DFRobot）
（图片来源：DFRobot）
Beetle ESP32-C3 配套的扩展板在未增加太大体积的情况下，引出了更多的接口，在制作项目时焊接更加方便。板载的GDI显示屏接口，解决使用屏幕时的接线烦恼。Beetle ESP32-C3 支持Wi-Fi和Bluetooth 5 (LE)双模通讯，并且拥有详细的示例教程，通过教程可以轻松地使用控制器的无线功能，连接物联网平台。
（图片来源：DFRobot）
DFRobot 的 Beetle 系列开发板以其小巧且功能强大的设计着称，非常适合空间有限的项目。无论在性能还是灵活性方面，相信它们都能够完美满足大家的需求。
接下来介绍基于Beetle ESP32-C3开发板的运动按钮项目。Beetle ESP32-C3具有小尺寸、低功耗、支持WiFi和蓝牙等优点, 非常适合该项目。项目包括4个运动按钮、WS2812灯带、蜂鸣器等组件，通过ESP-NOW实现设备间的同步和交互。项目设计了3种游戏模式: 打地鼠、接力和击鼓传花, 可以用于多人游戏或智能家居控制等应用场景。
（图片来源：DFRobot）
（图片来源：DFRobot）
（图片来源：DFRobot）
硬件组装完成后，进入编程环节。首先我们将使用 Arduino IDE 来编写和上传代码。如果你习惯使用其他编程环境，也可以选择自己熟悉的工具和代码。选取 Arduino 中的 ESP-NOW 的示例代码，我们来看看 ESP-NOW 的能力到底怎么样。
（图片来源：DFRobot）
上传烧录以后我们就可以看到，发射和接收信息的延时是 2~4 ms 左右，单向传播的延时约为 2 ms 左右，相当于 1/100 秒，速度非常快。
（图片来源：DFRobot）
确保每个设备都能正常识别和通信后，接下来就可以进入下一步的功能实现。为了方便大家理解，这里用脑图的方式将程序结构做了梳理，供大家参考。
（图片来源：DFRobot）
现在和大家简单说下游戏规则的设置。在现有的程序里预设了三个模式，可以用短按来选择，长按 3 秒来确认选择。需要切换的时候，随时可以用长按来进入菜单。
模式 1 是打地鼠模式，这个模式下，我们的程序会随机在 4 个运动按钮上出现红色的信号，需要在最短时间内按下，才能获得成绩。
（图片来源：DFRobot）
模式 2 是接力模式，在这个模式下，每按一次运动按钮上出现绿色按钮，下一个运动按钮就会变成另外一个颜色，也就是说你需要依次按动按钮，这个时候就是接力模式。
（图片来源：DFRobot）
模式 3 是击鼓传花模式，进入此模式时 4 个按钮依次循环亮蓝灯，按下带屏幕的主按钮，此时亮蓝灯的那个按钮，就是被选中的“天之骄钮”了。
（图片来源：DFRobot）
在这个项目中，按钮的状态将通过 ESP-NOW 实时同步到所有设备，LED 和蜂鸣器会根据按钮状态作出相应的反馈。此外，此项目还可以展示不同的游戏模式，比如多人对战或合作模式，让大家看到这个项目在实际应用中的各种可能性和互动方式。
运动按钮项目不仅可以用于简单的游戏和互动，还可以扩展到其他领域，比如智能家居控制器、物联网项目等。欢迎大家发挥创意，探索 ESP-NOW 和 DFRobot 开发板的更多可能性。无论是改进现有项目，还是开发新的应用，这些技术都能为你带来无限的创作空间。
这就是本期的所有内容啦，感谢大家观看，希望大家可以从中获得有用的信息和灵感。下一期我们会进一步介绍 ESP32 另外一个高阶玩法，《ESP32在边缘计算使用 tinyML 项目的应用》，欢迎大家关注。
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