【得捷Follow me第3期】项目总结报告

Tristan_C · 发表于2023-12-11 23:45

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本帖最后由 Tristan_C 于 2023-12-11 23:58 编辑

DigiKey得捷电子技术Follow Me第3期项目总结报告

任务1：使用MicroPython系统

本次的板子Seeed Studio XIAO ESP32C3要求使用MicroPython进行开发，任务一也自然要求搭建MicroPython系统了。这里使用了Thonny开发工具，改工具可以在如下路径下载，https://thonny.org/，因为在之前开发别的项目（如RP2040）已经安装，且安装简单，在此不再赘述。安装好打开为如下软件界面。

接下来让Seeed Studio XIAO ESP32C3板子进入烧录状态，进入的方式有两种：

按住板子上的BOOT 按钮，然后使用USB接到PC，再松开该按钮
先行将板子通过USB线接到PC，然后按住BOOT按钮不松开，再按下RESET按钮并松开，接着松开BOOT按钮

这里采用方式2进行，这样方便操作一些。板子上的按钮定义如下图。

此时在Thonny的右下角可以看到板子被识别了，如果未能正确识别，需要检查操作流程和接线是否正确。

设备管理器中也能发现该设备

此时在上述发现的设备列表中，点击最下方的配置解释器。

需要选择正确的解释器和端口

点击右下方的“安装或更新MicroPython(esptool)”按钮，在弹出的窗口中选择正确的配置项。点击“安装”开始安装

需要注意的是，首次安装MicroPython系统最好将上图中的Erase all flash before installi勾上。

安装完成之后提示如下。

这里也可以看得出来，其实Thonny环境其实也是使用的Seeed的wiki推荐的esptool进行安装的。官方教程如下链接：https://wiki.seeedstudio.com/XIAO_ESP32C3_MicroPython/

此时重新将板子跟PC连接，即可在Thoony开发工具上识别如下。可以看到显示的MicroPython的版本号及硬件信息。左侧则可以看到连接的MicroPython设备及其设备上的boot.py文件

此时在shell中编辑输入：print("Hello Digi-key")，即可看到打印的Hello Digi-key

如此表明MicroPython系统正确烧录到板子上了。

双击点开左侧的boot.py文件，并编辑print("Hello Digi-key")

保存并点击下图中“运行当前脚本”按钮

即可在shell中看到打印内容。

使用Thonny开发工具，对比起esptool逐步操作确实要方便许多。

任务2：驱动扩展板上的OLED屏幕

这个任务需要使用扩展版，具体对接方式如下。

任务内容是在扩展板的OLED上显示文字内容和图形，扩展板上的OLED采用SSD1306驱动芯片。因此首先需要安装响应的包。

首先在工具菜单栏下，点击管理包按钮

在搜索栏中输入SSD1306，并点击后方按钮搜索。

搜索结果中点击ssd1306，并点击下方的安装按钮安装此包

安装过程

成功安装之后可以看到具体的安装信息。

此时在左侧的MicriPython设备中，可以在lib中看到ssd1306的包了。

接下来核对硬件，扩展板上的oled使用的是I2C驱动，正好使用如下图所示的GPIO7和GPIO6分别作为SCL和SDA引脚。

下面可以开始编程了。

首先import进来I2C以及ssd1306的包

然后指定I2C的引脚。接着指定loed的宽和长，即可显示文字内容了

调试运行当前脚本程序，扩展板上显示文字内容如下

接下去显示图形，我们可以在OLED上显示几个集合图形，分别为矩形、圆形和三角形，其中圆形单独定义了一个函数。只要输入位置和半径即可。

显示效果如下

完整代码如下


import time
from machine import Pin, SoftI2C
import ssd1306
import math
from utime import sleep_ms
import framebuf

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))  
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

# 清空屏幕
oled.fill(0)
oled.show()

# 画一个简单的圆形
def draw_circle(x0, y0, r, color):
    x = r
    y = 0
    err = 0

    while x >= y:
        oled.pixel(x0 + x, y0 + y, color)
        oled.pixel(x0 + y, y0 + x, color)
        oled.pixel(x0 - y, y0 + x, color)
        oled.pixel(x0 - x, y0 + y, color)
        oled.pixel(x0 - x, y0 - y, color)
        oled.pixel(x0 - y, y0 - x, color)
        oled.pixel(x0 + y, y0 - x, color)
        oled.pixel(x0 + x, y0 - y, color)

        if err <= 0:
            y += 1
            err += 2*y + 1
        if err > 0:
            x -= 1
            err -= 2*x + 1

# 显示图形并切换
while True:
    # 显示矩形
    oled.rect(10, 10, 50, 30, 1)
    oled.show()
    sleep_ms(2000)

    # 清空屏幕
    oled.fill(0)
    oled.show()
    sleep_ms(200)

    # 显示圆形
    draw_circle(80, 40, 15, 1)
    oled.show()
    sleep_ms(2000)

    # 清空屏幕
    oled.fill(0)
    oled.show()
    sleep_ms(200)

    # 显示三角形
    oled.line(100, 10, 80, 40, 1)
    oled.line(80, 40, 120, 40, 1)
    oled.line(120, 40, 100, 10, 1)
    oled.show()
    sleep_ms(2000)

    # 清空屏幕
    oled.fill(0)
    oled.show()
    sleep_ms(200)

任务3：控制蜂鸣器播放音乐

本任务需要使用扩展版上的蜂鸣器实现播放音乐的效果。要播放音乐通常需要使用外部PWM模块，MicroPython在小型嵌入式设备上的音频处理能力相对较弱，因此通常只支持简单的音频播放。PWM引脚使用如下图中的A3。

也就是GPIO5引脚，初始化的时候需要指定PWM所使用的引脚。

通过控制PWM的频率来实现不同的音符，而通过音符的延时开实现节奏的控制。下面代码实现的是一段简化版的生日快乐歌。代码首先根据前述的硬件初始化了buzzer引脚。然后定义各个音符的频率放在notes中。然后定义播放音乐的函数，其中就根据音符以及相应的sleep延时来实现音乐的输出。接着定义好音乐的具体歌曲中的音符以及节奏延时，从而最终铜鼓查表notes来播放音乐。

这里找了一曲生日快乐歌的简谱，尝试将其调试成蜂鸣器的播放

先定义各音符频率

然后根据简谱和节奏定义歌曲内容

根据内容再将其输出到蜂鸣器的PWM控制音符以及延时控制节奏

当然也增加一点前一任务中的OLED上显示一下播放内容

整体代码

import machine
import time
from utime import sleep
from machine import Pin, SoftI2C
import ssd1306

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))  
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

# 清空屏幕
oled.fill(0)
oled.show()

oled.text("Play song", 10, 15)
oled.text("Happy birthday", 10, 40)
oled.show()  # 显示内容

# Buzzer settings
buzzer_pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)

# 定义音符和对应频率
notes = {'1': 523, '2': 587, '3': 659, '4': 698, '5': 784, '6': 880, '7': 988}

# 播放音乐的函数
def play_music(melody):
    for note, duration in melody:
        if note == 'R':  # R 表示休止符（rest）
            sleep(duration)
        else:
            buzzer_pwm.freq(notes[note])
            buzzer_pwm.duty(512)
            sleep(duration)
            buzzer_pwm.duty(0)
            sleep(0.1)  # 短暂的停顿

# 初始化PWM
buzzer_pwm = machine.PWM(buzzer_pin, freq=440, duty=0)  # 初始频率为440 Hz，初始占空比为0

# 播放"生日快乐"歌曲
happy_birthday_melody = [
    ('5', 0.5), ('5', 0.5), ('6', 1), ('5', 1), ('1', 1), ('7', 2), ('R', 0.5),
    ('5', 0.5), ('5', 0.5), ('6', 1), ('5', 1), ('2', 1), ('1', 2), ('R', 0.5),
    ('5', 0.5), ('5', 0.5), ('5', 1), ('3', 1), ('1', 1), ('7', 2), ('R', 0.5),
    ('4', 0.5), ('4', 0.5), ('3', 1), ('1', 1), ('2', 1), ('1', 2), ('R', 0.5),
]

play_music(happy_birthday_melody)

# 关闭PWM
buzzer_pwm.deinit()

播放效果见视频介绍

任务4：连接WiFi网络

这个任务利用了ESP32的强大网络功能了，为了测试WiFi就需要请上跟信号有关的天线，将其接到模块上的IPEX座了。

以目前ESP32的强大生态来讲，真的很轻而易举。包括官方也提供了连接指定AP的参考，如下：

其中的wifi_ssid和wifi_password需要改成对应的WiFi名称和密码，运行之后就会开始扫描WiFi网络

扫描结束之后则开始连接到前面定义的wifi_ssid所在的网络，并输出如下提示。

在路由器也可看到对应的设备

接下来我们使用NTP服务更新本地时间来测试网络联通

代码中使用 ntptime.settime() 从服务器同步本地时间，然后每一秒获取本地时间戳，再将其转换，并在打印串口以及OLED上面时间当前日期和时间。

由此也增加了前面任务中的OLED功能，在开始阶段显示任务内容，并在时间戳更新中显示当前日期和时间

执行后在打印串口可以卡到时间的更新

而在OLED上，可以看到启动任务内容提示

以及时间同步成功之后，本地时间的更新

功能完整代码如下，其中的wifi_ssid和wifi_password需要替换成自己的对应值

任务5：使用外部传感器

这次任务需要使用外接的传感器。本次搭配了两个，分别是AHT20温湿度传感器，和光照传感器。

一个是I2C接口，另一个则是ADC接口，因此需要用排线将他们连接到扩展版

先是温湿度传感器，接到I2C的接口

然后就是光照了，接到模拟扣上

接下来先准备操作外部的温湿度传感器AHT20。要使用这个传感器，必须要增加对该器件的支持包。这次我换了另一个安装方式：下载到本地再安装

首先到如下连接：https://pypi.org/search/?q=aht20，搜多到aht20可以使用的MicroPython支持包，并下载

然后打开包管理器

选择从本地安装

选择前面下载好的指定格式的包文件

打开之后显示正在安装

安装完成之后可以在左侧的lib文件夹中看到ahtx0的包了

然后在程序中可以使用import进来该包

使用AHT20

此后就可以使用如下操作获取温度和湿度值了

当然，I2C部分还需要跟之前的OLED一样，需要在前面先定义好

接下来准备光照传感器，本次的Grove - Light Sensor v1.2 是一个光敏传感器，常用于测量环境光强度。它可以通过连接到Grove基板或直接连接到开发板上的相应引脚来使用，上面的传感器实际使用了GL5528，一个光敏电阻(光相关电阻)来检测光的强度。光敏电阻的电阻随光强的增加而减小。板载双OpAmp芯片LM358产生对应于光强的电压(即。基于电阻值)。输出信号为模拟值，光越亮，数值越大，不过该值仅反映光强度的近似趋势，它不表示确切的明亮程度，根据手册可以初定光敏电阻的最大值可以检测到约350Lux

这样就可以使用ADC采样了。

首先设定好ADC的引脚和采样参数

然后获取ADC的值，并转换为电阻值和光照度

最后还得增加OLED 部分，在其上面更新内容

有了上述的基本操作方法，下面就可以融合一下了，即每秒采样温度和湿度，以及光敏电阻并计算照度，然后在oled上更新显示

运行效果如下

在shell输出中也会看到打印的相应内容了

完整代码如下

from machine import Pin, SoftI2C, ADC
import ssd1306
import utime
import time
from ahtx0 import AHT20

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))

oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

# 清空屏幕，并显示任务要求
oled.fill(0)
oled.text("Task 5:Sensor", 0, 0)
oled.text("Temp:", 0, 16)
oled.text("Humi:", 0, 32)
oled.text("Light:", 0, 48)
oled.show()

# aht20
aht = AHT20(i2c)

# 光照部分
adc = ADC(Pin(2))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)  #4095

while True:
    temp = aht.temperature
    humi = aht.relative_humidity
    
    light_adc = adc.read()
    
    # 计算光照强度单位Lux
    light_lux = light_adc * 350 * 1.0 / 4095
    
    # 算出电阻值单位K
    light_res = (4095 - light_adc) * 10.0 / light_adc
    
    print("Temp(°):\n");
    print('{:.2f}'.format(temp))
    print("Humi(%):\n");
    print('{:.2f}'.format(humi))
    print("Light(lux)\n");
    print('{:.2f}'.format(light_lux))
    print("Light(K)\n");
    print('{:.2f}'.format(light_res))
    
    # 清除变化部分的内容
    oled.fill_rect(64,16,64,48,0) 
    oled.text('{:.2f}'.format(temp), 64, 16)
    oled.text('{:.2f}'.format(humi), 64, 32)
    oled.text('{:.2f}'.format(light_lux), 64, 48)
    oled.show()
    
    # 延时1秒
    time.sleep(1)

任务6：综合实践（分任务3：开灯提醒器）

这个任务是要求完成监测环境光强度，如果光线太暗，通过屏幕和蜂鸣器提醒用户开灯，达到保护视力的效果。而我们有了前面几个任务之后，完成这个任务相对就比较简单了。

也就是在任务5的基础上，将温湿度的部分去除，再加入蜂鸣器的部分即可

首先是添加蜂鸣器

然后在下面增加光敏获取的照度值判断，当小于一定值时，蜂鸣器响起，并在OLED屏幕上显示Turn Light On的提示，而如果照度大于该值，则蜂鸣器关闭，且OLED不提示内容。

运行效果如下

当照度大于一定值

当照度小于该值

完整代码如下

from machine import Pin, SoftI2C, ADC, PWM
import ssd1306
import utime
import time

# Buzzer settings
buzzer_pin = Pin(5, Pin.OUT)
buzzer_pwm = PWM(buzzer_pin, freq=440, duty=0)  # 初始频率为440 Hz，初始占空比为0

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))

oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

# 清空屏幕，并显示任务要求
oled.fill(0)
oled.text("Task 6-3", 0, 0)
oled.text("Light:", 0, 16)
oled.show()

# 光照部分
adc = ADC(Pin(2))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)  #4095

while True:

    
    light_adc = adc.read()
    
    # 计算光照强度单位Lux
    light_lux = light_adc * 350 * 1.0 / 4095
    
    # 算出电阻值单位K
    light_res = (4095 - light_adc) * 10.0 / light_adc
    
    print("Light(lux):");
    print('{:.2f}'.format(light_lux))
    print("Light(K):");
    print('{:.2f}'.format(light_res))
    
    # 清除变化部分的内容
    oled.fill_rect(64,16,64,48,0) 
    oled.fill_rect(0,48,128,16,0)
    
    oled.text('{:.2f}'.format(light_lux), 64, 16)
    
    if light_lux < 66:
        print("We need to turn the light on\n");
        oled.text("Turn Light On", 0, 48)
        buzzer_pwm.duty(512)
    else:
        buzzer_pwm.duty(0)
        
    # 在此处更新显示
    oled.show()
    
    # 延时1秒
    time.sleep(1)

效果见视频介绍。

总结体会

其实很荣幸能够参加这一期的的Follow Me的活动，在活动过程中，不仅有直播技术讲解，更有各位大佬们的相互热心帮助，感受到大家的技术交流氛围，也从中学到了很多，感谢得捷，感谢EEWorld。

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