家用彩屏智能时钟与温湿度表DIY

testmu · 发表于 2020-8-6 10:25:35

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最近坛子里表哥的帖子比较火，于是想蹭一下热点，做一个自动对时的时钟
刚好手上有个ESP8266开发板，加一块OLED显示屏(I2C接口)，应该很容易

1 开发环境
之前测试时ESP8266是用LUA脚本开发的，因为LUA用得很少，写起来很难受，
而且脚本语言，你懂的，效率低，虽然用起来可能感觉不到
网上看到Arduino IDE支持ESP8266开发，于是建好了环境，试了下，C++比LUA顺眼多了
不过Arduino IDE不支持自动代码完成，也不能跳转到变量或函数的定义，这样读写代码很不方便
最终，选择了VSCODE+PLATFORMIO插件的方式
传送门：
[url=https://blog.csdn.net/gengyuchao/article/details/84928771]NodeMCU开发环境搭建之PlatformIO （ESP8266）[/url]

环境基本建好了，就需要下载相关的库了，没必要重复造轮子
很多常用库可以在PlatformIO中找到，找到后安装一下就可以引用了
关于WIFI的连接，基础环境自带，不需要另外找库，因为是自用，SSID和密码固定在代码里就行了
如果想商业化，就要考虑配置的问题，可能需要相关的库支持
再就是显示屏的库，OLED用的主控是SD1306 128*64，选了u8g2,支持模拟spi i2c 或硬件的spi i2c,带中文字库
剩下就是时间和NTP对时，可用的库有NTPClient,NTPClientlib,或者用UDP协议自己写也行

2 撸代码，调试
代码略....
后面再放代码

3 初版完成
可惜初版的成品没拍照，已经没有了。比较简陋，屏幕太小，0.96寸的，显示了时分秒年月日和星期

用了几天后，自己总结了一下：
1 可以自动对时，永远不用人为的干预
2 屏幕太小，所以字也小，远了看不清，如果老花眼体验更差
3 这个OLED是单色的，只能显示黑和白，效果不理想
3 功能太少，没有温度、湿度、农历等显示
总而言之，优点太少，缺点太多，看来还需要继续努力了

testmu · 发表于 2020-8-6 10:51:56

..........................................续.......................................

现在看来，主要受制于屏幕大小，导致了其它的功能的实现，所以先解决屏幕的问题
某宝上找了好久，找到了一款2.8寸的TFT屏，有SPI接口，当然也有并口的，但一是ESP8266IO口不够，
二是太多线了接线和调试很麻烦，三是屏小刷新速度够，没必要用并口
下单后，第2天就到了，然后找卖家要了技术资料

1 新屏的接线
旧屏只用了4根线，新屏虽然用的SPI，但多了一些其它的线，一共有8根线与ESP8266相连（省掉MISO就是7根线）：
3.3V电源地 SPI时钟 SPI-MISO(这个可以省略) SPI-MOSI 片选信号复位信号数据命令选择信号
屏上还有4个共阳极的背光灯，为了简单，阳极接3.3V，阴极并联后串了个小电阻再接地，我用的17欧，想亮点可以用10欧

2 屏的测试
屏的主控是ILI9431，先在platformio上找一下有没有现成的库，就它了： TFT_eSPI
可惜这个库不带中文字库，而且即使u8g2有，也是很小的字库，不适合在大屏上用，后面再想办法吧
先测试点亮屏幕吧，还好这些库都带有例程，根据实际接线配置好引脚就行了
上图：

第3张图是把之前的代码移植过来的，是不是很简陋

testmu · 发表于 2020-8-6 11:20:10

....................................续...........................................

屏解决了，剩下的事就可以开展了，计划增加温度和农历显示（为什么不是温湿度？后面再解释）

1 UI设计
既然是彩屏，当然不能显示几个字符就完事了，先找几张漂亮的背景图要求是320*240,而且颜色要深，否则影响数据显示
就这张吧：

前面提到，这个TFT_eSPI库不带中文字库，所以直接把要显示的汉字画到背景图上就解决了这个问题，
该PS出马了，本来windows的画图也行，但如果想修改就得重新来过。字体用楷体吧，颜色用白色
图先不上了，后面直接看整体效果图

2 农历算法
网上找了一下，找到现成的公历转农历的算法了，然后再修改了一下，测试了几个日期，结果都正确，搞定

3 温度显示
刚好手上用一颗MCP9701A，3PIN的类三极管的插件封装，分别是电源输出地
在0度时输出为400mV，然后每升1度增加19mV。这样，只要测量出输出的电压就能计算出当前温度了
ESP8266刚好有一个ADC引脚，10位精度，好像没有地方接基准电压，只能用3.3V电源当基准电压
不管了，先试用一下吧

4 第二版完成，上图

重新数了下，是8根线没错吧

用了一天，总结如下：
大部分之前的问题都解决了，但温度是个大问题，误差大的时候估计有3度了

---------------------------------待续------------------------------

lbdj88 · 发表于 2020-8-6 11:21:49

我床头边的就是1.96寸OLED，显示了日期与星期，时间，温湿度，时间是用的DS3231SN，虽然没有校时，但走时还是很精准

testmu · 发表于 2020-8-6 11:57:03

本帖最后由 testmu 于 2020-8-6 18:10 编辑

....................................续...........................................
1 温度问题

如果能把温度的问题解决就接近完美了，分析了下，
主要原因应该是ESP8266的ADC参考电压为电源电压，而电源电压并不稳定导致的
为了解决温度的问题，网上找了下，发现几个传感器好像还不错，都是单线数字接口的
DHT11 DHT22 DS18B20，比较如下：

比较的原文在这里：https://randomnerdtutorials.com/dht11-vs-dht22-vs-lm35-vs-ds18b20-vs-bme280-vs-bmp180/

DHT11精度太低，不考虑，就剩下DHT22和DS18B20了，
后者只有温度没有湿度，但便宜，前者有温湿度，但稍微有点贵
犹豫不决时，突然想到家里有几个不用的温湿度控制器，也许有现成的说不定
拆了一个，发现是个湿度传感器，也是三线的，而且是模拟的，不考虑
又拆了一个，好像有戏，白色的4PIN，看了下型号，AM2303,和DHT22（也叫AM2302）差一个字，应该能用

接好线后，就要写测试代码了，刚好有现成的库，参考了这篇文章，写得非常详细：
https://randomnerdtutorials.com/esp8266-dht11dht22-temperature-and-humidity-web-server-with-arduino-ide/

然后测试，用串口打印温湿度信息，碰到点问题(接线问题，ESP那边不能随便接)，解决后，可以看到正确的温湿度了

2 温度与湿度的显示

既然采集到了湿度，那界面得修改并增加湿度显示了，好像屏幕剩余空间不多，干脆把农历的年省掉吧
界面弄好了，转成字节数组（忘记说了，自己写了一个工具，用来把jpg转成字节数组，platformio有jpg库JPEGDecoder,可以解析jpg文件）
然后增加并更新数据的位置显示，同时有些细节做了处理：
比如对时失败或者温湿度传感器异常时在屏幕上进行提示

3 最终成品如下：

应该还行吧

4 后续展望

界面应该还可以再美化一下
可以考虑增加天气显示（调用网络API）
可以考虑接入物联网(比如ONENET BLINKER),并实现电子留言版功能，不在家时可以用手机发布留言，推送到屏幕显示酷吧？:lol:

更多精彩留给有创意的坛友去完成!

代码在此:

tft-clock.rar (1.94 MB, 下载次数: 4, 售价: 8 家元)

=============The END================

testmu · 发表于 2020-8-6 12:03:42

lbdj88 发表于 2020-8-6 11:21
我床头边的就是1.96寸OLED，显示了日期与星期，时间，温湿度，时间是用的DS3231SN，虽然没有校时，但走时还 ...

我放客厅用的，放路由器上面，用路由器的USB供电
主要是手上有现成的ESP8266，就用网络对时的方案了

后面还可能接入物联网做电子留言板

8139 · 发表于 2020-8-6 13:47:53

坛友弓马娴熟，都玩出花来了:titter:

aacyxjz · 发表于 2020-8-6 14:15:44

厉害了，前排围观

苏州熊猫 · 发表于 2020-8-6 14:23:05

还是要搞汉字库，农历一定要用汉字显示出来才够味，还有星期几也是。

再搞个自动白天黑夜模式，否则晚上太亮反而看不清，还刺眼；也可以在晚上几点后只全屏显示时间。

testmu · 发表于 2020-8-6 14:45:44

苏州熊猫发表于 2020-8-6 14:23
还是要搞汉字库，农历一定要用汉字显示出来才够味，还有星期几也是。

再搞个自动白天黑夜模式，否则晚上太 ...

时间有限，暂时没弄汉字库，农历和星期，只要这几个字就够了：零一二三四五六七八九十廿
计划是想做个取模软件，从TrueType Font 里面提取的,没空弄就放弃了，
如果商用肯定是用汉字显示了，自用到是问题不大，看个人了

自动白天黑夜模式，背光直接通过电阻接电源了，没用PWM调光，
不过我的背光调得不算亮，晚上感觉还好
或者晚上可以用较深的颜色显示来降低亮度

testmu · 发表于 2020-8-6 18:11:28

代码已上传，第5楼

胡奚曷 · 发表于 2020-8-6 19:33:00

不如用手机当显示屏，毕竟旧手机不值钱

testmu · 发表于 2020-8-6 20:00:26

胡奚曷发表于 2020-8-6 19:33
不如用手机当显示屏，毕竟旧手机不值钱

手机没有温湿度传感器，只能通过网络获取个大概值
重要的是，用手机就不是diyer了，:giggle:

胡奚曷 · 发表于 2020-8-6 20:11:58

温湿度用单片机或ES8266采集，通过蓝牙或者WIFI传给手机……
也可以DIY

wznanan · 发表于 2020-8-6 21:16:15

这些年，见过比较好看的就下面这个了。

lyy-cy · 发表于 2020-8-6 21:34:49

1 瑞士Sensirion 数字温度传感器 SHT30
1.1 官网手册描述
 Humidity and Temperature Sensor
 Fully calibrated, linearized, and temperaturecompensated digital output
 Wide supply voltage range, from 2.4 to 5.5 V
 I2C Interface with communication speeds up to 1MHz and two user selectable addresses
 Typical accuracy of 2%RH and 0.3°C
 Very fast start-up and measurement time
 Tiny 8-Pin DFN package

1.2 产品描述：
SHT30建立在全新和优化的CMOSens® 芯片之上，进一步提高了产品可靠性和精度规格。SHT3x提供了一系列新功能，如增强信号处理、两个独特和用户可选I2C地址、一个可编程温湿度极限的报警模式，以及高达1 MHz的通信速度。
新型数字湿度传感器SHT3x系列将传感器技术提升到了一个新水平。作为SHT2x系列的继承者，它将定义湿度传感的下一个行业标准。SHT3x湿度传感器系列包括低成本版本SHT30、标准版本SHT31，以及高端版本SHT35。SHT3x湿度传感器系列结合了多种功能和各种接口（I2C、模拟电压输出），应用友好，工作电压范围宽（2.4至5.5 V），适合各类应用。
SHT30建立在全新和优化的CMOSens® 芯片之上，进一步提高了产品可靠性和精度规格。SHT30提供了一系列新功能，如增强信号处理、两个独特和用户可选I2C地址、一个可编程温湿度极限的报警模式，以及高达1 MHz的通信速度。
DFN封装的占位面积为2.5 × 2.5 mm2，高度为0.9 mm。这有助于SHT30集成到多种应用。此外，2.4至5.5 V的宽电源电压范围和多种可选接口可保证与不同集成要求的兼容性。总之，SHT30湿度传感器系列融入了Sensirion作为行业领导者15年的经验和心血,是一款超高性价比的产品。