基于 ESP32-C3 与 Elixir 的 WiFi UDP MIDI 模块化控制器

一、项目概述

midiMESH ESP32 是一套完全开源的模块化 WiFi 无线 MIDI 控制器生态项目，由 Nanas Sound 发布，面向电子音乐制作人、Eurorack 模块化合成器爱好者、创客开发者。项目以 ESP32-C3 为硬件核心，依托 AtomVM（轻量化嵌入式 Erlang 虚拟机），采用 Elixir 语言开发固件，实现基于 UDP/WiFi 的分布式 MIDI 控制，同时开放全套硬件 PCB 设计文件，支持爱好者复刻、二次修改与衍生开发。

传统 MIDI 大多依靠 5 针 DIN 有线连接，有线方案布线繁琐、现场扩展不便；市面上无线 MIDI 设备多为闭源成品，自定义、多设备同步能力受限。midiMESH 正是为解决这个痛点而生：把 MIDI 控制信号放到 WiFi 网络里传输，支持多台控制器自由组网，同步节拍与参数，同时开放软硬件全部资料，高度可定制。

二、核心技术方案

主控与运行环境 主控选用 ESP32-C3（推荐 SuperMini 开发板），不在 ESP32 上跑传统 C 语言固件，而是搭载 AtomVM，直接运行 Elixir 代码。Elixir 依托 BEAM 虚拟机原生支持海量轻量并发进程，非常适合多路电位器、旋钮并行采样，多路输入互不阻塞，这也是本项目区别于绝大多数 ESP32 音乐控制器的特色。
通信协议：UDP MIDI over WiFi 将标准 MIDI 消息封装在 UDP 数据包，通过局域网广播传输，默认通信端口 4000。设备支持两种 WiFi 工作模式：

STA 模式：连接家用 / 工作室路由器，接入局域网，和电脑 DAW 互通；
AP 热点模式：控制器自身开启 WiFi 热点，脱离路由器，多台设备直连组网。

配套桌面接收程序 配套 midimesh_desktop_receiver 桌面工具，负责接收 ESP32 发出的 UDP MIDI 数据包，转发为电脑系统识别的虚拟 MIDI 端口，Ableton Live、Arturia Pigments 等 DAW、软音源可以像识别普通 USB MIDI 键盘一样直接读取控制信号。macOS 平台可配合 IAC 虚拟 MIDI 驱动使用。

三、功能特性

✅ 标准 MIDI CC 控制消息发送：旋钮、滑条电位器实时采集，输出 MIDI 控制信号，调节音源效果、参数；
✅ 并发多旋钮采集：利用 Elixir/BEAM 并发模型，多个输入控件独立采样处理，不会出现旋钮卡顿、丢消息；
✅ 跨设备同步：多台 midiMESH 设备组网后，可同步 Tempo（速度）、节拍，适合现场即兴电子音乐表演；
✅ 状态指示：LED 指示灯反馈 WiFi 连接状态；
✅ 模块化架构：固件代码按旋钮、开关、MIDI 协议、配置模块解耦，方便新增硬件控件、修改逻辑；
✅ 硬件标准化：硬件遵循 Eurorack 模块尺寸规范，可以直接装入模块化合成器机柜。

四、硬件设计

仓库 hardware 目录存放全部 KiCad 9.0 + 工程文件，包含原理图、PCB 布局，每个控制器版本独立文件夹。已发布硬件版本：

Slide & Twist Controller：滑条 + 旋转旋钮组合控制器，适合连续参数调节；
Control Voltage（开发中）：无线 MIDI 转 CV 模块，把网络 MIDI 信号转换成模拟控制电压，驱动传统 Eurorack 模拟合成器模块。

硬件文件仅作开源参考，用户可自行调整、打板生产。

五、开发与使用流程

准备环境：ESP32-C3 开发板、AtomVM 0.6.6 以上版本、Elixir、exatomvm 编译链、espflash 烧录工具；
编译烧录：编译 Elixir 源码为 AtomVM 固件，刷入 ESP32-C3，配置 WiFi；
硬件打板：使用 KiCad 打开硬件工程，导出 Gerber 文件制版、焊接电位器、旋钮等元器件；
音乐链路：电脑运行桌面接收软件 → 接收 UDP MIDI → 生成虚拟 MIDI 端口 → DAW / 软音源接收信号，实现演奏控制；
多机拓展：多台 midiMESH 接入同一 WiFi 网络，完成时钟同步，分布式协同表演。

六、开源许可与衍生规则

项目采用软硬件双许可证分开授权：

固件代码（firmware）：Apache 2.0 协议，允许自由修改、商用、分发；
硬件 PCB 设计文件：CERN-OHL-W v2（弱互惠开源硬件协议），可复刻、商用；
商标约束：衍生二次开发作品禁止直接使用 Nanas Sound、midiMESH 原始品牌标识，需要更换项目名称，仅可标注 “基于 midiMESH 开发”。

七、应用场景

工作室编曲：无线旋钮控制器控制 DAW、软音源参数；
现场电子演出：多设备分布式组网同步，摆脱 MIDI 线材束缚；
Eurorack 模块化合成器系统：无线控制模拟模块；
创客教学：学习 ESP32、AtomVM、Elixir 嵌入式开发、网络 MIDI 协议。

八、项目创新点总结

市面上 ESP32 MIDI 控制器大多使用 C 语言开发，本项目创新性地将Elixir 函数式语言 + BEAM 并发模型引入嵌入式音乐硬件，天然适配多路控制器并行采集；同时打通 WiFi UDP MIDI、多设备时钟同步、Eurorack 标准化硬件，完整开放软硬件，给电子音乐创客一套高度自由的无线控制方案。

九、项目地址

https://github.com/nanassound/midimesh_esp32