【得捷电子Follow me第2期】日历&时钟

Vaintory · 发表于2023-10-31 03:00

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<i class="pstatus"> 本帖最后由 Vaintory 于 2023-11-1 01:42 编辑 </i>

# 【得捷电子Follow me第2期】日历&时钟

> 任务4: 完成一个可通过互联网更新的万年历时钟，并显示当地的天气信息  
> 使用器件：Adafruit ESP32-S3 TFT Feather开发板

[TOC]

## 从 Adafruit IO 获取时间

<ignore_js_op>

<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_746268_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
<div class="xs0">
<p><strong>Snipaste_2023-10-30_21-52-40.png</strong> <em class="xg1">(101.22 KB, 下载次数: 0)</em></p>
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</p>

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</ignore_js_op>

Adafruit IO 提供了丰富的 HTTP API 接口，包括但不限于天气（weather）、消息（messages）、时间（time）。Adafruit IO HTTP API 允许从任何支持 HTTP 的编程语言或硬件环境访问 Adafruit IO 数据。

在[官网](https://io.adafruit.com/)注册后便可以得到独一无二的用户名（username）和个人密钥（key），向 Adafruit IO 发出 HTTP 请求时，将 API 密钥包含为名为 x-aio-key 的查询参数或名为 X-AIO-Key 的请求标头即可。

---

Adafruit IO 时间服务不会取代 NTP 等时间同步服务，但它可以帮助您计算没有内置时钟的物联网设备上的本地时间。

> The Adafruit IO time service does not replace a time-synchronization service like NTP, but it can help you figure out your local time on an Internet of Things device that doesn't have a built in clock.

有两种方式访问 TIME API:
1. 使用 HTTP 请求获取当前时间或当前时间的特殊格式版本
1. 通过 MQTT 订阅时间源并持续更新当前时间。

我们选择**集成的** HTTP API 接口，它可以提供格式化的时间字符串：

> GET /api/v2/:username/integrations/time/strftime  
> Parameters:  
> `string` Formatting instructions for the current time based on the strftime function.  
> `strftime` Alias for 'string'  
> `fmt` Alias for 'string'  
> `tz` [OPTIONAL] Timezone to get the current time for.

例如，我想获得东八区的时间
```python
TIME_URL = 'https://io.adafruit.com/api/v2/%s/integrations/time/strftime?x-aio-key=%s&fmt=%s&tz=%s' % \
           (os.getenv('ADAFRUIT_IO_USERNAME'), 
            os.getenv('ADAFRUIT_IO_KEY'), 
            '%25b %25e, %25H:%25M', 
            'Asia/Hong_Kong')
```

## 从高德开放平台获取天气

[高德 Web 服务](https://lbs.amap.com/) API 向开发者提供 HTTP 接口，开发者可通过这些接口使用各类型的地理数据服务，返回结果支持 JSON 和 XML 格式。Web 服务 API 对所有用户开放。使用本组服务之前，需要申请应用 Key。不同类型用户可获取不同的数据访问能力。

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<div class="tip tip_4 aimg_tip" id="aimg_746269_menu" style="position: absolute; display: none" disautofocus="true">
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</p>

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<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

天气查询是一个简单的HTTP接口，根据用户输入的adcode（地区编码），查询目标区域当前/未来的天气情况，数据来源是中国气象局。

---

天气查询API服务地址：

|    |    |
|----|----|
| URL | https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo?parameters |
| 请求方式 | GET |
|    |    |

`parameters`代表的参数包括必填参数和可选参数。所有参数均使用和号字符(&)进行分隔。下面的列表枚举了这些参数及其使用规则。

参数名     | 含义             | 规则说明                                        | 是否必须 | 缺省值 
---------- | ---------------- | ----------------------------------------------- | -------- | ------ 
key        | 请求服务权限标识 | 用户在高德地图官网申请web服务API类型KEY           | 必填     | 无     
city       | 城市编码         | 输入城市的adcode，adcode信息可参考城市编码表     | 必填     | 无     
extensions | 气象类型         | 可选值：base/all  base: 返回实况天气  all: 返回明天天气预报          | 可选     | 无         
output     | 返回格式         | 可选值：JSON,XML                                | 可选     | JSON

例如，我想获得深圳市南山区现在的天气
```python
WEATHER_URL = 'https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo?key=%s&city=%s&extensions=%s' % \
              (os.getenv('GAODE_KEY'), '440305', 'base')
```

## 精确定时

先前我们在令红色 LED 以 0.5s 间隔闪烁时，使用`time.sleep(0.5)`函数实现延时 0.5s 的效果：

```python
while True:
    led.value = True
    time.sleep(0.5)
    led.value = False
    time.sleep(0.5)
```

但是这种方式是**阻塞**的，即调用`time.sleep()`时，它会暂停当前线程的执行，使其进入休眠状态，并且不会执行任何其他操作，直到指定的时间间隔过去。  
这在 LED 闪烁示例中并不重要，因为我们在此期间不做任何其他事情。但如果我们想要添加第二个 LED 并以不同的速率使其闪烁，使用`time.sleep()`会引起麻烦，因为每个 LED 只能等待另一个闪烁的`sleep`调用。两个LED的闪烁频率永远不会真正独立。

### 中断

中断是指在计算机系统中，当某个事件发生时，暂停当前正在执行的程序，转而执行与该事件相关的处理程序的一种机制。中断可以分为**硬件中断**和**软件中断**两种类型。硬件中断是由硬件设备触发的，如外部设备的输入信号、定时器的溢出等；而软件中断是由程序中的指令触发的，通常用于实现特定的功能或处理特定的事件。

但是很可惜，CircuitPython 不像 MicroPython 和 Arduino 那样支持用户自定义中断句柄函数。只能使用个别模块中提供的现成的中断函数，例如`PulseIn`，`countio`，`rotaryio`等。“浪费了” ESP32 中两个硬件定时器。

### `alarm`模块

我们有一种**曲线救国**的方法。CircuitPython 中的`alarm`模块提供了`alarms `（警报）和`sleep`（睡眠）相关函数。提供根据时间间隔或外部事件（例如引脚更改）触发的警报。程序可以简单地等待这些警报，或者进入睡眠状态并在警报触发时被唤醒。支持两种睡眠级别：浅度睡眠和深度睡眠：

1. 轻睡眠保持足够的状态，因此程序可以在睡眠后恢复。它不会关闭 WiFi、BLE 或其他通信，也不会关闭正在进行的活动，如音频播放。它最大限度地降低了功耗，使这些持续的活动保持运行。在某些情况下，可能不会降低功耗。

1. 深度睡眠会关闭几乎所有微控制器的电源，包括 CPU 和 RAM。这可以节省更多的电量，但是 CircuitPython 在唤醒时必须从头开始重新启动`code.py`。

我们为了得到精确的计时，可以使用`alarm.time`类，这个类可以在到达指定时间时触发警报。其函数原型如下：

```python
class alarm.time.TimeAlarm(*, monotonic_time: float | None = None, epoch_time: int | None = None)
```

1. 创建一个警报，当`time.monotonic()`等于`monotonic_time`或`time.time()`等于`epoch_time`时，将触发该警报。这两个参数只能给出其中一个。

1. 闹钟在传递给启用闹钟的睡眠函数（例如`alarm.light_sleep_until_alarms()`或`alarm.exit_and_deep_sleep_until_alarms()`）之前不会激活。

1. 如果给定时间已经过去，则会引发异常。如果睡眠发生在给定的时间之后，那么它会因为这个时间闹钟而立即醒来。

## 效果展示

<ignore_js_op>

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</p>

</div>
<div class="tip_horn"></div>
</div>

</ignore_js_op>

# 附件

## 完整代码（[下载链接](https://download.eeworld.com.cn/detail/Vaintory/629770)）

```python
# WiFi 相关头文件
import os
import wifi

# 定时与睡眠相关头文件
import time
import alarm

# 网络请求相关头文件
import adafruit_requests
import socketpool
import ssl

# OLED显示相关头文件
import board
import displayio
from adafruit_display_text import label
from adafruit_bitmap_font import bitmap_font

# 0. 定义 API 请求地址
TIME_URL = 'https://io.adafruit.com/api/v2/%s/integrations/time/strftime?x-aio-key=%s&fmt=%s&tz=%s' % \
           (os.getenv('ADAFRUIT_IO_USERNAME'), os.getenv('ADAFRUIT_IO_KEY'), '%25b %25e, %25H:%25M', 'Asia/Hong_Kong')
WEATHER_URL = 'https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo?key=%s&city=%s&extensions=base' % \
              (os.getenv('GAODE_KEY'), '440305')

# 1. 连接 WiFi
print(f"Connecting to {os.getenv('CIRCUITPY_WIFI_SSID')}")
wifi.radio.connect(os.getenv("CIRCUITPY_WIFI_SSID"), 
                   os.getenv("CIRCUITPY_WIFI_PASSWORD"))
print(f"Connected to {os.getenv('CIRCUITPY_WIFI_SSID')}")
print(f"My IP address: {wifi.radio.ipv4_address}")

# 2. 创建套接字池
pool = socketpool.SocketPool(wifi.radio)
requests = adafruit_requests.Session(pool, ssl.create_default_context())

# 3. 获取时间
response = requests.get(TIME_URL)
local_time = response.text
# time = 'Oct 30,  19:35'

# 4. 获取天气
response = requests.get(WEATHER_URL)
data = response.json()
weather = f"{data['lives'][0]['weather']}  {data['lives'][0]['temperature']}℃"
# weather = '多云  25℃'

# 5. 显示
display = board.DISPLAY # 初始化屏幕对象

font_file = "fonts/FZSKBXK-25.pcf" # 设置中文字体
font = bitmap_font.load_font(font_file)

text_group = displayio.Group(scale=1, x=0, y=0)
text_group.append(
    label.Label(font=font, text=local_time, color=0xfefae0, x=50, y=60))
text_group.append(
    label.Label(font=font, text=weather, color=0xfefae0, x=63, y=85))
display.show(text_group)

while True:
    # 循环更新时间
    response = requests.get(TIME_URL)
    if(response.text != local_time):
        local_time = response.text
        # 更新显示内容
        text_group[0] = label.Label(
            font=font, text=local_time, color=0xfefae0, x=50, y=60)
        display.show(text_group)

# 创建一个 60s 后的 Alarm
    time_alarm = alarm.time.TimeAlarm(monotonic_time=time.monotonic() + 60)

# 进入轻度睡眠等待唤醒
    alarm.light_sleep_until_alarms(time_alarm)
    # 唤醒后会进入下一个 while True 循环
```

## [视频链接](https://training.eeworld.com.cn/video/38234)

lugl4313820

Adafruit IO 提供了丰富的 HTTP API 接口，包括但不限于天气（weather）、消息（messages）、时间（time）。Adafruit IO HTTP API 允许从任何支持 HTTP 的编程语言或硬件环境访问 Adafruit IO 数据。

学习了！

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