代码收藏家技术教程 2023-02-24

分享三个例程：使用ESP32做一个实时语音对讲机，MQTT协议实现公网对讲，ESP32-CAM 上传图像数据到网络。并附上例程链接。

分享三个例程：使用ESP32做一个实时语音对讲机，MQTT协议实现公网对讲，ESP32-CAM 上传图像数据到网络。并附上例程链接。可以比对着看来学习NOW,MQTT使用方法。想办法把图像和语音代码融合在一起，实现声音和图像同步传输。

一：使用ESP32做一个实时语音对讲机

2022-08-05 C/C++编程,ESP32/ESP8266 4 条评论 3311 次阅读
最近突发奇想，制作一个数字式的音频通信系统，顺便学习一下I2S与ESP-NOW协议

刚开始查阅资料，发现油管上的已经有人做过了，但是使用的C++，并用了数据流的处理流程，比较晦涩难懂，代码量也很大，属于是炫技的作品，我这篇文章使用C重新写一遍，并且代码量大大降低，也很容易理解，let’s get started！

上一篇博客中已经详细讲解了I2S通信协议，在ESP32中有两个硬件I2S，我们可以通过简单的配置使用它

ESP-NOW是乐鑫的私有协议，相比于传统的七层协议，ESP-NOW只保留了物理层与数据连接层，在其之上封装了ESP-NOW协议，但是这个协议是不开源的，意味着我们看不到这个协议的源码，只能使用封装出来的接口。

使用的硬件：
麦克风：INMP441
功放：MAX98357
主控：ESP32*2
按键与指示灯：板载

使用的软件：
Arduino IDE
ESP32扩展包 2.0.4(最新)

编程思路：
发送：初始化I2S采集后，数据会源源不断的存放在DMAbuf中，按下按键，将数据取出，转换成需要的格式，最终转换成8bit数据发送出去。
接受：在ESP-NOW接受回调函数中，将接收到的数据重新转换为16位，发送到I2S中的DMA去。注意，在没有接收到消息的是否，需清空dambuf，要不然会重复播放上一帧的音频，发出很大的噪音。
数据流向：I2S采集->原始32bit->16bit->8bit->esp-now发送->接收到数据8bit->转换为16bit->I2S播放

具体配置：
麦克风采集配置

const i2s_config_t rec_i2s_config = {
.mode = i2s_mode_t(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_RX),
.sample_rate = SAMPLE_RATE,
.bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_32BIT,
.channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_ONLY_RIGHT,
.communication_format = i2s_comm_format_t(I2S_COMM_FORMAT_I2S| I2S_COMM_FORMAT_I2S_MSB),
.intr_alloc_flags = ESP_INTR_FLAG_LEVEL1,
.dma_buf_count = 2,
.dma_buf_len = 256,
}
扬声器采集配置：

const i2s_config_t spk_i2s_config = {
.mode = (i2s_mode_t)(I2S_MODE_MASTER | I2S_MODE_TX),
.sample_rate = SAMPLE_RATE,
.bits_per_sample = I2S_BITS_PER_SAMPLE_16BIT,
.channel_format = I2S_CHANNEL_FMT_RIGHT_LEFT, //2-channels
.communication_format =(i2s_comm_format_t)(I2S_COMM_FORMAT_I2S),
.intr_alloc_flags = 0,
.dma_buf_count = 2,
.dma_buf_len = 256,
};
其中，dambuf的两个参数的设定比较有讲究，可以点击这里学习。

硬件连接：
INMP441：
BCK —>>>IO4
WS —>>>IO15
data—>>>IO13

MAX98357:
BCK —>>>IO26
WS —>>>IO22
data—>>>IO25

开源github链接：https://gitlab.ifengyu.com/tianshuaikang/esp32-audio-communication

二：MQTT协议实现公网对讲

使用MQTT做一个公网对讲机

上一篇博客中，使用ESP32与ESP-NOW协议做了一个短距离对讲机（https://www.bilibili.com/video/BV1qT411L7WX），发布了一个视频在B站。

评论区中，很多B友希望可以实现无限距离对讲，这样的话需要服务器转发，刚开始我想使用python写一个TCP或者UDP的转发功能，但是考虑到很多小白没有公网服务器，并且也不会使用python，于是我想到了互联网中的MQTT协议，MQTT协议天生为转发而生；MQTT协议是TCP协议的应用，是一个基于客户端-服务器的消息发布/订阅传输协议，MQTT使用的发布/订阅消息模式，提供了一对多的消息分发机制，从而实现与应用程序的解耦。这是一种消息传递模式，消息不是直接从发送器发送到接收器（即点对点），而是由MQTT server（或称为 MQTT Broker）分发的。

我曾经也有一篇文章简单的叙述了MQTT的工作原理与搭建过程（怎样在自己的电脑上搭建MQTT），MQTT可以运行在几乎所有的设备上，例如公网服务器（Linux、Windows系统等）、树莓派、局域网电脑等，当然，如果MQTT服务运行在局域网中，那就只能实现局域网的消息转发。如果你没有公网服务器，可以使用我的MQTT地址，我的MQTT服务器将会免费开放到2025年。我使用的MQTT Broker为EMQ免费开源版，并且修改了cfg文件，将速率与可接入设备限制调高。

如果你只想实现无限对讲，不想关注MQTT，那就看下面的代码吧，代码git链接放在文章最后！

首先需要在Arduino中安装pubsubclient库，这个库是可以运行在ESP上的MQTT库，源码也非常简单，非常值得学习。
代码上基于上个视频的硬件与代码，硬件连接完全相同，软件只进行了通信协议的修改。（重点：）代码中需要修改的只有两个地方，第一个地方是WIFI账号与密码（2.4G），第二个地方是修改角色，发送端或者接收端，具体位于AudioMqtt.h中的SENDER宏定义，你需要将该项设置为1，编译烧录给带有麦克风的设备，再将该项设置为0，编译烧录给带有扬声器的设备。烧录给两个设备，按下发射端的板载按钮说话，你应该就可以听到扬声器中你的声音了。

我们已经了解了MQTT协议的工作原理，我们也可以在电脑上写一段python脚本订阅发布的音频数据并且播放出来，python需要的库为paho-mqtt与pyaudio，代码也在git中，是audiotest.py。

git地址：https://gitlab.ifengyu.com/tianshuaikang/esp32audiomqtt

三：ESP32-CAM 上传图像数据到网络

ESP32-CAM上传图像数据到Python上位机

预防踩坑放在前面：目前安信可官方版的CAM模块已经停售，库存货比较贵，市面上的都是仿制的，质量良莠不齐，给开发带来了很多困扰，经过实际测试，发现山寨货主要有以下几个坑：
1、发热严重，不加散热片长时间运行几乎到了烫手的地步，加上散热片也不会好很多
2、在分辨率大于640*480后，信号变得异常的差，丢包严重，但如果用手捏着天线，数据传输又会稳定很多
第二个原因上网查原因可能是山寨CAM天线附近包了一层地，那么如何避免踩坑？
目前网上的山寨CAM主要有以下两种，位于卡槽右下角的电阻，一种是四个电阻，另一种是六个电阻，建议买四个电阻的（官方板是四个电阻），效果比六个电阻的好很多。

强烈建议外置天线，视频信号穿墙也不是问题，使用外置天线需要修改一个电阻，将原来的电阻拆掉，一坨锡搞过来，买个天线装上就可以了

烧录接线：
一句话讲明白下载：IO0为低电平，复位后为程序下载模式，IO0为高电平，复位后为程序运行模式，所以要进入下载模式，按照这样接线
USB-TTL——-ESP32CAM
TX————UOR
RX————UOT
5V————5V
GND———–GND
GND———–IO0
按下小小的复位按钮，就进入下载模式，可以用Arduino烧录程序
下载完成后，将IO0上的线拔掉，复位后就可以运行程序了

程序原理：
初始化ov2640，设定引脚、速率、图片像素、图像格式等参数，另外，板载的SRAM可以设定更大的像素
重点：为什么使用jpeg的图片格式？jpeg是图片的一种有损压缩格式，我们使用网络传输可以节省很多带宽，提升帧率，举个例子，一张320*240像素的图像原始大小为15.36KB,压缩后可能只有2KB。而且OV2640可以直接输出jpeg格式的图片，不用处理器压缩占用时间

我们使用arduino上封装好的库，可以直接获取图片数组，因为ESP32 UDP每个包最大只有1460字节，因此还需要分包发送，我将图片分为1400个字节+1字节的索引，索引代表这个图片的第几个包，如果为0XFF代表这长图片传输完成了，分包代码如下：

uint8_t *P_temp = fb->buf;                            //暂存指针初始位置
int pic_length = fb->len;                             //获取图片字节数量
int pic_pack_quantity = pic_length / max_packet_byte; //将图片分包时可以分几个整包
int remine_byte = pic_length % max_packet_byte;       //余值,即最后一个包的大小
for (int j = 0; j < pic_pack_quantity; j++) //发送图片信息,这是按分包循环发送,每一次循环发送一个包
{
    sendImgAray(fb->buf, max_packet_byte,j); //将图片分包发送
    fb->buf+=max_packet_byte; //图片内存指针移动到相应位置
}
sendImgAray(fb->buf, remine_byte,0xFF); //发送最后一个包，剩余的数据

python上位机：
python上位机用UDP协议，修改为当前机器的IP地址和端口号，接受数据后通过判断数据最后一位确定图片是否传输完成，将接收到的数组转换成opencv的img图像，图像就显示出来了，可以通过w、s按钮调整灯光亮度。如果没有图像数据，整个界面是卡死的状态。

代码开源地址：https://gitlab.ifengyu.com/tianshuaikang/espcam2pc.git