ESP-NOW 通訊協定完整教學：ESP32 無需 Router 的點對點通訊

什麼是 ESP-NOW？

ESP-NOW 是 Espressif 開發的專有無線通訊協定，基於 IEEE 802.11 PHY 層（即 WiFi 的底層），但不需要傳統的 WiFi 路由器或 AP。它讓 ESP32 裝置之間可以直接點對點（P2P）通訊，延遲極低（~2 ms），非常適合 IoT 感測器網路和遙控器應用。

傳統 WiFi 通訊需要先連線到 Router/AP 才能交換資料，而 ESP-NOW 的運作方式更像「無線 UART」——發送端直接把資料「丟」給接收端，不需要建立連線。

ESP-NOW vs 其他通訊方式

從上表可以看出，ESP-NOW 在延遲和功耗上有顯著優勢，但 Payload 限制（最大 250 bytes）和節點數量限制（最多 20 個）是其主要限制。

ESP-NOW 封包格式

ESP-NOW 基於 WiFi 802.11 的底層封包，但進行了簡化：

• Preamble：802.11 標準前導碼（8 bytes）
• MAC DA：目標裝置 MAC 位址（6 bytes）
• MAC SA：來源裝置 MAC 位址（6 bytes）
• Type：封包類型（2 bytes，標記為 ESP-NOW）
• Payload：自訂資料內容，最大 250 bytes
• FCS：Frame Check Sequence，CRC 校驗（4 bytes）

Payload 雖然只有 250 bytes，但對於感測器資料（溫度、濕度、氣壓等 float 值通常 4~8 bytes）來說已經綽綽有餘。

配對與資料傳輸流程

ESP-NOW 的配對流程很簡單：

1. 廣播：發送端廣播自己的存在（或直接指定目標 MAC）
2. 配對：接收端回應配對請求，建立 Peer 關係
3. 傳輸：配對完成後，雙方可直接雙向傳送資料
4. ACK：每個封包都會回傳 ACK 確認

重傳機制

ESP-NOW 內建重傳機制（最多 7 次），若發送失敗會自動重傳。如果 WiFi 通道干擾嚴重，還可以切換通道（Channel）重試。

WiFi + ESP-NOW 共存

ESP-NOW 底層使用的是 WiFi 的 PHY，因此理論上不能同時運作。但 ESP32 可以在 WiFi Station/AP 模式和 ESP-NOW 之間快速切換，達到「分時共存」的效果：

典型的做法是：

• 大部分時間 ESP-NOW 用於低延遲資料傳輸
• 每隔一段時間切換到 WiFi 模式，將感測器資料上傳到雲端
• 切換完成後回到 ESP-NOW 模式

ESP-NOW 實作：一對一通訊

// ESP-NOW 一對一通訊 - 發送端 (Sender)
#include 
#include 

// 接收端 MAC 位址 (請換成你的接收端 MAC)
uint8_t receiverMac[] = {0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF};

// 要傳送的資料結構
typedef struct sensor_data {
    float temperature;
    float humidity;
    float pressure;
    uint32_t reading_id;
} sensor_data_t;

sensor_data_t myData;

// 發送完成回呼
void onDataSent(const uint8_t *mac_addr, esp_now_send_status_t status) {
    Serial.printf("發送狀態: %s\n",
                  status == ESP_NOW_SEND_SUCCESS ? "✅ 成功" : "❌ 失敗");
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);

    // 設定 WiFi 為 Station 模式（必要）
    WiFi.mode(WIFI_STA);

    // 初始化 ESP-NOW
    if (esp_now_init() != ESP_OK) {
        Serial.println("ESP-NOW 初始化失敗");
        return;
    }

    // 註冊發送回呼
    esp_now_register_send_cb(onDataSent);

    // 註冊 Peer
    esp_now_peer_info_t peerInfo = {};
    memcpy(peerInfo.peer_addr, receiverMac, 6);
    peerInfo.channel = 0;
    peerInfo.encrypt = false;

    if (esp_now_add_peer(&peerInfo) != ESP_OK) {
        Serial.println("新增 Peer 失敗");
        return;
    }

    myData.reading_id = 0;
}

void loop() {
    // 模擬感測器資料
    myData.temperature = 25.0 + random(-50, 50) / 10.0;
    myData.humidity    = 60.0 + random(-100, 100) / 10.0;
    myData.pressure    = 1013.25 + random(-50, 50) / 10.0;
    myData.reading_id++;

    // 發送資料
    esp_err_t result = esp_now_send(receiverMac, (uint8_t*) &myData, sizeof(myData));

    Serial.printf("發送 #%lu: %.1f°C %.1f%% %.1fhPa\n",
                  myData.reading_id,
                  myData.temperature, myData.humidity, myData.pressure);

    delay(5000);  // 每 5 秒發送一次
}

// ESP-NOW 一對一通訊 - 接收端 (Receiver)
#include 
#include 

typedef struct sensor_data {
    float temperature;
    float humidity;
    float pressure;
    uint32_t reading_id;
} sensor_data_t;

sensor_data_t incomingData;

// 接收回呼
void onDataRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *incomingData_bytes, int len) {
    memcpy(&incomingData, incomingData_bytes, sizeof(incomingData));
    Serial.printf("收到 #%lu: %.1f°C %.1f%% %.1fhPa (len=%d)\n",
                  incomingData.reading_id,
                  incomingData.temperature,
                  incomingData.humidity,
                  incomingData.pressure, len);
}

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    WiFi.mode(WIFI_STA);

    if (esp_now_init() != ESP_OK) {
        Serial.println("ESP-NOW 初始化失敗");
        return;
    }

    esp_now_register_recv_cb(onDataRecv);
}

void loop() {
    // 接收端不需要做任何事，靠回呼驅動
    delay(1000);
}

ESP-NOW 實作：一對多廣播

如果需要同時與多個 ESP32 通訊，可以註冊多個 Peer：

// ESP-NOW 一對多廣播
// 註冊多個接收端
esp_now_peer_info_t peerInfo;

// Peer 1: 感測器節點 A
uint8_t macA[] = {0x24, 0x62, 0xAB, 0xF4, 0x12, 0x34};
memcpy(peerInfo.peer_addr, macA, 6);
peerInfo.channel = 0;
peerInfo.encrypt = false;
esp_now_add_peer(&peerInfo);

// Peer 2: 感測器節點 B
uint8_t macB[] = {0x24, 0x62, 0xAB, 0xF4, 0x56, 0x78};
memcpy(peerInfo.peer_addr, macB, 6);
esp_now_add_peer(&peerInfo);

// 發送給特定節點
esp_now_send(macA, (uint8_t*) &data, sizeof(data));

// 或廣播給所有 Peer（MAC 全 FF）
esp_now_send(broadcastMac, (uint8_t*) &data, sizeof(data));

ESP-NOW + Deep Sleep 低功耗感測器

ESP-NOW 最強大的應用之一是低功耗感測器節點。配合 Deep Sleep 模式，一顆 18650 鋰電池可以運行數月：

// ESP-NOW + Deep Sleep 低功耗感測器節點
#include 
#include 
#include 

// RTC 記憶體（Deep Sleep 後仍保留）
RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0;

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    bootCount++;
    Serial.printf("開機次數: %d\n", bootCount);

    // 初始化 WiFi（短暫喚醒）
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    esp_now_init();

    // 註冊 Peer（閘道器 MAC）
    uint8_t gatewayMac[] = {0x24, 0x62, 0xAB, 0xF4, 0xAA, 0xBB};
    esp_now_peer_info_t peerInfo = {};
    memcpy(peerInfo.peer_addr, gatewayMac, 6);
    esp_now_add_peer(&peerInfo);

    // 讀取感測器 + 發送資料
    float temp = 25.3;  // 實際應讀取 DS18B20 等
    float hum  = 60.5;
    esp_now_send(gatewayMac, (uint8_t*) &temp, sizeof(temp));

    // 進入 Deep Sleep（10 分鐘後喚醒）
    Serial.println("進入 Deep Sleep...");
    esp_deep_sleep(600 * 1000000ULL);  // 10 分鐘 (µs)
}

void loop() {
    // 不會執行到這裡
}

獲取 MAC 位址

要使用 ESP-NOW，需要知道對方的 MAC 位址。每塊 ESP32 的 MAC 位址都不同：

// 獲取本機 MAC 位址
#include 

void setup() {
    Serial.begin(115200);
    WiFi.mode(WIFI_STA);
    Serial.print("本機 MAC: ");
    Serial.println(WiFi.macAddress());
}

void loop() {}

網路拓樸

ESP-NOW 支援多種網路拓樸：

• 一對一：遙控器 → 裝置
• 一對多：閘道器收集多個感測器資料
• 多對一：多個控制器控制單一裝置
• 網狀：透過中繼節點擴展範圍（需自行實作路由）

ESP-NOW 限制與注意事項

結合其他通訊協定

ESP-NOW 常與其他通訊協定搭配，形成完整的 IoT 架構：

// 感測器節點 → ESP-NOW → 閘道器 → MQTT → 雲端
// 區域網路：ESP-NOW（低延遲、低功耗）
// 廣域網路：MQTT（透過閘道器轉發到 Internet）

// 閘道器程式碼片段
void onEspNowRecv(const uint8_t *mac, const uint8_t *data, int len) {
    // 收到感測器資料
    float temp;
    memcpy(&temp, data, sizeof(temp));

    // 透過 MQTT 轉發到雲端
    client.publish("sensor/temperature", String(temp).c_str());

    // 記錄到 LittleFS（可參考 SPIFFS/LittleFS 文章）
    logToFile(mac, temp);
}

更多關於 MQTT 的細節，請參考 ESP32 MQTT 實戰教學。

總結

ESP-NOW 是 ESP32 生態中最被低估的通訊協定之一。它提供：

• 超低延遲：~2 ms，比 MQTT 快兩個數量級
• 無需基礎設施：不依賴 WiFi Router
• 低功耗：搭配 Deep Sleep 可運行數月
• 簡單直觀：API 只有 init / add_peer / send / 回呼

對於不需要連上 Internet 的區域 IoT 網路（如智慧農業、感測器陣列、遙控系統），ESP-NOW 是最佳選擇。