最初于2019年12月3日发布
这篇文章来源于DevicePlus.com英语网站的翻译稿。
本文最初发布在deviceplus.jp网站上,而后被翻译成英语。
您每天早上被什么闹钟吵醒?早上人们的一个常见问题是关掉闹钟并直接回去睡觉。
这一次,我们决定使用ESP32制作一个“唤醒闹钟”,应该有助于解决这个问题。
预计完成时间:120分钟
名称 | 卖方 | 价格 |
ESP32-DevKitC(2 件) | 贸泽电子 | 约10.00美元 |
DS3231 模块 | 亚马逊 | 约3.00美元 |
LIR2032(纽扣充电电池) | 亚马逊 | 约3.60美元 |
扬声器 | 亚马逊 | 约1.00~3.00美元 |
2.8英寸SPI连接器 320×240像素LCD屏幕 | 亚马逊 | 约15.00美元 |
*除上述物品外,还需要一个轻触开关、一个LED和一个约100Ω的电阻器。
我们来使用ESP32完成一个目标吧:像普通闹钟一样在屏幕上显示日期和时间,并在指定的时间响起。在设计制作这款“唤醒闹钟”时,我们需要将分机按钮(用于关闭闹钟)与闹钟主机分开放置。之所以这样设计,是因为想要您必须起床并走到分机按钮处才能将闹钟关掉。
如下面的视频所示,使用两个ESP,一个用于主机,另一个用于分机。在视频中,主机和分机是挨着的,但如果通过Wi-Fi连接,它们是可以在Wi-Fi范围内分开放置的。
将主机和分机分开放置时,请使用ESP32的Wi-Fi功能。两个ESP32作为Web服务器和客户端运行,并相互通信,如图1所示。
图 1 主机和分机之间的通信
对于Arduino等微控制器来说,通常能够获取在启动程序后经过的时间。但是,您获得的时间通常不是很准确,因为断电时会重置经过时间。
而如果使用ESP32,则可以通过Wi-Fi连接到互联网,以定期从互联网上的NTP服务器获取日期和时间,并将其设置到ESP32上。但Arduino Uno等部分微控制器没有互联网连接功能,因此,拥有一种可以更轻松地处理日期和时间的机制会很方便。
这就是为什么经常使用一种被称作“RTC”(实时时钟)的IC。 RTC是基于周期性发出信号的元件来计时的IC。此外,通过将其连接到电池等外部电源,即使在微控制器断电时也可以继续计时。
许多产品都采用RTC,此次,我们将使用一种名为“DS3231”的RTC模块。
在电子设计所用的RTC模块当中,DS3231模块很受欢迎,且很容易获得。由于接口是I2C,因此只需要4根线。除了RTC功能,还具有温度传感器功能(不过本文不会用到温度传感器)。
此外,在照片1所示的DS3231上,安装一个名为“LIR2032”的纽扣电池,这样即使在微控制器关闭的情况下也能继续记录日期和时间。LIR2032的电池尺寸与CR2032的相同,但不同的是它可充电。
照片1 DS3231模块
由于闹钟用于查看当前日期和时间,因此需要以易于理解的方式显示日期和时间。以下设备用于显示日期和时间。
根据设备的不同,有不同的库和不同的编程方法。这还取决于它是否适合您想要制作的作品。例如,7段LED仅适合以低成本显示数字,但不适合显示详情。其中,图形液晶显示器是最通用的,可以用于许多不同的项目,所以我这次决定使用它。
市面上有各种类型的液晶显示器模块,但对于今天的项目,我们将使用一个名为“ILI9341”的控制器,并使用SPI接口(照片2)。此外,液晶显示器通常以2.2英寸/2.4英寸/2.8英寸尺寸出售,因此,请根据您正在做的作品类型进行相应调整。
照片2 控制器用ILI9341 2.8英寸液晶显示器
既然是闹钟,在指定时间发出铃声是必需的。您可以将蜂鸣器连接到ESP32以产生单一铃声,但如果您愿意,也可以使用自己喜欢的铃声。为此,我们将使用一个名为“DFPlayer Mini”的模块,它可以播放任何MP3数据(照片3)。
DFPlayer Mini是一个可以通过串口发送命令来播放microSD卡中MP3的模块。可以将一个小型扬声器连接到扬声器输出引脚以产生铃声。
照片3 DFPlayer Mini
让我们进入实际构建吧。首先,给闹钟接线。
使用两个面包板,一个配有ESP32和DS3231,另一个配有液晶显示器(LCD)和DFPlayer Mini。各部件接线如图2所示。
由于ESP32很宽,您只能在普通面包板的一面放一根跳线。因此,请改用电源线只在一侧、多一排插孔的面包板(例如Sanhayato的SAD-101)。
ESP32和液晶显示器通过SPI进行连接。ESP32可以使用两个 SPI(VSPI和HSPI),但使用的是VSPI(引脚18/19/23)(表1)。
ESP32和DS3231通过I2C进行连接。在ESP32中,I2C可以分配给任何引脚,但我们使用标准引脚(SDA=21和SCL=22)(表 2)。
DFPlayer Mini 进行串行连接。ESP32可以使用3个串口,但为此请同时使用引脚16和引脚17(表3)。此外,将扬声器连接到DFPlayer Mini“SPK1”和“SPK2”两个引脚。
图2 闹钟主机接线
ESP32 引脚 | 液晶显示器引脚 |
5V | VCC |
GND | GND |
5 | CS |
4 | RESET |
2 | DC |
23 | MOSI |
18 | SCK |
19 | MISO |
表 1:ESP32 与液晶显示器的连接
ESP32 引脚 | DS3231 引脚 |
5V | VCC |
GND | GND |
21 | SDA |
22 | SCL |
表 2:ESP32与DS3231的连接
ESP32 引脚 | DFPlayer Mini 引脚 |
5V | VCC |
GND | GND |
16 | TX |
17 | RX |
表 3:ESP32与DFPlayer Mini的连接
接下来,我们将给分机接线。分机接线应按图3所示进行。您所要做的就是将开关和 LED连接到ESP32。将开关的一侧连接到ESP32的3V3引脚,另一侧连接到引脚4。通过电阻器→LED再通过ESP32的引脚13连接到GND。
在读取开关状态的电路上插入一个上拉电阻或下拉电阻。但是,由于ESP32可以通过内部电阻进行上拉/下拉,因此省略了外部电阻。
图3 分机接线
完成接线工作后,您可以创建程序。首先,从安装下面的各个库开始。
安装步骤如下:
有几个名称相似的RTCLib和DFPlayer库。RTCLib 安装“RTCLib by Adafruit”,而DFPlayer安装“DFRobotDFPlayerMini by DFRobot”。
图 4 Adafruit GFX库安装
此外,为通过大字符显示时间,需要安装字体文件。如果您下载并解压缩以下zip文件,将可以获得一个名为“FreeSans40pt7b.h”的文件。
打开Arduino IDE的标准草图目标文件夹,再打开“libraries”->“Adafruit_GFX_Library”->“Fonts”文件夹,将字体文件复制到那里。
https://www.h-fj.com/deviceplus/font.zip
接下来,在Arduino IDE中创建一个闹钟程序并将其写入ESP32。程序内容如清单1所示。
清单1:闹钟主机程序
程序内容(放在这里)
但是,第17行到第21行需要改写如下:
・第17/18行
根据您的Wi-Fi路由器的SSID/密码重写。
・第19行
指定要分配给ESS32的IP地址。根据您的Wi-Fi路由器的网络配置自行决定IP地址。
在普通IP地址中,四组数字用句点分隔,但在这一行中,它是函数参数的形式,所以四组数字用逗号分隔。
・第20行
指定网络默认网关的IP地址。通常,它是Wi-Fi路由器的IP地址。用逗号分隔IP地址中的四组数字。
・第21行
根据分配给分机ESP32的IP地址重写。
例如,如果您想按照表4所示进行设置,请重写第17行至第21行,如清单2所示。
项目 | 设定值 |
Wi-Fi路由器SSID | my_wifi |
Wi-Fi路由器密码 | my_password |
分配给主机ESP32的IP地址 | 192.168.1.101 |
默认网关IP地址 | 192.168.1.1 |
分配给分机ESP32的IP地址 | 192.168.1.102 |
表4:主机网络设置示例
清单 2:重写第17-21行的示例
分机程序如清单3所示。
以与闹钟主机相同的方式重写第5行到第9行。 但是,在第7行,指定分配给分机的IP地址。 此外,在第9行的“Main console IP address(主控台IP地址)”中指定闹钟的IP地址。
清单 3:分机程序
程序内容
程序写入主机/分机后,我们来确认一下运行情况。步骤如下:
照片 4 闹钟设置
如要取消闹钟设置,请使用Web浏览器连接到地址“http: //主机IP地址/”,然后单击“Alarm Off”按钮。
ESP32可以通过Wi-Fi连接到网络。不仅可以联网,还可以像今天的项目一样,与网络上的各种适用的电子产品连接使用。
来源:rohm
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