基于esp32s2收音机板完成的时钟收音天气预报功能

内容介绍

本文主角是硬禾学堂的“2022寒假在家练”esp32s2收音机板，其采用的乐鑫esp32系列的新品S2作为主控，配备oled屏幕、麦克风输入、喇叭、USB接口、收音机模块，红外接收，硬件条件相当优良，可拓展功能很多，可玩性非常高。本文重点介绍在Arduino环境下用用LGFX驱动SSD1306oled屏幕,完成了传统收音机功能、电子钟、天气预报等功能，程序流畅度高，可以满足日常使用，供大家借鉴参考。

（一）LGFX驱动SSD1306oled屏幕

SSD1306oled是一款使用非常广泛的显示屏，基本大家接触的第一款屏幕就是它，对于它的驱动有很多丰富案例。因为esp32s2也提供很多操作平台，可以用micropython、circuitpython、sdk、idf、Arduino，选择困难症都来了。Circuitpython 代码简单，但在国内不甚流行。sdk和idf 用C++，代码功力要求高。Arduino 对野生创客还是挺友好的，因为基友多，可学习（ctl+c)的资源比较多，陷入了这样的舒适区，还没有跳脱。选定了Arduino 后，又面临用什么库来驱动这个屏幕，现成可用的有U8g2,Adafruit_GFX,U8g2这个库早前有简单接触过，代码风格有点古董，好像是70年代的产物，Adafruit_GFX还不错，和S2完美兼容，日常需求都满足了，就是中文支持不太好，但如果没有更好选择就是它了。还有其他的选择吗？Adafruit_GFX的升级版TFT_eSPI,支持主流的TFT屏幕，没看上低端的oled。TFT_eSPI的升级版lovyanGFX，貌似能支持所有屏幕，这个库的主战场也是TFT类的彩屏，ssd1306编译的时候看到有支持，但是没有现成的用例，在查看库类文件时，看到了个用户定制文件，可以根据实际需求设置屏幕参数来完成驱动，但是文件内容是日文的，不是那么有友好，需要逐条翻译。根据前面使用LovyanGFX的经验和反复几次试验，最终完成了用LovyanGFX驱动ssd1306oled。LovyanGFX库功能相当强大，开发图形界面的应用和游戏都可以应付，还有随手可得的汉字支持（无需制作字库），如果有强迫症需要完美的字体显示也可以自己制作字库，也是可以支持，这些特性都非常棒，灵活性非常高，为后面收音及界面显示提供了极大的便利。ESP32_2S_SD1306在后面附件可以获取，非常好用，不容错过。

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（二）收音机功能实现

在LovyanGFX的加持下，完成了收音机初始化的界面及播放界面的动画设计。使得耗时较长初始化界面不再是毫无交互的漫长的黑暗等待。设计了个海螺状螺旋logo，播放过程会旋转，增加了播放收音时的趣味性，因此也给收音机起了个文艺名字叫FunRadio(泛调频），收音的核心功能由“RDA5807.h”提供，能力和时间不允许自己造轮子，主要工作在根据使用习惯完成收音机的一般功能。在播放界面可以实现换台，音量大小及声音开关的操作，播放收音可以在任何界面进行，例如时钟界面收音也是正常播放的，如果不想播放按下按键4就可以进入静音模式。可以清晰的接收本地多个电台，全天候不停播放，可以接上外置音响，效果也是杠杠滴。具体实现可以参考的附件代码。

功能演示

（三）时钟界面

联网后获取时间信息然后利用LovyanGFX的图层技术（sprite)完成了一个电子时钟界面。从自带的字库里精心挑选了一款适合显示时间的字体“Orbitron_Light”，显示没有残影，很有电子表的风范，使得这块板子不单纯的是一块学习用的开发板，可以成为日常生活的一个实用的装备，随手可得的24小时不间断的音乐，天气状况查询。

void showTime(void)
{  
  if (!getLocalTime(&timeinfo))                //获取时间
  {
    Serial.println("Failed to obtain time");
    return;
  }
  
  spr.fillScreen(0);
  spr.setFont(&fonts::TomThumb);
  spr.setCursor(5, 5);
  spr.setTextSize(1.5);
  //spr.print(&timeinfo, "%Y/%m/%d"); //年月日  
  spr.print(&timeinfo, "%F");
  
  spr.setFont(&fonts::Orbitron_Light_24);
  spr.setTextSize(0.95);
  spr.setCursor(5, 25);
  spr.setTextDatum(CC_DATUM);
  //spr.print(String(timeinfo.tm_hour)+":"+String(timeinfo.tm_min));
  spr.print(&timeinfo, "%H:%M:%S"); // 时分秒。  
  
  spr.setFont(&fonts::efontCN_12_b);
  spr.setCursor(15, 45);
  spr.setTextSize(1.5);
  spr.setTextDatum(TC_DATUM);
  spr.print(weekDays[timeinfo.tm_wday]);
  spr.setCursor(70, 45);
  spr.print(liveData.weather);
  //spr.print(String(timeinfo.tm_year));
  //    spr.setCursor(30, 50);
  //    spr.print(ipaddress.c_str());
}

天气预报

Esp32的强大联网功能早已为人所知，加上天气预报作业在近来几期的活动都有很多同学都做过，所以难度也不是特别大了。这里有一点工作就是选一个好点的天气预报信息的源。信息全面的站点要收费，免费站点的甚至连注册都不用，但是信息量就比较简单，只有温度和天气。最后选择注册了高德地图提供的天气信息，有天气、温度、湿度、风力和风向，3万条/天，我有没有看错，肯定用不完，何况天气也不是分分秒秒地更新，间隔5-10分钟更新一次已很好。这里的参考了wio_terminal活动大神的作业，使用了一个结构体来接收ArduinoJson解析的天气数据，数据处理起来更美观方便，值得学习（借用）。

void showWeather(void)
{
  spr.setFont(&fonts::efontCN_16_b);
  spr.fillScreen(0);
  spr.setTextSize(1);
  spr.setCursor(5, 2);
  spr.print(liveData.city);
  spr.setCursor(75, 2);
  //spr.printf(/*"天气:%s",*/ liveData.weather);
  spr.print(/*"天气:%s",*/ liveData.weather);
  spr.drawFastHLine(2,25,120,TFT_WHITE);    
  spr.setFont(&fonts::efontCN_12_b);
  spr.setCursor(2, 30);
  spr.printf("温度%s℃", liveData.temperature);
  spr.setCursor(65, 30);
  spr.printf("湿度:%s%%", liveData.humidity);
  spr.setCursor(2, 50);
  spr.printf("风力:%s", liveData.windpower);
  spr.setCursor(65, 50);
  spr.printf("风向:%s", liveData.winddirection);
  spr.setTextSize(1);
  

  Serial.println(liveData.reporttime);
}

屏保小程序

这个是为了增加趣味性，做个泡泡屏保程序，如果觉得播放界面和天气预报界面比较枯燥也可以切换的这里来，我也时常切换到这里来，被这些按各自运行轨迹的小球迷倒了:)。虽然只有黑白色，运行起来也是毫不含糊，以后还可以移植些颜色不敏感的游戏。

void showCircles(void)
{
  static long start = millis();
  if (millis() - start >= 50)                  //控制刷新时间，不然太快了，非阻塞更新
  {
    spr.fillScreen(TFT_BLACK);
    for (int i = 0; i < circlesNumber; i++)
    {
      //spr.fillCircle(circles[i].x,circles[i].y,circles[i].r,TFT_BLACK);
      circles[i].x += circles[i].dx;
      circles[i].y += circles[i].dy;
      if ((circles[i].x <= circles[i].r) | (circles[i].x >= 128 - circles[i].r))
        circles[i].dx *= -1;
      if ((circles[i].y <= circles[i].r) | (circles[i].y >= 64 - circles[i].r))
        circles[i].dy *= -1;
      spr.drawCircle(circles[i].x, circles[i].y, circles[i].r, circles[i].color);
    }
    start = millis();
  }
}

心得总结

我觉得本作业最大的贡献是完成了基于esp32S2使用LovyanGFX对SD1306的支持，为收音机板的图形驱动增加了一个选项，屏幕成功驱动后，后面所有工作变动非常轻松和水到渠成。项目内容包括时钟、收音、天气预报板块，内容较多，功能还算齐全，作为办公桌旁或床头的一个摆件都不失礼。略有不足的地方是没有实现流媒体音乐的播放，里面有我喜欢的HitFM，从前面大家的经验看来是要用espressif adf才能完成流媒体的播放,期待在不久的将来可以实现这个功能，但至少完成了很久以前的一个小小梦想---自己做一台收音机（硬禾帮我实现的“）。

祝大家新年进步，学业有成！

下一回合见！