【得捷Follow me第3期】基于 XIAO ESP32 C3 和MicroPthon 的实验报告

nemon · 发表于2023-12-13 19:08

【得捷Follow me第3期】基于 XIAO ESP32 C3 和MicroPthon 的实验报告 [复制链接]

本帖最后由 nemon 于 2023-12-16 09:33 编辑

感谢主办方，我又一次参加了Follow Me的活动。

拿到板子之后自己做了一些功课，也跟着公开课（https://training.eeworld.com.cn/video/38591）进行了学习。现在按要求，把作业发一下。

一：视频介绍：

楼主语言能力比脚差，啰嗦了13分钟，视频一个多G，所以只好传到外站了：

二、任务/项目总结报告

1.项目介绍

我把3个选做题目放到2个小项目里完成了：

1.1 WiFi信号提示器

日常生活中，有时会发现wifi信号不好的情况，那么那些地方需要调整，增强信号呢？我们并没有一个明确的概念。

基于 Seeed Studio XIAO ESP32C3、Seeed Studio Expansion Board Base for XIAO的OLED屏，可以做一个WIFI信号测量器。你只要拿着它在房间里转一转就知道哪里信号强、适合放张床了。实际上只用到了XIAO ESP32C3和ssd1306 oled屏：

运行的效果可以看前面的视频，在OLED屏上显示热点名、信号强度的横向条形图、信号强度。直接用线来连接器件，组合起来是这样的：

1.2 生活环境助手

这个设计的目标是，能够在OLED上显示亮度、温度、湿度这3个数值，便于用户了解环境状况。另外，如果环境照度低于6勒克斯，说明实在是太黑了，蜂鸣器就会一直响，提醒用户开灯。

这个制作用到的器件比较多，包括光传感器、温湿度传感器、蜂鸣器和OLED屏。

运行的效果可以看前面的视频，在OLED屏上显示亮度、温度、湿度，并在光线昏暗的时候，用蜂鸣器警告用户。直接用线来连接器件，组合起来是这样的：

3. 各任务功能完成过程，对应的主要代码片段及说明

任务1 使用MicroPython系统

在XIAO官网wiki（https://wiki.seeedstudio.com/XIAO_ESP32C3_MicroPython/），可以学到，刷microPython古剑的步骤是：

首先从

链接已隐藏，如需查看请登录或者注册

克隆获取烧写工具；

然后到 https://micropython.org/download/ESP32_GENERIC_C3/ 下载最新固件，我找到的是 v1.21.0 (2023-10-05) .bin ，并放在esptool-master\esptool 里；

之后执行

esptool.exe --chip esp32c3 --port COM10 --baud 921600 --before default_reset --after hard_reset --no-stub  write_flash --flash_mode dio --flash_freq 80m 0x0 ESP32_GENERIC_C3-20231005-v1.21.0.bin

注意 “COM10”要换成自己的串口。

然后就可以支持microPython了。我用的工具是Thonny，代码是

print( ("%s {who}!"%"hello").format(**{"who":"world"}) )

用两种不同的格式化方式组合，输出了“hello world！”，效果请看前面的视频。

任务2：驱动扩展板上的OLED屏幕

仍然是参考官网wiki，并且在学习了老师的视频（https://training.eeworld.com.cn/video/38591）。

使用I2C接口来控制OLED，并且使用gfx库来实现绘图。gfx的绘图方法看上去有点笨，是调用初始化时硬件的绘制一个像素点的方法。但是配合硬件库show()的刷新机制，对性能也没有什么大的影响。

# task 2
# show graph and word by OLED
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)

import gfx
grf=gfx.GFX(oled_width, oled_height, oled.pixel)
oled.fill(0)
oled.text("hello world!",16,8)
grf.rect(0,0,127,64,1)
grf.rect(4,4,119,56,1)

grf.fill_circle(64-6*2,20+6,6,1)
grf.line(  64+6+12,20+6 , 64+6,20+6,6 )
grf.rect(  64+6,20+0 , 12,12 ,1)
grf.triangle( 64-6*2,20+6*5 , 64,20+6*2 ,  64+6*2,20+6*5 , 1)
oled.show()

这段代码效果是在OLED边沿画双层的矩形框输出“hello world！”和实心圆形、正方形（中间有一横线）、三角形，效果请看前面的视频。

任务3：控制蜂鸣器播放音乐

蜂鸣器是用GPIO输出PWM直接驱动的，我首先定义了音阶，然后定义了曲子，遍历曲子的每一个字符输出即可：

# task 3
# play music
import machine
import time

# Buzzer settings
buzzer_pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)
buzzer = machine.PWM(buzzer_pin)
buzzer.freq(1047)

##### ( C4, D4, E4, F4, G4, A4 , B4, C5, D5, E5, F5, G5, A5, B5)
sim = (262,294,330,349,392,440 ,494,523,587,659,698,784,880,988)

# little strars
notes = (
    1,1,5,5,6,6,5,0,  4,4,3,3,2,2,1,0,
    5,5,4,4,3,3,2,0,  5,5,4,4,3,3,2,0,
    1,1,5,5,6,6,5,0,  4,4,3,3,2,2,1,0,
)
# 2 tigers
#notes = (
#    1,2,3,1,0,   3,4,5,0,   3,4,5,0,
#    5,6,5,4,3,1,0,  5,6,5,4,3,1,0,
#    1,5,1,0,  1,5,1,0, 
#)

dur = 250

def play_a_song(music):
    l = len(music)
    for i in range(l):
        c = music[i]
        wait = dur
        if c != 0:
            buzzer.duty(512)
            buzzer.freq(sim[ c - 1 ])
        else:
            buzzer.duty(0)  # Turn off
        time.sleep_ms(wait)
        buzzer.duty(0)  # Turn off
        time.sleep_ms(50)

while True:
    play_a_song(notes)
    time.sleep(1)

这段代码效果是播放歌曲“小星星”，效果请看前面的视频。

任务4：连接WiFi网络

Seeed Studio XIAO ESP32C3 自带WiFi功能，我的无线AP虽然信号不是太好，但因为离得进所以没有XIAO接天线一样能用。但是由于没有接外网，所以自己做了个简单的http服务：

from http.server import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServer
import time

class SvrHandler(BaseHTTPRequestHandler):
    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.end_headers()
        self.wfile.write(b'OK')
        print("ok")

def run_server():
    server_address = ('', 80)
    httpd = HTTPServer(server_address, SvrHandler)
    print('Server running on port 80...')
    httpd.serve_forever()
 
run_server()

这段代码的作用是当收到对根的访问时，返回字符“OK”。而XIAO上的代码是这样的：

# task 4
# connect to wifi
from machine import Pin, SoftI2C
from time import sleep
import time
import network
import urequests

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)

# Network settings
wifi_ssid = "FAST_538C80"
wifi_password = "12345678"

#url = "http://api.vvhan.com/api/color"
url = "http://172.16.3.41/"

station.scan()
while not station.isconnected():
    print("Connecting...")
    station.connect(wifi_ssid, wifi_password)
    time.sleep(10)

print("Connected!")
print("My IP Address:", station.ifconfig()[0])
#print("station:", station.ifconfig() )

response = urequests.get(url)
if response.status_code == 200:
    print("response:",response.text)
else:
    print("Failed",response.status_code)

这段代码作用是联网后访问服务器并打印返回的信息，效果请看前面的视频。

任务5：使用外部传感器

这个必做任务的要求是连接环境光传感器或温湿度传感器，获取传感器的数值，并转换成真实的物理量。考虑选做任务有这两项：

分任务2：温湿度数据记录仪（定时记录温湿度传感器的值，并展示出来。可记录到开发板内置存储中，也可以通过物联网服务发送数据到云端。）

分任务3：开灯提醒器（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。）

于是在做任务5的时候一并做了：

# task 5
# light sensor,
from machine import Pin,ADC,PWM,SoftI2C
import time

adc = ADC(Pin(2))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT) #0~4095

def get_lux():
    light_adc = adc.read()
    lux = light_adc * 350 * 1.0 / 4095
    return lux

import ahtx0
i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))
aht = ahtx0.AHT20(i2c)

def get_temp_humi():
    temp = aht.temperature
    humi = aht.relative_humidity
    return (temp,humi)

import ssd1306,gfx
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
grf=gfx.GFX(128, 64, oled.pixel)


bz_pin = Pin(5, Pin.OUT)
bzer = PWM(bz_pin)
bzer.freq(1047)

def show_val(lux,temp,humi):
    oled.fill(0)
    oled.text("lux:%.4f"%lux,2,2)
    oled.text("tmp:%.4f"%temp,2,12)
    oled.text("hum:%.4f"%humi,2,22)
    oled.show()

while True:
    lux = get_lux()
    temp,humi = get_temp_humi()
    print("lux",lux,"temp:%f,humi:%f"%(temp,humi) )
    show_val(lux,temp,humi)
    if lux<6:
        bzer.duty(512)
        bzer.freq(330)
    else:
        bzer.duty(0)
    time.sleep(1)

这段代码执行后效果是在OLED屏上显示亮度、温度、湿度，并在光线昏暗的时候，用蜂鸣器警告用户。效果请看前面的视频。

任务6：综合实践

这题虽然是选做题目，但是既然在任务5里做了2个选做题了，那剩下的那个选做题也休想逃出我的魔爪。

分任务1“寻找WiFi发射源的位置”的要求是实时测量WiFi信号强度，同时移动开发板位置，找到WiFi发射源（例如路由器）的位置。

这个移动开发板实在是没思路，靠人力吧。但是这“实时测量WiFi信号强度”还是不成问题的，前面在连接Wifi的时候就发现，用热点名和密码连接之前，必须要做一次scan。这个scan，就可以返回搜索到的热点的信号强度。为了不把隔壁老王家的wifi也搜出来显示，我在显示前筛选了一下，代码如下：

# task 6
# 
import network
import urequests
import utime as time
from machine import Pin, SoftI2C
import ssd1306
import gfx

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
grf=gfx.GFX(128, 64, oled.pixel)

def scan_and_show(ap_list=['FAST_538C80']):
    rtn={}
    station = network.WLAN(network.STA_IF)
    station.active(True)
    for ssid, bssid, channel, RSSI, authmode, hidden in station.scan():
        if "{:s}".format(ssid) in ap_list:
            rtn[ssid]=int(RSSI)
    return rtn

while True:
    oled.fill(0)
    v=scan_and_show(['FAST_538C80'])
    i=0
    for k in v:
        w=-v[k]
        if w>100:
            w=100
        grf.fill_rect(0,(1+i)*16+1,20+w,14,1)
        oled.text(k,2,i*16+1+3)
        oled.text("%d"%v[k],2,i*16+1+3+32)
        i=i+1
        if i>2:
            break
    oled.show()
    time.sleep(0.1)

这段代码执行后效果是在OLED屏上显示热点名、信号强度的横向条形图、信号强度。效果请看前面的视频。

4. 心得体会

感谢主办方组织了这次活动，让我感觉对micropython的应用前景有了更直观的认识。在解决问题的过程中得到了微信群里很多热心朋友的帮助，谢谢你们！

三：代码

在这里免积分下载：https://download.eeworld.com.cn/detail/nemon/630290