【得捷Follow me第3期】+ 寻找WiFi发射源的位置(任务综合帖)

jone5 · 发表于2023-12-17 16:56

【得捷Follow me第3期】+ 寻找WiFi发射源的位置(任务综合帖) [复制链接]

在此非常感谢EEworld和DigiKey举办的Follow me系列第3期活动，给我们学习机会。谢谢

【第一部分】3—5分钟短视频

【第二部分】任务/项目总结报告

任务1：使用MicroPython系统【对该任务的介绍、功能对应的主要代码片段及说明、功能展示及说明、心得体会建议】

此任务主要点是搭建Python开发环境，烧录Python固件并使用。

1.1 搭建Python环境

首先下载Thonny 工具安装，安装完成后建议使用English版本，若不使用English版本后面会对包管理造成影响，导致搜索不出来。

1.2 下载最新的python固件

https://micropython.org/download/esp32c3/

1.3 通过Thony下载python固件至ESP32C3中

1.4 参考python手册使用实时时钟RTC

from machine import RTC

rtc = RTC()

rtc.datetime((2023,12, 12, 1, 12, 48, 0, 0)) # set a specific date and time

print(rtc.datetime() )# get date and time

任务2：驱动扩展板上的OLED屏幕【对该任务的介绍、功能对应的主要代码片段及说明、功能展示及说明、心得体会建议】

这里需提前在Thonny下载好ssd1306的库。

note：在安装的时候需选择English版本，否则无法更新。

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import time

from machine import Pin, SoftI2C

import ssd1306

import math



# ESP8266 Pin assignment

i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))  # Adjust the Pin numbers based on your connections

oled_width = 128

oled_height = 64

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



oled.fill(0)  # Clear the screen

oled.text("I Love EEWORLD!", 10, 15)

oled.text("/////", 30, 40)

oled.text("(`3`)y", 30, 55)

oled.show()  # Show the text

任务3：控制蜂鸣器播放音乐【对该任务的介绍、功能对应的主要代码片段及说明、功能展示及说明、心得体会建议】

3.1 蜂鸣器原理介绍

通过扩展板资料查找，确认蜂鸣器buzzer的引脚是A3，结合XIAO C3的引脚图得知使用的引脚是GPIO5。

3.2 任务开发

由以上蜂鸣器的驱动原理，可以确定蜂鸣器播放音乐步骤：

3.2.1 确认引脚

这里引入用户Button，当用户button按下后，蜂鸣器响起，我们先尝试将蜂鸣器驱动起来。

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Buzzer A3   = GPIO5

3.2.2 将引脚设置为PWM输出

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buzzer = machine.PWM(buzzer_pin)

buzzer.freq(1047)

3.3.3 设定音乐频谱

我们主要是通过控制PWM频率来发出不同的声调，例如

3.3.4 循环执行音乐频谱

任务4：连接WiFi网络【对该任务的介绍、功能对应的主要代码片段及说明、功能展示及说明、心得体会建议】

4.1 ESP32C3 联网库分析

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import network



wlan = network.WLAN(network.STA_IF) # create station interface

wlan.active(True)       # activate the interface

wlan.scan()             # scan for access points

wlan.isconnected()      # check if the station is connected to an AP

wlan.connect('ssid', 'key') # connect to an AP

wlan.config('mac')      # get the interface's MAC address

wlan.ifconfig()         # get the interface's IP/netmask/gw/DNS addresses



ap = network.WLAN(network.AP_IF) # create access-point interface

ap.config(ssid='ESP-AP') # set the SSID of the access point

ap.config(max_clients=10) # set how many clients can connect to the network

ap.active(True)         # activate the interface

4.2 实现

连接到本地WIFI网络的一个有用的功能是：

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def do_connect():

    import network

    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)

    wlan.active(True)

    if not wlan.isconnected():

        print('connecting to network...')

        wlan.connect('ssid', 'key')

        while not wlan.isconnected():

            pass

    print('network config:', wlan.ifconfig())

一旦网络建立起来，该socket模块就可以像往常一样创建和使用 TCP/UDP 套接字，并且该requests模块可以用于方便的 HTTP 请求。

调用后，默认情况下，设备将永远wlan.connect()重试连接，即使身份验证失败或范围内没有 AP。将返回此状态，直到连接成功或接口被禁用。这可以通过调用来更改，其中 n 是所需的重新连接尝试次数（0 表示不会重试，-1 将恢复尝试永久重新连接的默认行为）。wlan.status()network.STAT_CONNECTINGwlan.config(reconnects=n)

任务5：使用外部传感器【对该任务的介绍、功能对应的主要代码片段及说明、功能展示及说明、心得体会建议】

5.1 ATH20温湿度传感器说明

5.2 光照传感器说明

光照传感器主要通过不同光照照射

5.3 功能实现

光照传感器主要通过ADC采样，通过python源码发现有类似的例子，通过Thonny修改下载后可读取ADC值。

AHT20 温湿度读取接口已在ahtx0.py有定义，可直接引用。

整体代码如下：

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

#设置I2C引脚
i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))

#设置SS1306对象
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)

# 清空屏幕，并显示温湿度和光照强度
oled.fill(0)
oled.text("##EEWORLD Task##", 0, 0)
oled.text("Temp:", 0, 16)
oled.text("Humi:", 0, 32)
oled.text("Light:", 0, 48)
oled.show()

# 温湿度对象申明
aht = AHT20(i2c)

# ADC读取光照强度
adc = ADC(Pin(2))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)  

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：寻找WiFi发射源的位置

本期主线任务选择”寻找WIFI发射源位置“。

6.1 原理说明

WIFI信号的强弱主要由RSSI值体现，

RSSI的单位是DBm，dbm是一个表示功率绝对值的单位，他的计算公式为10lg(功率值/1mw)。例如如果接收到的功率为1mw，按照dbm单位进行折算后的值应该为10lg 1mw/1mw=0dbm。当然在实际传输过程中接收方是很难达到接收功率1mw的。因为还有接收端的天线增益，所以即使接收功率是0.00001mw(即-50db)时，RF射频的接收端也能很好地进行码元解码。

为什么测量出来的dbm值都是负数？

答：首先我们需要知道的是无线信号dbm都是负数，最大是0。因此测量出来的dbm值肯定都是负数。因为dbm值只在一种情况下为0，那就是在理想状态下经过实验测量的结果，一般我们认为dbm为0是其最大值，意味着接收方把发射方发射的所有无线信号都接收到了，即无线路由器发射多少功率，接收的无线网卡就获得多少功率。当然这是在理想状态下测量的，在实际中即使将无线网卡挨着无线路由器的发射天线也不会达到dbm为0的效果。所以说测量出来的dbm值都是负数，不要盲目的认为负数就是信号不好。

既然我们已经知道dbm是负数，那可以确定值越大，信号越好，越说明无线路由器发射的功率都被无线网卡接收到了。因此dbm值应该越大越好，-50dbm说明接收到的无线信号要好于-70dbm。

6.2 接口分析

而要想识别RSSI的强弱，涉及很多信号原理相关知识，但是在ESP32C3的代码库中已经有现成的函数可以直接返回WIFI信号强度，通过对network.pyi分析，我们可以知道status接口会返回WIFI信号强度。

通过以上预备知识的梳理，我们现在正式开始项目。

6.3 代码实现

6.3.1 需求

1、连接路由器

2、OLED需实时显示RSSI值

3、当RSSI处于-80至-60时显示信号LOW，[-60,-40)显示Middle，【-40，-20）显示High，大于-20显示Excellent。

4、信号越好蜂鸣器需鸣叫的越快，以便定位位置。

5、显示温湿度

6、获取网络最新时间并显示

6.3.2 实现

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import network
import time
from time import sleep
import machine,ntptime
from machine import Pin, SoftI2C,ADC
import ssd1306
import math
from ahtx0 import AHT20

#设置I2C引脚
i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))
# 温湿度对象申明
aht = AHT20(i2c)

# ADC读取光照强度
adc = ADC(Pin(2))
adc.atten(ADC.ATTN_11DB)
adc.width(ADC.WIDTH_12BIT)  

# ESP32C3 Pin assignment
i2c = SoftI2C(scl=Pin(7), sda=Pin(6))  # Adjust the Pin numbers based on your connections
oled_width = 128
oled_height = 64
oled = ssd1306.SSD1306_I2C(oled_width, oled_height, i2c)

# Network settings
wifi_ssid = "H3C_44671C"
wifi_password = "wjly032623"

oled.text("Starting up...", 0, 0)
oled.show()

station = network.WLAN(network.STA_IF)
station.active(True)
station.connect(wifi_ssid, wifi_password)
time.sleep(1)

while not station.isconnected():
    time.sleep(1)

oled.fill(0)
oled.text("Connecting to", 0, 0)
oled.text(wifi_ssid, 0, 20)
oled.show()
time.sleep(2)

oled.fill(0)
ip_address = station.ifconfig()[0]  # Get the IP address
oled.text("Connected! ", 0, 0)
oled.text("IP Address:", 0, 20)
oled.text(ip_address, 0, 40)

oled.show()
time.sleep(2)

# Buzzer settings
buzzer_pin = machine.Pin(5, machine.Pin.OUT)
buzzer = machine.PWM(buzzer_pin)
buzzer.freq(1047)
buzzer.duty(0)

center_x = oled_width // 2
center_y = oled_height // 2
square_size = 6  # Size of each square
num_squares = 12  # Number of squares
angle_increment = 2 * math.pi / num_squares

x_pos = [12, 38, 64, 90]
statuses = ["L", "M", "H", "Nice"]

def calculate_block_count(rssi):
    # Determine the number of blocks based on RSSI values
    if -80 <= rssi < -60:
        return 1
    elif -60 <= rssi < -40:
        return 2
    elif -40 <= rssi < -20:
        return 3
    elif -20 <= rssi <= 10:
        return 4
def sync_ntp():
    """通过网络校准时间"""
    while True:   #时间校准
        try:
            ntptime.settime()
            break;
        except:
            print('time no')
            time.sleep(1)

def ShowTime():

    NetWortime=time.localtime()
    NetWortime='%d-%d-%d %d:%d'%(NetWortime[0],NetWortime[1],NetWortime[2]+1,NetWortime[3]-16,NetWortime[4])
    oled.text(NetWortime,0,48)

    
    
def Get_Sensor_Value():
    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
    oled.text("T:", 0, 24)
    oled.text("H:", 64, 24)
    oled.text("L:", 0, 36)
    oled.text('{:.2f}'.format(temp), 16, 24)
    oled.text('{:.2f}'.format(humi), 80, 24)
    oled.text('{:.2f}'.format(light_lux), 16, 36)
    oled.show()
    
while True:
    sync_ntp();
    NetWortime=time.localtime()
    print(type(NetWortime),NetWortime)
    NetWortime='%d-%d-%d %d:%d:%d'%(NetWortime[0],NetWortime[1],NetWortime[2],NetWortime[3]+8,NetWortime[4],NetWortime[5])
    print(NetWortime)
    oled.fill(0)
    station = network.WLAN(network.STA_IF)
    time.sleep(0.1)
    oled.text("##EEWORLD Task##", 0, 0)
    rssi = station.status('rssi')
    rssi_duty = 160 + 2 * int(rssi)
    rssi_duty_2 = int(rssi_duty / 2)
    rssi_abs = abs(int(rssi)) / 100
 
    block_count = calculate_block_count(rssi)
    status = statuses[block_count - 1]  # Get the status text based on block count
   
    oled.text("RSSI:", 0, 12)
    oled.text(str(rssi), 40, 12)
    oled.text("SQ:",72,12)
    oled.text(status, 96, 12)
    

    
    Get_Sensor_Value()
    ShowTime()
    oled.text(ip_address, 0, 56)
    
    # Update the display
    oled.show()

    buzzer.duty(rssi_duty)
    time.sleep(rssi_abs)
    buzzer.duty(0)
    time.sleep(rssi_abs)
    buzzer.duty(rssi_duty_2)
    time.sleep(rssi_abs)
    buzzer.duty(0)
    time.sleep(rssi_abs)

【第三部分】源码

https://download.eeworld.com.cn/detail/jone5/630296

【第四部分】心得体会

我是第一次使用python对ESP32进行开发，因此此次任务对我来说还是具有很强的学习意义的，非常感谢EEWORLD联合得捷的此次任务，给了我们很多学习的机会。因为第一次接触用python去开发Esp32，由于工作繁忙，很多接口还不会使用，我会继续阅读学习Esp32 miceopython源码，以熟悉此中开发方式原理并进行分享。

最后再次感谢EEWorld提供此学习机会及分享的平台。非常感谢

【第五部分】参考资料

ESP32C3资料链接： https://wiki.seeedstudio.com/XIAO_ESP32C3_Getting_Started/

扩展板资料： https://wiki.seeedstudio.com/Seeeduino-XIAO-Expansion-Board/

Micropython资料链接; https://wiki.seeedstudio.com/XIAO_ESP32C3_MicroPython/

Micropython 参考手册： https://docs.micropython.org/en/latest/esp32/quickref.html

光照传感器手册：https://mm.digikey.com/Volume0/opasdata/d220001/medias/docus/2283/101020132_Web.pdf

温湿度传感器手册：https://mm.digikey.com/Volume0/opasdata/d220001/medias/docus/448/101990644_Web.pdf