【PowerMeter2020】ESP-NOWの通信速度速い4msecOKだった＜BTやXbeeより良い＞

5月 1, 2020
dj1711572002

ESP-NOWで無線データ通信とマイコン間のタイミング同期ができるか検証測定してます。
前回は、母艦マイコン(M5StackBasic）からクランクマイコン(M5StickC)へ同期信号の
遅延時間を測定して1msec以内なのを確認したので、今回は、クランクデータ通信速度を測定してみた。今までXbeeで4msecはエラー0.5～1%もあってダメだった経緯があります。今回ＥＳＰ－ＮＯＷを試してみて、ここ数年間XbeeやBlueToothを使ってきて速度が遅い双方向通信がやりにくいなど不便さがあったのですが、それが一挙に解決されました。2020年からは、データ無線通信はESP-NOWがメインになるかもしれません。
※２０２１年７月追記　１年後、ＥＳＰ－ＮＯＷは１パケット250byteの制限があるので大容量高速通信に制限があるので、
現在シリアル460800bpsで通信しているMovingBase Base-Rover間で無線化ができないためUDPを使う検討をはじめました。
 UDPめちゃ速いですが、データ落ちに対する補償手段がないので、信頼性確認が重要です。特にアンテナと環境が大事な感じですので、M5シリーズだとアンテナが内部で小さいので、ESP32-Wroom32のように大きな外だしアンテナがついてるほうが信頼性が高いです。

【M5】WiFi UDPを初めていじってみた＜めっちゃ速い＞

 

 

●速度実験測定
■方法:

 クランクマイコンをM5StickCとして、送信します。
受信マイコンはM5StackBasicとして、1秒毎に同期信号をM5StickCへ送信します。
　Data0:バイナリ整数4Byte=同期トリガーからのデータ番号
    Data1:バイナリ整数4Byte=指定周期で回したmillis()値
※Data0は、同期信号を受信した瞬間にゼロリセットされます。
※無線通信データは短縮化するためにバイナリにして送信することにしました。

連続送信30分ログして、指定周期　8msecと4msecの場合で周期データの欠落個数の％を測定した。

■結果：
①M5Stickの送信データ99.99%以上はＯＫだった。
➁M5Stackの受信データ99.97%程度ＯＫだった。

「Ｘｂｅｅでは4msecを送信すると0.5%程度データ落ちが発生していたが、ESP-NOWだと一桁少なく0.03%程度しかデータ落ちしない。」

●ロードバイクパワーメーター用の無線システムが簡単になります。
ＥＳＰ－ＮＯＷの実験結果より、パワーメーター２０１９で開発していた
Ｘｂｅｅと外付けＴＣＸＯを使ったクランクデータ波形精度測定システムより
簡単でシンプルで精度がよいシステムの可能性がでてきました。
今までのアルゴリズムは、1つのＣＰＵで、絶対時間精度をだしてサンプリングして
無線でデータ落ちしない速度で送信ログするシステムでしたが、
ＥＳＰ－ＮＯＷでは、絶対時間精度は、求めずにクランクの1回転毎に全ＣＰＵの
同期をとることで、1回転内のわずかな時間誤差だけで、トルク波形の位相が管理する
というアルゴリズムにすることによって、大幅のクランクマイコンのデバイスを減らす
ことができる見込みを得ました。

 


●以後
　ESP-NOWの制限として250byte以内と近距離無線があるが
　ロードバイク用の無線方式としては、十分足りるので、
　M5Stickを2個体制にして、M5Stack母艦で2個からデータ受信
　できるか実験する準備をします。さらに、
　ＥＳＰ－ＮＯＷでロードバイクのクランクに実装して、実走行での実力を
　調べてみることにする。

 

※使ったプログラム備忘録
参考にさせていただいたプログラムはLang-Ship様のここです。
①クランク用M5Stick　ＥＳＰ－ＮＯＷテストプログラム

//=======================Crank_ESP_Now_M5Stick_rev01=========================================================
// M5StickC Crank Toruque Measuremnet System
// 2020.4.30 Shinshu-Makers
//
//=====================================================================================================
#include <M5StickC.h>
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>
//********************Genaral Parameters************************************************************
int j=0;
int pushN=0;
int value0,value1;
uint8_t ti,ti_1;
int RTC_Pin=0;//GP0
int NTP_Pin=26;//GP26
int t;
int goZero=0;
int sTime=0;
uint8_t data[8];
//+++++++++++++++i_to_char+++++++++++++++++
// i=IntegerValueData,*d=Array pointer, n=Array start No
void i_to_char(int i,uint8_t *d, int n)
{
t=millis();
d[n] = i & 0x000000ff;
d[n+1] = (i & 0x0000ff00) >> 8;
d[n+2] = (i & 0x00ff0000) >> 16;
d[n+3] = (i & 0xff000000) >> 24;
}
//++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
//=====================================ESP NOW Sub ================================================
esp_now_peer_info_t slave;// 送信コールバック
void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
char macStr[18];
snprintf(macStr, sizeof(macStr), “%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X”,
mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);}// 受信コールバック
void OnDataRecv(const uint8_t *mac_addr, const uint8_t *data, int data_len)
{
char macStr[18];
pushN++;
//Serial.print(“*************Push********************”);
//Serial.println(pushN);
j=0;//reset Data couter}
//============================================ESP-NOW Sub end==========================================================================================
void setup() {
M5.begin();
M5.Lcd.fillScreen(BLACK);
M5.Lcd.setRotation(3);
M5.Lcd.print(“ESP-NOW Test\n”);
// Ext Signal Pin
pinMode(RTC_Pin, OUTPUT);
pinMode(NTP_Pin, OUTPUT);
// ESP-NOW初期化
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.disconnect();
if (esp_now_init() == ESP_OK) {
Serial.println(“ESPNow Init Success”);
M5.Lcd.print(“ESPNow Init Success\n”);
} else {
Serial.println(“ESPNow Init Failed”);
M5.Lcd.print(“ESPNow Init Failed\n”);
ESP.restart();
}// マルチキャスト用Slave登録
memset(&slave, 0, sizeof(slave));
for (int i = 0; i < 6; ++i) {
slave.peer_addr[i] = (uint8_t)0xff;
}
esp_err_t addStatus = esp_now_add_peer(&slave);
if (addStatus == ESP_OK) {
// Pair success
//Serial.println(“Pair success”);
}// ESP-NOWコールバック登録
esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
}

void ESP_error(esp_err_t result)
{
Serial.print(“Send Status: “);
if (result == ESP_OK) {
Serial.println(“Success”);
} else if (result == ESP_ERR_ESPNOW_NOT_INIT) {
Serial.println(“ESPNOW not Init.”);
} else if (result == ESP_ERR_ESPNOW_ARG) {
Serial.println(“Invalid Argument”);
} else if (result == ESP_ERR_ESPNOW_INTERNAL) {
Serial.println(“Internal Error”);
} else if (result == ESP_ERR_ESPNOW_NO_MEM) {
Serial.println(“ESP_ERR_ESPNOW_NO_MEM”);
} else if (result == ESP_ERR_ESPNOW_NOT_FOUND) {
Serial.println(“Peer not found.”);
} else {
Serial.println(“Not sure what happened”);
}

}
//============================================ESP-NOW END=========================================
void loop() {

M5.update();
j++;

t=millis();
//Serial.println(t);

// if( pushN%2==1 )// 8msec data send
// {
digitalWrite(NTP_Pin,0);

i_to_char(j,data,0);
i_to_char(t,data,4);
value0=data[0]+data[1]*256+data[2]*256*256+data[3]*256*256*256;
value1=data[4]+data[5]*256+data[6]*256*256+data[7]*256*256*256;

Serial.print(value0);
Serial.print(“,”);
Serial.println(value1);

esp_err_t result = esp_now_send(slave.peer_addr, data, sizeof(data));
//ESP_error(result);
digitalWrite(NTP_Pin,1);
// }
delay(4);
}


➁母艦M5Stack用プログラム

//=======================Crank_ESP_Now_M5Stack_Send_Rcv_rev01=========================================================
// M5StickC Crank Toruque Measuremnet System
// 2020.4.30 Shinshu-Makers
//
//=====================================================================================================#include <M5Stack.h>
#include <esp_now.h>
#include <WiFi.h>esp_now_peer_info_t slave;
int value=0;
int j=0;
int ti,ti_1;
int RTC_Pin=25;//GP0
int NTP_Pin=26;//GP26
// 送信コールバック
void OnDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
char macStr[18];
snprintf(macStr, sizeof(macStr), “%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X”,
mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);
//Serial.print(“Last Packet Sent to: “);
//Serial.println(macStr);
//Serial.print(“Last Packet Send Status: “);
//Serial.println(status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? “Delivery Success” : “Delivery Fail”);}// 受信コールバック
void OnDataRecv(const uint8_t *mac_addr, const uint8_t *data, int data_len) {
char macStr[18];
digitalWrite(NTP_Pin,0);
snprintf(macStr, sizeof(macStr), “%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X”,
mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);value=data[0]+data[1]*256+data[2]*256*256+data[3]*256*256;
Serial.print(value);
Serial.print(“, “);
value=data[4]+data[5]*256+data[6]*256*256+data[7]*256*256;
Serial.print(value);
//}
Serial.println(“”);
digitalWrite(NTP_Pin,1);
}void setup() {
M5.begin();
M5.Lcd.fillScreen(BLACK);
M5.Lcd.setRotation(3);
M5.Lcd.print(“ESP-NOW Test\n”);
// Ext Signal Pin
pinMode(RTC_Pin, OUTPUT);
pinMode(NTP_Pin, OUTPUT);
// ESP-NOW初期化
WiFi.mode(WIFI_STA);
WiFi.disconnect();
if (esp_now_init() == ESP_OK) {
Serial.println(“ESPNow Init Success”);
M5.Lcd.print(“ESPNow Init Success\n”);
} else {
Serial.println(“ESPNow Init Failed”);
M5.Lcd.print(“ESPNow Init Failed\n”);
ESP.restart();
}

// マルチキャスト用Slave登録
memset(&slave, 0, sizeof(slave));
for (int i = 0; i < 6; ++i) {
slave.peer_addr[i] = (uint8_t)0xff;
}
esp_err_t addStatus = esp_now_add_peer(&slave);
if (addStatus == ESP_OK) {
// Pair success
Serial.println(“Pair success”);
}

// ESP-NOWコールバック登録
esp_now_register_send_cb(OnDataSent);
esp_now_register_recv_cb(OnDataRecv);
ti_1=0;
}

void loop() {

M5.update();
j++;

ti=millis();
// ボタンを押したら送信
//if ( M5.BtnA.wasPressed() ) {
//Serial.println(ti-ti_1);
if(ti-ti_1>1000)
{
ti_1=ti;
digitalWrite(RTC_Pin,0);
uint8_t data[2] = {j, ti};
esp_err_t result = esp_now_send(slave.peer_addr, data, sizeof(data));
Serial.print(ti);

delay(2);
digitalWrite(RTC_Pin,1);
}

}

 

 

 

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