【2024 DigiKey 创意大赛】+总结

meiyao 发表于 2024-11-5 23:28

基于ESP32-S3和rp2040双核心的智能温湿度显示系统

作者：meiyao

一、作品简介

 

本项目是利用自己设计一款功能强大的PCB扩展板，与现有的Espressif（乐鑫）ESP32-S3-LCD-EV-Board触摸屏显示评估板相连接，实现温湿度数据显示、数据存储等实用功能。使用软件部分将基于ESP32-S3和rp2040双核心进行通信开发，其中ESP32-S3作为主核心负责LVGL用户交互界面的运行和显示，而rp2040作为副核心则负责温湿度数据的采集、处理以及与主核心的两者之间通信，并实时的显示在屏上，而且也在PC端进行数据打印，使用LVGL界面显示时间，目前采集的数据等功能。

 

二、系统框图

 

硬件连接示意图：

  

硬件示意图上面是分两个板，一个是Espressif（乐鑫）ESP32-S3-LCD-EV-Board触摸屏显示评估板，一个是自己设计的PICO转接板。

 

Espressif（乐鑫）ESP32-S3-LCD-EV-Board触摸屏显示评估板相连接，实现温湿度数据显示、数据存储等实用功能。采用rp2040副核心，Bosch的BME280传感器，为用户提供便捷的数据传输和实时环境监测功能。

下面请看软件流程图：

 

  

 

工作流程图描述

将PCB扩展板与ESP32-S3-LCD-EV-Board触摸屏显示评估板相连接。

连接rp2040副核心板，确保通信接口（UART）正确连接。

软件初始化

在ESP32-S3主核心上安装并配置LVGL（Light and Versatile Graphics Library）以支持用户交互界面。

在rp2040副核心上编写并安装温湿度数据采集和处理程序。

配置主核心和副核心之间的通信协议（UART通信）。

温湿度数据采集

副核心（rp2040）启动温湿度传感器，开始数据采集。

副核心处理采集到的温湿度数据，可能包括数据滤波、校准等处理步骤。

数据通信

副核心将处理后的温湿度数据通过预定义的通信协议发送给主核心（ESP32-S3）。

数据显示

主核心使用LVGL在触摸屏上显示温湿度数据。

显示界面可能包括当前温湿度值、时间等。

数据打印（PC端）

主核心通过串口通信或其他方式将温湿度数据发送到PC端。

实时监控与反馈

系统持续监控温湿度数据的变化。

如果数据超出预设范围，系统可以通过用户界面提供警告或报警信息。

结束

 

 

三、各部分功能说明

 

硬件部分

ESP32-S3-LCD-EV-Board是一款功能强大的触摸屏显示评估板，使用的是ESP32-S3芯片设计。具备双核CPU和强大的AI算力，为屏幕方案带来灵敏的触控体验、流畅的GUI响应，以及高性能的离、在线人机语音交互功能。支持IIC、SPI、UART、8080等多种接口类型，能够驱动多种分辨率和接口的LCD显示屏，满足用户对不同触摸屏应用产品的开发需求。配备了一块480×480分辨率的触摸屏，能够清晰地显示图像和文本信息，方便用户进行交互操作。

  

PICO与BMP280:

BMP280传感器通常通过I²C接口与副板PICO进行连接,这个是自己设计的板了，已经集成在下图紫色的板上。

在连接时，需要确保BMP280的VCC、GND、SCL（时钟线）、SDA（数据线）等引脚与副板PICO的相应引脚正确对接。为什么要提出来，因为这个东西蛮小，而且很容易弄错方向，但不好处理的是不好焊接。

PICO是最小系统核心板，使用排针进行板载对接。

 

  

 

 

PICO与ESP32 S3通信上PC端输出的数据：



屏幕上实际输出画面：



 

四、作品源码

界面设计：

利用LVGL（Light and Versatile Graphics Library）库，设计直观、易用的用户交互界面，界面应包含温湿度数据显示区域、数据刷新按钮。

数据更新与显示：

编写程序，使ESP32-S3主核心能够实时接收来自rp2040副核心的温湿度数据。

利用LVGL库中的图表或标签等控件，将接收到的数据动态显示在界面上。

实现数据刷新功能，用户点击刷新按钮时，界面将更新显示最新的温湿度数据。

<pre>
<code>LVGL用户交互界面实现：
static lv_disp_t *display_init(ESP_PanelLcd *lcd)
{
ESP_PANEL_CHECK_FALSE_RET(lcd != nullptr, nullptr, "Invalid LCD device");
ESP_PANEL_CHECK_FALSE_RET(lcd->getHandle() != nullptr, nullptr, "LCD device is not initialized");

static lv_disp_draw_buf_t disp_buf;
static lv_disp_drv_t disp_drv;

// Alloc draw buffers used by LVGL
void *buf = { nullptr };
int buffer_size = 0;

ESP_LOGD(TAG, "Malloc memory for LVGL buffer");
#if !LVGL_PORT_AVOID_TEAR
// Avoid tearing function is disabled
buffer_size = LVGL_PORT_BUFFER_SIZE;
for (int i = 0; (i < LVGL_PORT_BUFFER_NUM) && (i < LVGL_PORT_BUFFER_NUM_MAX); i++) {
 buf = heap_caps_malloc(buffer_size * sizeof(lv_color_t), LVGL_PORT_BUFFER_MALLOC_CAPS);
 assert(buf);
 ESP_LOGD(TAG, "Buffer[%d] address: %p, size: %d", i, buf, buffer_size * sizeof(lv_color_t));
}</code></pre>

温湿度数据采集与处理

传感器初始化与配置：

在rp2040副核心上编写代码，初始化BME280传感器，并配置其采集模式和采样率等参数。

数据采集与传输：

编写数据采集循环，使rp2040能够定期从BME280传感器读取温湿度数据。

实现数据通信协议，将采集到的数据通过UART、SPI等通信接口发送给ESP32-S3主核心。

 

<pre>
<code>

温湿度数据采集与处理
Serial.begin(115200);
while(!Serial); // time to get serial running
Serial.println(F("BME280 test"));

unsigned status;

status = bme.begin();

if (!status) {
 Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring, address, sensor ID!");
 Serial.print("SensorID was: 0x"); Serial.println(bme.sensorID(),16);
 Serial.print(" ID of 0xFF probably means a bad address, a BMP 180 or BMP 085\n");
 Serial.print(" ID of 0x56-0x58 represents a BMP 280,\n");
 Serial.print(" ID of 0x60 represents a BME 280.\n");
 Serial.print(" ID of 0x61 represents a BME 680.\n");
 while (1) delay(10);

if (isnan(temperature) || isnan(humidity)) {
// 如果读取失败，则通过串口输出错误信息
Serial.println("Failed to read from BME280 sensor!");
} else {
// 如果温度和湿度数据读取成功，则执行以下操作

// 创建一个静态JSON文档对象，分配200字节的内存空间
// 用于存储JSON格式的数据
StaticJsonDocument<200> doc;

// 向JSON文档中添加温度数据
doc["temperature"] = temperature;

// 向JSON文档中添加湿度数据
doc["humidity"] = humidity;

// 假设pressure和altitude变量已经通过某种方式获取（例如从BME280传感器）
// 向JSON文档中添加气压数据
doc["pressure"] = pressure;

// 向JSON文档中添加海拔数据（注意：BME280传感器本身不提供海拔数据，
// 这里可能是通过其他方式计算或获取的）
doc["altitude"] = altitude;

// 创建一个字符串对象，用于存储序列化后的JSON数据
String jsonString;

// 使用serializeJson函数将JSON文档序列化为字符串
// 并存储在jsonString变量中
serializeJson(doc, jsonString);

// 通过串口输出序列化后的JSON字符串（通常用于调试）
Serial.println(jsonString);

// 通过Serial1串口输出序列化后的JSON字符串
// 这可能用于将数据发送到其他设备或系统
Serial1.println(jsonString);
}
显示地理位置代码：
String cityCode = "66666"; // 查看你的城市代码
String userKey = "66666"; // 要去注册一个高德地图的开发用户

esp-bsp 库，使用 VSCode 打开 esp-bsp 文件夹， bsp/esp32_s3_eye/esp32_s3_eye.c 文件， bsp_display_lcd_init()函数，下代码所示：
static lv_display_t *bsp_display_lcd_init(const bsp_display_cfg_t *cfg)
{
assert(cfg != NULL);
esp_lcd_panel_io_handle_t io_handle = NULL;
esp_lcd_panel_handle_t panel_handle = NULL;
const bsp_display_config_t bsp_disp_cfg = {
 .max_transfer_sz = BSP_LCD_DRAW_BUFF_SIZE * sizeof(uint16_t),
};
BSP_ERROR_CHECK_RETURN_NULL(bsp_display_new(&bsp_disp_cfg, &panel_handle, &io_handle));

#if ESP_IDF_VERSION < ESP_IDF_VERSION_VAL(5, 0, 0)
esp_lcd_panel_disp_off(panel_handle, false);
#else
esp_lcd_panel_disp_on_off(panel_handle, true);
#endif

/* Add LCD screen */
ESP_LOGD(TAG, "Add LCD screen");
const lvgl_port_display_cfg_t disp_cfg = {
 .io_handle = io_handle,
 .panel_handle = panel_handle,
 .buffer_size = cfg->buffer_size,
 .double_buffer = cfg->double_buffer,
 .hres = BSP_LCD_H_RES,
 .vres = BSP_LCD_V_RES,
 .monochrome = false,
 /* Rotation values must be same as used in esp_lcd for initial settings of the screen */
 .rotation = {
 .swap_xy = false,
 .mirror_x = false,
 .mirror_y = false,
 },
 .flags = {
 .buff_dma = cfg->flags.buff_dma,
 .buff_spiram = cfg->flags.buff_spiram,
#if LVGL_VERSION_MAJOR >= 9
 .swap_bytes = (BSP_LCD_BIGENDIAN ? true : false),
#endif
 }
};

return lvgl_port_add_disp(&disp_cfg);
}

// 显示屏初始化函数
lv_disp_t* initialize_display(const bsp_display_cfg_t* cfg) {
// 使用esp-bsp库初始化LCD显示屏的代码
// ...
// 返回LVGL显示屏句柄
}

// 温湿度数据采集与处理函数
void read_and_process_sensor_data() {
// 初始化串口和BME280传感器
// ...
// 读取温度和湿度数据
// ...
// 处理数据（例如，创建JSON文档并输出）
// ...
}

// 主函数或其他调用点
void setup() {
// 初始化显示屏
lv_disp_t* disp = initialize_display(/* 配置参数 */);

// 读取并处理传感器数据
read_and_process_sensor_data();

// 其他初始化代码...
}</code></pre>

 

 

五、作品功能演示视频

视频：

5fa65f99896cae6117497e83aa643c75

 
652e1cb2367ebe39bafaef6c09ca39e7 
文档： 


原码：

<a href="https://download.eeworld.com.cn/detail/meiyao/634898" target="_blank">https://download.eeworld.com.cn/detail/meiyao/634898</a> 
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<a href="https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1298135-1-1.html" target="_blank">https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1298135-1-1.html</a>

 

总结：

一个基于ESP32-S3和rp2040双核心的智能温湿度显示系统。硬件部分通过连接BME280传感器实现数据采集，软件部分则利用LVGL库设计用户交互界面，并实时显示温湿度数据。ESP32-S3作为主核心负责界面运行与数据显示，而rp2040则负责数据采集与传输。项目关键工作包括界面设计、数据更新与显示、LVGL用户交互界面实现以及温湿度数据采集与处理。通过此系统，用户可直观获取当前环境的温湿度信息。

Jacktang 发表于 2024-11-6 07:24

界面设计、数据更新与显示、LVGL用户交互界面实现以及温湿度数据采集与处理，几个部分，该有的都有了，不错

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