2023寒假一起练基于ESP32 WiFi 实现二级菜单功能

内容介绍

2023寒假一起练用 ESP32 WiFi 实现二级菜单显示在OLDE显示屏

一 . ESP32-S2 WiFi硬件介绍

ESP32-S2 WiFi模块是物联网、可穿戴电子设备和智能家居等应用场景的理想选择，另搭配输入控制、输出显示以及传感器感知和控制的套件，使其功能更加完善。

该模块板载了：

ESP32-S2-MINI-1模组
这是一款2.4 GHz WiFi 模组
内置 ESP32S2 系列芯片，Xtensa® 单核 32 位 LX7 微处理器
内置芯片叠封 4 MB flash，可叠封 2 MB PSRAM
37 个 GPIO，具有丰富的外设
板载 PCB 天线

配套的ESP32 S2 开发板除了ESP32wifi模组之外还集成了USB TYPE -C接口，两个按键，一个电源指示灯，一个用户LED灯，2排10pin的排针，将重要IO引出。使用USB供电或通过排针3.3V供电。

ESP32-S2 是一款高度集成、高性价比、低功耗、主打安全的单核 Wi-Fi SoC，具备强大的功能和丰富的 IO 接口。使用乐鑫ESP-IF开发环境，也可以使用arduino编程，。ESP32-S2 WiFi模块如图1.1所示。

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图1.1

同时该平台还提供了搭配数字系统的输入、输出扩展板，该模块包括

按键、旋转编码器输入 - 以模拟信号的方式
双电位计控制输入 - 以数字信号的方式
RGB三色LED显示
1.44寸128*128 LCD，SPI总线访问
MMA7660三轴姿态传感器
电阻加热
温度传感器
与MSP430 Launch Pad开发板的接口
与ESP32-S2核心模块的接口

示意图如图1.2所示

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图1.2

二.开发环境搭建

1.ESP32的开发环境的开发环境主要有乐鑫ESP-IF开发环境，arduino和MicroPython环境，这里使用的是arduino开发环境，开发环境的搭建参考了官方文档Getting Started — Arduino-ESP32 2.0.6 documentation。

2.在arduino官网安装arduino。

3.库文件的安装，打开 Arduino IDE,选择 文件->首选项->设置如图2.1所示

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图2.1

4.将https://m5stack.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/resource/arduino/package_m5stack_index.json复制到附加开发板管理器。

5.选择 工具->开发板:->开发板管理器...在新弹出的对话框中,输入并搜索 ESP32,点击安装

6.选择 工具->开发板:->ESP32, 根据我们所使用的设备(EPS32)选择对应的开发板配置。

三.任务说明

我这里选择的是项目1详细内容如下

项目1 - 通过IO扩展板上的按键和旋转编码器控制并实现菜单功能

IO扩展板上的1个按键和旋转编码器的3个输入端口是通过R-2R电阻网络的方式连接在一起，生成一个模拟电压量。按下任何一个按键都会改变这个模拟电压量的值。
IO扩展板上的LCD屏幕为128*128分辨率的1.44寸彩色屏幕，通过SPI总线进行访问

要求：本任务需要通过ESP32核心板的ADC监测IO板模拟输出管脚的变化，判断哪一个按键或编码器的旋转发生了变化，进而控制1.44寸LCD屏幕的菜单显示，要求实现主菜单和至少二级菜单。

所需器件：

ESP32-S2 WiFi模块简介一套
搭配数字系统的输入、输出扩展板
连接模块之间的杜邦线

根据题目要求，我所实现的是用编码器和按键控制的二级菜单，可以显示adc值和遥感的方向位置信息。

四.软件编写

1.由于要驱动编码器和遥感模块，查看了数字系统的输入、输出扩展板原理图如图3.1所示编码器部分是一个权电阻网络，连接到ESP32的adc模块，通过改变每一位权重电阻的接地与否改变adc的值，可以通过程序判断出那个按键被按下，和编码器的旋转方向，摇杆部分是通过4个运放搭建了一个输出pwm的模块，通过测量pwm的频率和占空比可以判断出遥感所在位置是，比如上下左右中的某个位置。

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图3.1

程序部分使用了ESP32的一个adc模块和一个测量pwm的模块，一共使用了两个引脚，详细程序如下。

void changeISR()
{
  auto now=micros();
  if(digitalRead(pwm_pin))//现在是高电平
  {
    portENTER_CRITICAL_ISR(&mux);//加锁
    auto total=now-raiseTime;
    fre=1e6/(double)total;
    auto h=fallTime-raiseTime;
    duty=h/(double)total;    
    portEXIT_CRITICAL_ISR(&mux);
    raiseTime=now;

  }
  else
  {
    fallTime=now;
  }
}
//遥感方向判断函数
//0无动作1左2右3上4下
int Rocker(void)
{
  portENTER_CRITICAL(&mux);
  double f=fre;
  double d=duty;
  portEXIT_CRITICAL(&mux);
 
  //遥感判断
  if(f>=290&&f<=300&&d>=0.5&&d<=0.6)
  {
    return 0;
  }  
  else if(f>=220&&f<=230&&d>=0.5&&d<=0.6)
  {
    return 1;   
  }
  else if(f>=410&&f<=420&&d>=0.5&&d<=0.6)
  {
    return 2;    
  }
  else if(f>=290&&f<=300&&d>=0.3&&d<=0.4)
  {
    return 3;   
  }
  else if(f>=290&&f<=300&&d>=0.7&&d<=0.9)
  {
    return 4;  
  }

  return 0;
  
}


const int adc_cankao=2400;
int key_1()
{
  int adc_value=analogReadMilliVolts(1);
  delay(5);
  int adc_value_1=analogReadMilliVolts(1);
  if(adc_value-adc_value_1>1200)
  {
    return 2;
  }
  else if(adc_value-adc_value_1>300&&adc_value-adc_value_1<600)
  {
    return 1;
  }
  else if(adc_value-adc_value_1>100&&adc_value-adc_value_1<200)
  {
    int i=0;
    int count=1;
    while(i<=10)
    {
      i++;
      int first=analogReadMilliVolts(1);
      delay(5);
      int second=analogReadMilliVolts(1);//Filter();
      if((first-second)>100||(first-second)<-100)
      {
        count++;
      }
 
    } 
    if(count>=4&&count<=5)
    {
      return 3;
    }
    else if(count>5)
    {
      return 4;

    }

  }
  else
  {

    return 0;    
  }
  
 
}

2.LCD的驱动显示部分，查看了LCD与ESP32模块连接的引脚的原理图，包括5个引脚，为 TFT_CS 13引脚TFT_RST 18引脚TFT_DC 17引脚TFT_MOSI 21引脚TFT_SCLK 41引脚，从引脚的命名可以看出使用的是spi的协议，这里使用的是一块128*128LCD屏幕使用了TFT_eSPI的库进行开发，首先修改了库文件里用于驱动LCD模块的程序，使其可以驱动这块LCD模块。然后进行编写一个二级菜单，通过编码器和按键来进行菜单的选择，一级菜单包括一个ADC选项和Rocker选项，使用编码器可以选择不同的选项，ADC选项下是一个二级菜单实时显示ADC采集的值。Rocker选项实时显示当前摇杆所处的位置（up,down,left,rigth）详细程序如下.

unsigned char key_value=0;//键盘值
//定义按键结构体
typedef struct
{
  unsigned char index;
  unsigned char up;
  unsigned char down;
  unsigned char left;
  unsigned char right;
  void(*operation)(void);
   
} Rocker_Table;
unsigned char funIndex=0;//菜单索引
//定义一个函数指针
void(*current)(void);

//4个菜单
void menu11(void);
void menu12(void);
void menu21(void);
void menu22(void);

//定义按键操作数据
Rocker_Table table[4]=
{
  {0,0,1,0,2,(*menu11)},
  {1,0,1,1,3,(*menu12)},
  {2,2,2,0,2,(*menu21)},
  {3,3,3,1,3,(*menu22)},
};
//一级菜单
void  menu11(void)
{
  //tft.fillScreen(TFT_BLACK);
  tft.setCursor(10,20,2);//设置初始坐标和字体大小
  tft.println("MENU");
  tft.setCursor(20,40);
  tft.println("->1.keyboard");
  tft.setCursor(20,60);
  tft.println("2.Rocker");
 // tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}
void  menu12(void)
{
 // tft.fillScreen(TFT_BLACK);
  tft.setCursor(10,20,2);//设置初始坐标和字体大小
  tft.println("MENU");
  tft.setCursor(20,40);
  tft.println("1.keyboard");
  tft.setCursor(20,60);
  tft.println("->2.Rocker");
  //tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}
void  menu21(void)
{
  //tft.fillScreen(TFT_BLACK);
  tft.setCursor(10,20,2);//设置初始坐标和字体大小
  tft.println("ADC: ");
  tft.setCursor(20,40);
  int analogVolts = analogReadMilliVolts(1);
  tft.println(analogVolts);
 
  //tft.fillScreen(TFT_BLACK);
}
void  menu22(void)
{

  tft.setCursor(10,20,2);//设置初始坐标和字体大小
  tft.println("Rocker: ");
  tft.setCursor(20,40);
  int R = Rocker();
  switch(R)
  {
    case 1:
    tft.setTextPadding(128);
    tft.drawString("left",60,20,2);break;
    case 2:
    tft.setTextPadding(128);
    tft.drawString("right",60,20,2);break;
    case 3:
    tft.setTextPadding(128);
    tft.drawString("up",60,20,2);break;
    case 4:
    tft.setTextPadding(128);
   tft.drawString("under",60,20,2);break;
    default:tft.drawString("middle",60,20,2);break;

  }  
    
}

五.结果与总结

4.1结果

板子连接上电脑后，打开arduino软件，把程序下载到ESP32中，通过旋转编码器进行菜单的选择，一级菜单有两个选项，ADC和ROCKER,按下按钮可以进入ADC的二级菜单，可以实时的看到ADC 采集的值，或者进入Rocker的菜单，可以摇动遥杆模块，可以看到摇杆所处的方位显示在显示屏上（left,rigth,up,down），详细演示在视频里。

4.2总结

很高兴参加硬禾学堂举办的寒假一起练的活动，学习了ESP32的在arduino平台下的软件开发流程，以及摇杆和编码器驱动程序的编写，同时更加熟悉了arduino的使用。