用 mDNS 实现逆变器与电表的自动通信

在工业物联网和智能家居场景中，我们经常会遇到这样的问题：同一局域网内的两个设备（比如逆变器和电表）想要通信，但彼此不知道对方的 IP 地址。手动配置 IP 既繁琐又容易出错，而传统的 DNS 服务又依赖于服务器，无法满足零配置的需求。

这时候，**mDNS（Multicast Domain Name System，多播域名系统）** 就成了我们的最佳选择。它是一种零配置网络协议，能让设备在局域网内自动发现彼此，无需手动配置 IP 或依赖 DNS 服务器。

本文将结合实际项目场景，详细介绍 mDNS 的原理、实现方式，以及如何在 ESP32 平台上进行代码开发，最终实现逆变器自动发现并连接电表的功能。

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一、场景与问题

我们的场景非常典型：

• 电表：作为数据采集端，需要将电力数据（电压、电流、功率等）上报。
• 逆变器：作为控制端，需要从电表获取数据进行逻辑处理。
• 网络环境：两者连接到同一个 WiFi 局域网。

核心痛点：

1. 逆变器不知道电表的 IP 地址，无法建立连接。
2. 手动配置 IP 地址在大规模部署时效率低下，且容易出错。
3. 希望实现 "上电即通" 的零配置体验。

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二、mDNS 是什么？

mDNS，全称多播域名系统，是一种零配置网络协议。它的核心作用是在局域网内实现设备的自动发现和域名解析。

简单来说，mDNS 让设备可以：

1. 给自己起个名字 ：比如 meter.local，并向局域网内的所有设备广播这个名字和对应的 IP 地址。
2. 通过名字找人：当其他设备（如逆变器）需要和它通信时，只需要喊出这个名字，就能自动获取到它的 IP 地址。

mDNS 的工作流程分为两个阶段：

1. 注册阶段（服务端 / 电表侧）

• 设备（电表）启动时，向局域网的 mDNS 多播地址（224.0.0.251:5353）发送一个 "声明报文"，宣布自己的主机名（如 meter.local）和 IP 地址。
• 如果需要发布服务（如自动发现），设备还会注册服务类型（如 _meter._tcp），并在报文中包含服务的端口、IP 等信息。
• 局域网内的其他设备会缓存这些信息，以便后续快速解析。

2. 发现阶段（客户端 / 逆变器侧）

• 当客户端（逆变器）需要访问 meter.local 时，会向局域网多播发送一个 "查询报文"："谁是 meter.local？请告诉我你的 IP 地址。"
• 拥有 meter.local 主机名的设备（电表）收到查询后，会单播响应自己的 IP 地址。
• 如果客户端查询的是服务类型（如 _meter._tcp），电表会响应服务的详细信息（IP、端口、设备名称等），客户端即可自动连接。

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三、基础实现：注册主机名，实现 "ping 通域名"

这是最基础的 mDNS 应用，也是我们项目中 "顾永盛" 提到的 "没有做服务，就是单独的域名" 的场景。

1. 电表端代码（注册名字）

电表启动后，先连接 WiFi，然后注册 mDNS 主机名 meter.local。这样，局域网内的任何设备都可以通过 ping meter.local 来获取它的 IP 地址。

c

运行

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "mdns.h"

// WiFi名称和密码（和逆变器连同一个）
#define WIFI_SSID      "你的WiFi名称"
#define WIFI_PASS      "你的WiFi密码"
static const char *TAG = "电表-基础版";

// 初始化mDNS：给电表起固定名字 meter.local
static void start_mdns_service(void)
{
    // 初始化mDNS
    mdns_init();
    // 核心：设置主机名 → 域名就是 meter.local
    mdns_hostname_set("meter");
    ESP_LOGI(TAG, "电表mDNS启动完成，域名：meter.local");
}

// WiFi连接（标准代码）
static void wifi_event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void* event_data) {
    if (event_id == WIFI_EVENT_STA_START) esp_wifi_connect();
    if (event_id == WIFI_EVENT_STA_CONNECTED) ESP_LOGI(TAG, "WiFi连接成功");
}

static void wifi_init(void) {
    ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
    esp_netif_create_default_wifi_sta();

    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));

    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, wifi_event_handler, NULL, NULL));
    wifi_config_t wifi_cfg = {
        .sta = {.ssid = WIFI_SSID, .password = WIFI_PASS}
    };
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_cfg));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
}

void app_main(void)
{
    // 初始化NVS
    nvs_flash_init();
    // 连接WiFi
    wifi_init();
    // 等待WiFi连接稳定
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    // 启动mDNS（关键代码）
    start_mdns_service();

    // 电表后续：启动TCP服务器，等待逆变器连接
    // tcp_server_start();
}

2. 逆变器端代码（解析名字）

逆变器启动后，连接到同一个 WiFi，然后通过 mDNS 查询 meter.local，自动获取电表的 IP 地址。

c

运行

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "mdns.h"
#include "lwip/sockets.h"

#define WIFI_SSID      "你的WiFi名称"
#define WIFI_PASS      "你的WiFi密码"
static const char *TAG = "逆变器-基础版";

// 核心函数：通过域名 meter.local 获取电表IP
static void get_meter_ip(void)
{
    esp_ip4_addr_t ip;
    // 关键：解析 mDNS 域名 → 自动得到IP
    esp_err_t err = mdns_query_a("meter.local", 2000, &ip);
    
    if (err == ESP_OK) {
        // 成功！打印电表IP
        char ip_str[16];
        sprintf(ip_str, IPSTR, IP2STR(&ip));
        ESP_LOGI(TAG, "✅ 成功获取电表IP：%s", ip_str);
        
        // 逆变器拿到IP后，直接连接电表的TCP端口（比如10241）
        // tcp_connect(ip, 10241);
    } else {
        ESP_LOGE(TAG, "❌ 未找到电表");
    }
}

void app_main(void)
{
    nvs_flash_init();
    wifi_init(); // 连同一个WiFi
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    
    // 自动获取电表IP
    get_meter_ip();
}

效果验证：

• 电脑连接到同一个 WiFi，打开命令行输入 ping meter.local，如果能 ping 通，说明 mDNS 基础功能正常。
• 逆变器的串口日志会打印出电表的 IP 地址。

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四、进阶实现：注册服务广播，实现 "零配置自动发现"

基础实现虽然解决了 IP 获取的问题，但逆变器仍然需要知道电表的域名 meter.local。在更复杂的场景中，我们希望逆变器连域名都不用记，上电后自动扫描局域网内的电表服务，然后自动连接。

这就是 "鑫" 提到的 "广播服务"，我们可以通过注册 mDNS 服务类型来实现。

1. 电表端代码（广播服务）

电表不仅注册主机名，还额外注册一个服务类型 _meter._tcp，并广播自己的 TCP 端口（如 10241）。

c

运行

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_event.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "mdns.h"

// ==================== 配置项 ====================
#define WIFI_SSID      "你的WiFi名称"
#define WIFI_PASS      "你的WiFi密码"
#define METER_TCP_PORT 10241  // 电表TCP端口
static const char *TAG = "电表-服务端";

// ==================== mDNS服务注册（核心） ====================
static void mdns_service_start(void) {
    // 1. 初始化mDNS
    ESP_ERROR_CHECK(mdns_init());
    // 2. 设置主机名（可选，兼容ping）
    mdns_hostname_set("meter");
    // 3. 【进阶核心】注册电表服务：_meter._tcp  端口10241
    ESP_ERROR_CHECK(
        mdns_service_add(
            "智能电表",          // 服务名称（自定义）
            "_meter",           // 服务类型（固定，逆变器按这个搜索）
            "_tcp",             // 协议（TCP）
            METER_TCP_PORT,     // 服务端口
            NULL, 0             // 无额外参数
        )
    );
    ESP_LOGI(TAG, "✅ 电表服务广播成功：_meter._tcp.local，端口：%d", METER_TCP_PORT);
}

// ==================== WiFi连接（标准代码） ====================
static void wifi_event_handler(void* arg, esp_event_base_t event_base, int32_t event_id, void* event_data) {
    if (event_id == WIFI_EVENT_STA_START) esp_wifi_connect();
    if (event_id == WIFI_EVENT_STA_CONNECTED) ESP_LOGI(TAG, "WiFi连接成功");
}

static void wifi_init(void) {
    ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_netif_init());
    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_loop_create_default());
    esp_netif_create_default_wifi_sta();

    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_init(&cfg));

    ESP_ERROR_CHECK(esp_event_handler_instance_register(WIFI_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, wifi_event_handler, NULL, NULL));
    wifi_config_t wifi_cfg = {
        .sta = {.ssid = WIFI_SSID, .password = WIFI_PASS}
    };
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_cfg));
    ESP_ERROR_CHECK(esp_wifi_start());
}

// ==================== 主函数 ====================
void app_main(void) {
    wifi_init();
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
    mdns_service_start();  // 启动mDNS广播

    // 后续：启动TCP服务器，等待逆变器连接
    // tcp_server_init(METER_TCP_PORT);
}

2. 逆变器端代码（自动发现服务）

逆变器启动后，不再查询特定的域名，而是直接扫描局域网内的 _meter._tcp 服务，自动获取电表的 IP 和端口。

c

运行

#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_wifi.h"
#include "esp_log.h"
#include "nvs_flash.h"
#include "mdns.h"
#include "lwip/sockets.h"

// ==================== 配置项 ====================
#define WIFI_SSID      "你的WiFi名称"
#define WIFI_PASS      "你的WiFi密码"
static const char *TAG = "逆变器-客户端";

// ==================== 自动发现电表服务（核心） ====================
static void find_meter_service(void) {
    mdns_result_t *results = NULL;
    // 搜索局域网内的 _meter._tcp 服务（和电表注册的一致）
    esp_err_t err = mdns_query_ptr("_meter", "_tcp", 2000, 1, &results);

    if (err != ESP_OK || !results) {
        ESP_LOGE(TAG, "❌ 未搜索到电表服务");
        return;
    }

    // 自动获取 电表IP + 端口
    char ip_str[16];
    sprintf(ip_str, IPSTR, IP2STR(&results->addr->u_addr.ip4.addr));
    uint16_t port = results->port;

    ESP_LOGI(TAG, "==================================");
    ESP_LOGI(TAG, "✅ 发现电表服务！");
    ESP_LOGI(TAG, "电表IP：%s", ip_str);
    ESP_LOGI(TAG, "电表端口：%d", port);
    ESP_LOGI(TAG, "==================================");

    // ==================== 直接连接TCP（零配置） ====================
    // tcp_connect(ip_str, port);

    mdns_query_results_free(results); // 释放资源
}

// ==================== WiFi连接（和电表一致） ====================
static void wifi_init(void) {
    // 代码和电表端完全相同，直接复制
    ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
    esp_netif_init();
    esp_event_loop_create_default();
    esp_netif_create_default_wifi_sta();
    wifi_init_config_t cfg = WIFI_INIT_CONFIG_DEFAULT();
    esp_wifi_init(&cfg);
    wifi_config_t wifi_cfg = {.sta = {.ssid = WIFI_SSID, .password = WIFI_PASS}};
    esp_wifi_set_mode(WIFI_MODE_STA);
    esp_wifi_set_config(WIFI_IF_STA, &wifi_cfg);
    esp_wifi_start();
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(3000));
}

// ==================== 主函数 ====================
void app_main(void) {
    wifi_init();
    find_meter_service(); // 自动搜电表
}

运行效果：逆变器的串口日志会直接打印出电表的 IP 和端口，实现了真正的零配置连接。

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五、TCP vs UDP：一对一还是一对多？

在我们的项目中，TCP 用于可靠的功率数据传输，而 UDP 用于 mDNS 设备发现。理解它们的 "一对一" 和 "一对多" 特性至关重要。

表格

协议	单个连接 / 收发	服务端支持	典型场景	你的项目用法
TCP	一对一	一对多（多独立连接）	可靠传输、功率采集	EMS 服务端 ↔ 多台电表（一对一连接，一对多通信）
UDP	一对一 / 一对多 / 多对多	天然一对多	广播、发现、实时传输	mDNS 设备发现（一对多广播）

1. TCP：像打电话

• 单个连接是严格一对一：就像两个人打电话，一条通话链路只能有两个人。
• 服务端可以一对多：就像客服热线，一个服务端可以同时接多个客户端的来电，每通电话都是独立的一对一连接。

在我们的项目中，EMS 作为 TCP 服务端，可以同时对接多台电表，每台电表与 EMS 之间都是独立的 TCP 连接，保证了数据传输的可靠性。

2. UDP：像发传单 / 广播

• 天生无连接，灵活多变：UDP 没有 "建立连接" 的步骤，发数据包就像扔传单或广播喊话。
• 单播（一对一）：逆变器单独给某台电表发消息。
• 广播 / 组播（一对多）：1 台设备发消息，同一个局域网内所有设备都能收到。这就是 mDNS 使用 UDP 的原因，电表广播自己的信息，所有逆变器都能收到。

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六、总结

通过 mDNS 技术，我们成功解决了局域网内设备自动发现的问题，实现了逆变器与电表的零配置通信。

1. 基础版：通过注册 mDNS 主机名，实现了通过域名获取 IP 地址的功能。
2. 进阶版：通过注册 mDNS 服务类型，实现了完全自动的服务发现，逆变器无需任何配置即可连接到电表。
3. 协议选择：TCP 用于可靠的功率数据传输，UDP 用于高效的设备发现，两者各司其职，完美配合。