在不使用手机 SDK 的情况下，您可以使用 ESP32-C3 实现 BLE Mesh Provisioner 的功能

标签：err ESP UART esp mesh BLE Mesh Provisioner C3

您好！

您希望将之前的内容整合在一起，设计一个基于 ESP32-C3 实现 BLE Mesh Provisioner 的详细示例代码，且不依赖手机 SDK，全程由 ESP32-C3 完成配置和控制，并提供通过串口或按键的用户交互界面。我将为您提供尽可能详细的设计和完整的代码。

项目概述

BLE Mesh 是一种基于蓝牙低功耗（BLE）的网状网络协议，允许设备之间形成自组织、自愈合的网络。Provisioner（配置器） 是 BLE Mesh 网络中的关键角色，负责将未配置的节点添加到网络中，分配地址和密钥。

本项目旨在使用 ESP32-C3 作为 BLE Mesh Provisioner，不依赖手机或其他设备，全程由 ESP32-C3 完成所有配置和控制。用户可以通过串口或按键与设备交互，实现对网络的管理。

1. 环境准备

硬件设备：
- ESP32-C3 开发板
- 其他支持 BLE Mesh 的设备（作为节点）
- 按键和 LED（如果开发板上未集成，可以自行连接）
软件工具：
- ESP-IDF（建议使用 v4.4 或以上版本，支持 ESP32-C3）
- ESP-IDF 工具链（包含编译器、调试器等）
- 串口调试工具（如 PuTTY、minicom 等）
必要的驱动：
- 安装 USB 串口驱动，以便电脑识别开发板

2. 项目创建

设置 ESP-IDF 环境：

确保已正确安装和配置 ESP-IDF。可以通过以下命令检查版本：
```
idf.py --version
```
创建项目目录：

在工作空间创建一个新的项目目录：
```
mkdir -p ~/esp/ble_mesh_provisioner
cd ~/esp/ble_mesh_provisioner
```

创建项目：

使用 ESP-IDF 提供的模板创建新项目：

idf.py create-project my_ble_mesh_provisioner
cd my_ble_mesh_provisioner

配置项目：

在项目目录下运行：
```
idf.py menuconfig
```
- 导航到 Bluetooth 配置：
```
Component config --->
  Bluetooth --->
    Bluetooth mesh support
```
  - 启用 BLE Mesh：
    - 勾选 Enable Bluetooth Mesh
  - 设置设备角色：
    - 将 Device Role 设置为 Provisioner
- 启用 UART 串口：
  
  确保串口配置正确，波特率设置为 115200（或根据需要调整）。

3. 代码实现

下面将详细介绍主要代码的实现，包括每个部分的功能和解释。

3.1 头文件和宏定义

// main.c

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"

#include "esp_system.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_err.h"

#include "driver/uart.h"
#include "driver/gpio.h"

#include "esp_bt.h"
#include "esp_bt_main.h"

#include "esp_ble_mesh_common_api.h"
#include "esp_ble_mesh_defs.h"
#include "esp_ble_mesh_provisioning_api.h"
#include "esp_ble_mesh_config_model_api.h"

#define TAG "BLE_MESH_PROVISIONER"

// UART 配置
#define UART_NUM            UART_NUM_0
#define UART_TX_PIN         GPIO_NUM_1
#define UART_RX_PIN         GPIO_NUM_3
#define UART_BAUD_RATE      115200
#define UART_BUF_SIZE       256

// 按键和 LED 配置
#define BUTTON_GPIO         GPIO_NUM_9
#define LED_GPIO            GPIO_NUM_10

包含必要的头文件：
- FreeRTOS、ESP 系统相关头文件
- UART 和 GPIO 驱动
- 蓝牙和 BLE Mesh API
定义日志标签和硬件配置宏：
- TAG：用于日志输出时标识模块
- UART 和 GPIO 的引脚和参数

3.2 全局变量

/* 定义 Provisioner 的组成元素 */
static esp_ble_mesh_prov_t provisioner_prov = {
    .prov_uuid = {0x32, 0x10}, // Provisioner 的 UUID，可以自行定义
    // 其他配置项可以根据需要添加
};

/* 定义配置客户端模型 */
static esp_ble_mesh_client_t config_client;

/* 定义元素和模型 */
ESP_BLE_MESH_MODEL_PUB_DEFINE(config_client_pub, 16, ROLE_PROVISIONER);

static esp_ble_mesh_model_t root_models[] = {
    ESP_BLE_MESH_MODEL_CFG_CLI(&config_client_pub, &config_client),
};

static esp_ble_mesh_elem_t elements[] = {
    ESP_BLE_MESH_ELEMENT(0, root_models, ESP_BLE_MESH_MODEL_NONE),
};

static esp_ble_mesh_comp_t composition = {
    .cid = 0xFFFF, // 公司 ID，0xFFFF 表示未定义
    .elements = elements,
    .element_count = ARRAY_SIZE(elements),
};

/* UART 事件队列句柄 */
static QueueHandle_t uart_queue;

/* Provisioned 节点列表 */
typedef struct {
    uint16_t unicast_addr;
    uint8_t  dev_uuid[16];
} node_info_t;

#define MAX_NODES 10
static node_info_t nodes[MAX_NODES];
static uint8_t node_count = 0;

Provisioner 配置：
- esp_ble_mesh_prov_t 结构体包含了配置器的配置信息，如 UUID。
配置客户端模型：
- esp_ble_mesh_client_t 用于处理模型的客户端操作。
- config_client_pub 是模型的发布上下文。
模型和元素：
- root_models 定义了根元素的模型，这里添加了配置客户端模型。
- elements 定义了设备的元素列表。
设备组成（Composition）：
- composition 包含了设备的公司 ID、元素等信息。
UART 事件队列和节点信息：
- uart_queue：用于接收 UART 事件。
- nodes：存储已配置的节点信息。

3.3 用户交互接口

在这里插入图片描述

3.3.1 串口交互

/* UART 初始化 */
static void uart_init(void)
{
    const uart_config_t uart_config = {
        .baud_rate = UART_BAUD_RATE,
        .data_bits = UART_DATA_8_BITS,
        .parity    = UART_PARITY_DISABLE,
        .stop_bits = UART_STOP_BITS_1,
        .flow_ctrl = UART_HW_FLOWCTRL_DISABLE,
    };

    uart_param_config(UART_NUM, &uart_config);
    uart_set_pin(UART_NUM, UART_TX_PIN, UART_RX_PIN, UART_PIN_NO_CHANGE, UART_PIN_NO_CHANGE);
    uart_driver_install(UART_NUM, UART_BUF_SIZE * 2, UART_BUF_SIZE * 2, 20, &uart_queue, 0);
}

/* UART 事件处理任务 */
static void uart_task(void *arg)
{
    uart_event_t event;
    uint8_t data[UART_BUF_SIZE];

    while (1) {
        if (xQueueReceive(uart_queue, &event, portMAX_DELAY)) {
            switch (event.type) {
                case UART_DATA:
                    memset(data, 0, UART_BUF_SIZE);
                    int len = uart_read_bytes(UART_NUM, data, event.size, portMAX_DELAY);
                    if (len > 0) {
                        data[len] = '\0';
                        ESP_LOGI(TAG, "Received command: %s", data);
                        // 解析命令并执行相应操作
                        if (strcmp((char *)data, "scan\n") == 0) {
                            // 开始扫描未配置节点
                            esp_ble_mesh_provisioner_prov_enable(BLE_MESH_PROV_ADV | BLE_MESH_PROV_GATT);
                            ESP_LOGI(TAG, "Start scanning unprovisioned devices");
                        } else if (strcmp((char *)data, "list\n") == 0) {
                            // 列出已配置节点
                            for (int i = 0; i < node_count; i++) {
                                ESP_LOGI(TAG, "Node %d: Unicast Addr: 0x%04x", i, nodes[i].unicast_addr);
                            }
                        } else {
                            ESP_LOGW(TAG, "Unknown command");
                        }
                    }
                    break;
                default:
                    break;
            }
        }
    }
    vTaskDelete(NULL);
}

UART 初始化：
- 配置 UART 参数，安装 UART 驱动，并创建事件队列。
UART 任务：
- 等待 UART 事件队列中的事件。
- 当接收到数据时，读取并解析命令，执行相应的操作。
支持的命令示例：
- scan：开始扫描未配置的设备。
- list：列出已配置的节点。

3.3.2 按键处理

/* 按键中断服务程序 */
static void IRAM_ATTR button_isr_handler(void* arg)
{
    // 通知主任务执行相应操作，例如开始扫描
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    xQueueSendFromISR(uart_queue, &gpio_num, &xHigherPriorityTaskWoken);
    if (xHigherPriorityTaskWoken) {
        portYIELD_FROM_ISR();
    }
}

/* GPIO 初始化 */
static void gpio_init(void)
{
    gpio_config_t io_conf = {};
    // 配置按键引脚
    io_conf.intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE;
    io_conf.mode = GPIO_MODE_INPUT;
    io_conf.pin_bit_mask = (1ULL << BUTTON_GPIO);
    io_conf.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE;
    gpio_config(&io_conf);

    // 安装 GPIO 中断服务程序
    gpio_install_isr_service(0);
    gpio_isr_handler_add(BUTTON_GPIO, button_isr_handler, (void*) BUTTON_GPIO);

    // 配置 LED 引脚
    gpio_set_direction(LED_GPIO, GPIO_MODE_OUTPUT);
}

按键中断处理：
- 配置按键引脚为输入模式，设置下降沿中断。
- 安装中断服务程序，在中断中通知主任务执行操作。
GPIO 初始化：
- 初始化按键和 LED 引脚。

3.4 回调函数

/* 配置客户端模型回调函数 */
static void config_client_cb(esp_ble_mesh_cfg_client_cb_event_t event,
                             esp_ble_mesh_cfg_client_cb_param_t *param)
{
    // 处理配置客户端模型事件
    // 根据需要添加代码
}

/* BLE Mesh 事件回调函数 */
static void ble_mesh_provisioning_cb(esp_ble_mesh_prov_cb_event_t event,
                                     esp_ble_mesh_prov_cb_param_t *param)
{
    switch (event) {
    case ESP_BLE_MESH_PROV_REGISTER_COMP_EVT:
        ESP_LOGI(TAG, "Provisioner registered");
        break;
    case ESP_BLE_MESH_PROV_UNPROV_DEV_ADV_PKT_EVT:
        ESP_LOGI(TAG, "Unprovisioned device found, UUID:");
        esp_log_buffer_hex(TAG, param->unprov_dev_adv_pkt.dev_uuid, 16);

        // 自动将发现的设备添加到网络
        esp_ble_mesh_unprov_dev_add_t add_dev = {};
        memcpy(add_dev.addr, param->unprov_dev_adv_pkt.addr, 6);
        add_dev.addr_type = param->unprov_dev_adv_pkt.addr_type;
        memcpy(add_dev.uuid, param->unprov_dev_adv_pkt.dev_uuid, 16);
        esp_ble_mesh_provisioner_add_unprov_dev(&add_dev, ADD_DEV_RM_AFTER_PROV);

        break;
    case ESP_BLE_MESH_PROV_PROVISIONER_PROV_COMPLETE_EVT:
        ESP_LOGI(TAG, "Provisioning complete, Node Unicast Addr: 0x%04x", param->provisioner_prov_complete.addr);
        // 保存节点信息
        if (node_count < MAX_NODES) {
            nodes[node_count].unicast_addr = param->provisioner_prov_complete.addr;
            memcpy(nodes[node_count].dev_uuid, param->provisioner_prov_complete.dev_uuid, 16);
            node_count++;
        } else {
            ESP_LOGW(TAG, "Node list is full");
        }
        break;
    default:
        break;
    }
}

配置客户端模型回调：
- 处理配置客户端模型的事件。
BLE Mesh 配置器回调：
- ESP_BLE_MESH_PROV_UNPROV_DEV_ADV_PKT_EVT：发现未配置的设备，自动添加到网络。
- ESP_BLE_MESH_PROV_PROVISIONER_PROV_COMPLETE_EVT：配置完成，保存节点信息。

3.5 初始化函数

/* 初始化蓝牙和 BLE Mesh */
static esp_err_t ble_mesh_init(void)
{
    esp_err_t err;

    /* 初始化 NVS */
    err = nvs_flash_init();
    if (err == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || err == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND) {
        ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
        err = nvs_flash_init();
    }
    ESP_ERROR_CHECK(err);

    /* 初始化蓝牙控制器 */
    esp_bt_controller_config_t bt_cfg = BT_CONTROLLER_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    err = esp_bt_controller_init(&bt_cfg);
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Bluetooth controller init failed");
        return err;
    }

    err = esp_bt_controller_enable(ESP_BT_MODE_BLE);
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Bluetooth controller enable failed");
        return err;
    }

    /* 初始化 Bluedroid 栈 */
    err = esp_bluedroid_init();
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Bluedroid stack init failed");
        return err;
    }

    err = esp_bluedroid_enable();
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Bluedroid stack enable failed");
        return err;
    }

    /* 注册回调函数 */
    esp_ble_mesh_register_prov_callback(ble_mesh_provisioning_cb);
    esp_ble_mesh_register_config_client_callback(config_client_cb);

    /* 初始化 Mesh 栈 */
    esp_ble_mesh_init_param_t init_param = {
        .prov = &provisioner_prov,
        .comp = &composition,
    };

    err = esp_ble_mesh_init(&init_param);
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "BLE Mesh init failed");
        return err;
    }

    /* 设置设备为 Provisioner */
    err = esp_ble_mesh_provisioner_set_dev_uuid(provisioner_prov.prov_uuid, 16);
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Set device UUID failed");
        return err;
    }

    /* 分配地址池 */
    err = esp_ble_mesh_provisioner_set_node_name(0x0005, "Node1");
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "Set node name failed");
        return err;
    }

    ESP_LOGI(TAG, "BLE Mesh Provisioner initialized");

    return ESP_OK;
}

蓝牙和 BLE Mesh 初始化：
- 初始化 NVS、蓝牙控制器、Bluedroid 栈。
- 注册回调函数。
- 初始化 BLE Mesh 协议栈，设置设备为 Provisioner。

3.6 `app_main` 函数

void app_main(void)
{
    esp_err_t err;

    /* 初始化 UART */
    uart_init();

    /* 初始化 GPIO */
    gpio_init();

    /* 初始化 BLE Mesh */
    err = ble_mesh_init();
    if (err) {
        ESP_LOGE(TAG, "BLE Mesh init failed");
        return;
    }

    /* 创建 UART 任务 */
    xTaskCreate(uart_task, "uart_task", 4096, NULL, 10, NULL);

    ESP_LOGI(TAG, "ESP32-C3 BLE Mesh Provisioner started");

    /* 主循环 */
    while (1) {
        // 可添加其他逻辑，例如 LED 指示
        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));
    }
}

初始化 UART、GPIO 和 BLE Mesh：
- 调用各自的初始化函数。
创建 UART 任务：
- 创建用于处理 UART 事件的任务。
主循环：
- 在循环中可以添加其他逻辑，例如 LED 指示。

4. 编译和烧录

配置项目：

在项目目录下，运行以下命令进入菜单配置：
```
idf.py menuconfig
```
- 导航到 Bluetooth 配置：
```
Component config --->
  Bluetooth --->
    Bluetooth mesh support
```
  - 启用 BLE Mesh：
    - 勾选 Enable Bluetooth Mesh
  - 设置设备角色：
    - 将 Device Role 设置为 Provisioner
- 其他配置：
  - 根据需要调整日志等级、串口波特率等。
编译项目：
```
idf.py build
```
烧录固件：
```
idf.py -p /dev/ttyUSB0 flash
```
- 将 /dev/ttyUSB0 替换为实际的串口端口。
监控日志：
```
idf.py -p /dev/ttyUSB0 monitor
```

5. 测试与验证

启动 ESP32-C3：
- 上电或复位 ESP32-C3 开发板，观察串口日志，确认 BLE Mesh 初始化成功。
通过串口与设备交互：
- 使用串口调试工具连接到 ESP32-C3，设置波特率为 115200。
- 输入命令 scan，设备将开始扫描未配置的节点。
- 在串口日志中，可以看到发现的未配置设备信息。
准备待配置的节点设备：
- 将其他支持 BLE Mesh 的设备设置为未配置状态，等待被配置。
观察配置过程：
- ESP32-C3 将自动将发现的设备添加到网络中，完成配置。
- 在串口日志中，您应该能够看到类似以下的输出：
```
I (10000) BLE_MESH_PROVISIONER: Provisioning complete, Node Unicast Addr: 0x0005
```
列出已配置节点：
- 在串口输入命令 list，可以查看已配置的节点列表。
通过按键触发操作（可选）：
- 按下按键，触发扫描或其他预设操作。

6. 注意事项

兼容性：
- 确保节点设备支持标准的 BLE Mesh 协议，以实现互操作性。
OOB 认证：
- 如果节点设备使用 OOB（Out-of-Band）认证，需要在配置器代码中处理相应的逻辑。
日志等级：
- 在 menuconfig 中调整日志等级为 Info 或 Debug，以获取更详细的调试信息。
安全性：
- 正确管理网络密钥、应用密钥和设备密钥，确保网络通信的安全。
资源管理：
- 注意任务的堆栈大小和内存使用，避免内存泄漏和溢出。

7. 总结

通过上述步骤，您已经成功地设计并实现了一个基于 ESP32-C3 的 BLE Mesh Provisioner，不依赖手机 SDK，全程由 ESP32-C3 完成配置和控制。用户可以通过串口或按键与设备交互，实现对网络的管理。

扩展功能：

添加对节点的控制：
- 实现对节点的具体控制，如开关灯等，需要在配置器中添加相应的模型支持。
丰富用户界面：
- 使用 OLED 显示屏 或 网页服务器，提供更友好的用户界面。
数据持久化：
- 将已配置节点的信息保存到 NVS 中，断电重启后能够继续管理网络。

参考资料：

如果您在实现过程中遇到任何问题，或者需要进一步的帮助，请随时告诉我！

标签：err,ESP,UART,esp,mesh,BLE,Mesh,Provisioner,C3
From： https://blog.csdn.net/qq_41126242/article/details/144037222

在不使用手机 SDK 的情况下，您可以使用 ESP32-C3 实现 BLE Mesh Provisioner 的功能

项目概述

目录

1. 环境准备

2. 项目创建

3. 代码实现

3.1 头文件和宏定义

3.2 全局变量

3.3 用户交互接口

3.3.1 串口交互

3.3.2 按键处理

3.4 回调函数

3.5 初始化函数

3.6 `app_main` 函数

4. 编译和烧录

5. 测试与验证

6. 注意事项

7. 总结

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3.2 全局变量

3.3 用户交互接口

3.3.1 串口交互

3.3.2 按键处理

3.4 回调函数

3.5 初始化函数

3.6 app_main 函数

4. 编译和烧录

5. 测试与验证

6. 注意事项

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3.6 `app_main` 函数