【2024 DigiKey 创意大赛】+总结

meiyao

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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。

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[LVGL_PORT_BUFFER_NUM_MAX] = { 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[i] = heap_caps_malloc(buffer_size * sizeof(lv_color_t), LVGL_PORT_BUFFER_MALLOC_CAPS);
        assert(buf[i]);
        ESP_LOGD(TAG, "Buffer[%d] address: %p, size: %d", i, buf[i], buffer_size * sizeof(lv_color_t));
}

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。



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...
}

五、作品功能演示视频

视频：

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67d78eec74b8c8e8ae0e56c8642c37ab

文档：

DigiKey_contest_2024_word.doc (1.62 MB, 下载次数: 3)

原码：

https://download.eeworld.com.cn/detail/meiyao/634898
【2024 DigiKey 创意大赛】+功能

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1298153-1-1.html

【2024 DigiKey 创意大赛】+硬件准备

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1298135-1-1.html

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

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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