【多功能网络天气时钟】作品提交

xinmeng_wit · 发表于2022-10-23 22:35

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本帖最后由 xinmeng_wit 于 2022-10-23 22:44 编辑

多功能网络天气时钟

作者：xinmeng_wit

项目背景

ESP32-S2-Kaluga-1开发板板上外设资源非常丰富，除了基本的led，按键，LCD之外，还有音频输入输出和WiFi/蓝牙功能。有了WiFi的加持，使这款开发板很容易开发联网类的应用。由此想到了之前一直想做但是没有做的桌面天气摆件——多功能网络天气时钟。用ESP32-S2-Kaluga-1开发板来实现网络天气时钟其实是非常合适的，毕竟不用外接WiFi模块，同时还自带有显示屏和按键输入模块，省掉了外部接线的麻烦，基本不用外接任何器件就能实现功能。很遗憾的是板载的LCD不支持触摸功能，因此输入必须借助与按键。

作品简介

本作品的定位是桌面电子小摆件，主要功能是显示日历、实时时间、实时天气、闹钟功能和城市地址设置。另外，还应该有附加的小游戏功能和传感器数据采集功能。但由于本次比赛时间有限，附加功能未能实现，只留有接口，后续将继续完成既定功能。

本作品上电自动联网对时，同时自动获取实时天气信息，无需手动调节，上电第一屏显示功能选择，根据被按下的按键进入相应的功能模块。第二屏显示实时天气和时钟，另外，还附加有闹钟显示；第二屏显示的天气信息包括天气状况和对应的图标、温度、湿度和风力，其中温湿度还包括进度条的显示。板载6个用户按键，可以通过这些按键进行功能设置。

系统框图

本作品全部使用板载资源，主控为ESP32S2，芯片自带wifi和蓝牙；本作品用到了wifi实现联网获取信息，板载显示部分与主控之间也是通过SPI的方式进行通讯；板载6个独立按键通过一个IO口进行检测，使用ADC进行电压检测，不同的电压对应不同的按键键值。

各部分功能说明和解析

总结下来主要分为如下几个部分：

Wifi通讯部分

Wifi通讯部分主要负责网络连接、NTP对时和天气消息的获取，在软件里面是单独的一个task，专门负责处理网络相关的任务。该task有几个比较重要的模块：天气数据的获取/解析/发送，SNTP对时，实时时间的获取处理和发送。

联网成功后首先进行SNTP对时，涉及到的几个主要函数如下：

天气数据的解析，使用了到了开源库cJSON，使用cJSON库确实会带来很大的方便，但同时会带来RAM的开销，对于RAM不是很够的MCU不建议使用。天气数据的处理，主要包含几个函数：

LCD显示部分

显示部分也是单独的task，只负责显示，不参与任何检测和控制。显示部分通过消息队列接收消息进行显示。显示部分为了方便显示，使用了开源GUI图形库LVGL，极大地简化了应用程序开发，同时能使显示更加美观。对于控件的布局和设置使用了NXP开源GUI图形配置软件GUI Guider进行控件代码生成，生成的相关文件如

显示任务的主循环如下：

为了能够一目了然地显示天气状态，特意制作了几种天气图标，这些图标都做成统一大小（40*40）的彩色图片，并用GUI Guider工具取模保存为数组，显示的时候根据天气状态调用对应的图标。

天气图标的显示是根据天气代码来进行选择的，不同的天气代码显示不同的图标：

另外，闹钟和温度，湿度，风力也配置了相应的静态图片，闹钟图片大小30 * 30，温度/湿度/风力图片大小12 * 24，如下：

按键（ADC)部分

按键电压的采集是一个独立的线程，只负责按键电压的采集和发送，板载有6个ADC按键，只占用一个IO资源，每个按键硬件三搭配了不同阻值的电阻，每个按键按下，ADC口采集到的电压是不一样的，由此可以判断是哪个按键按下的。ADC使用连续采样，采样完成后做平均值，最后通过电压值转换为键值，完成后通过消息队列发送给gui显示任务。

//将电压值转换为对应按键的键值

static void voltage_to_button_value(double v)

{

    uint16_t key_value = 0;


    if (v > 2.6) {

        ;

    } else if (v > 2.41 - DEVIATION  && v <= 2.41 + DEVIATION) {

        ESP_LOGI(TAG, "rec(K1)");

        key_value = 1;


    } else if (v > 1.98 - DEVIATION && v <= 1.98 + DEVIATION) {

        ESP_LOGI(TAG, "mode(K2)");

        key_value = 2;

    } else if (v > 1.65 - DEVIATION && v <= 1.65 + DEVIATION) {

        ESP_LOGI(TAG, "play(K3)");

        key_value = 3;


    } else if (v > 1.11 - DEVIATION && v <= 1.11 + DEVIATION) {

        ESP_LOGI(TAG, "set(K4)");

        key_value = 4;


    } else if (v > 0.82 - DEVIATION && v <= 0.82 + DEVIATION) {


        ESP_LOGI(TAG, "vol(K5)");

        key_value = 5;


    } else if (v > 0.38 - DEVIATION && v <= 0.38 + DEVIATION) {


        ESP_LOGI(TAG, "vol+(K6)");

        key_value = 6;

    }


    if(key_value != 0)

    {

        xQueueSend(adc_queue, (uint16_t *)&key_value, 0);

        key_value = 0;

    }

}

关于消息队列

使用RTOS最大的好处就提高资源利用率，另外多任务操作就是为了任务分块，不同的任务在控制上（或者说代码块上）相互独立，独立的同时会带来一些其它的问题，任务间的数据传输。本设计使用了四个消息队列来进行不同任务间的数据传输/同步。

①按键键值的跨任务传输

②天气消息的跨任务传输

③实时时间的跨任务传输

④显示任务与wifi任务的同步

作品源码

源代码：https://gitee.com/xinmeng_wit/weather_project

视频演示

项目总结

首次使用ESP32系列芯片和开发板，收获颇多。在这个项目中，了解和学习了传说中的idf开发环境，idf的使用还是有门槛的，最起码cmake语法要知道，还有分区表的配置，还有遇到问题的解决方法；本次项目中遇到了很多的问题，查阅了很多的资料，最后都一一解决了（有的不一定是解决，只是换了一种方式实现），同时自己也收获了，成长了。

对于项目本身，完成了基本功能，实现了时间日期的显示，实时天气的显示，闹钟的设置和提醒，城市的设置。但是，还有一些功能由于某些原因未能在本次项目中实现，后续将继续完成既定任务。

最后，再次感谢得捷电子和EEWORLD提供这次机会，再次感谢。

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