基于树莓派RP2040嵌入式学习平台实现温度计

内容介绍

项目介绍

本项目是使用硬禾学堂推出的活动“2022寒假在家一起练”设计的基于树莓派RP2040的嵌入式系统学习平台，通过该平台上的240*240显示屏，按键，摇杆以及RP2040芯片的温度传感器实现温度计，具有图形化显示、超温报警功能。

项目任务要求

在LCD屏上显示一个图形化的温度计，并实时显示当前的温度（通过RP2040内部的温度传感器测量）
通过摇杆或按键设定报警温度阈值并显示报警温度数值
温度超过设定的阈值，温度图示颜色变红，且蜂鸣器发出报警声音
给芯片降温到阈值以下，温度传感器颜色变绿，蜂鸣器停止报警

项目环境配置

1.Thonny集成开发环境
2.硬禾学堂基于树莓派RP2040的嵌入式系统学习平台

平台介绍：https://www.eetree.cn/project/detail/698

平台固件：程序依赖的相关库需要烧写硬禾学堂的固件mpy-sge-pmrn-v20220118.uf2：

固件地址: https://gitee.com/eetree-git/RP2040_Game_Kit

固件烧录方法:

1.将板卡连接电脑，在板卡关机状态按B键并打开开关开机

2.待电脑识别磁盘RPI-RP2，将固件复制至根目录即可

项目完成功能

使用240*240液晶显示屏显示实时温度计图形，报警温度，实时温度，文字，并以不同的刷新率显示更新数据。实时温度标有CURRENT TEMP字样，报警温度标有ALARM TEMP字样。
使用摇杆ADC采样对报警滑块操作，按键按下开启报警，显示SET字样，再按下按键关闭报警，SET字样消失。
当开启报警，超过报警温度时实时温度计显示红色，蜂鸣器报警；小于报警温度或关闭报警温度计显示绿色，蜂鸣器关闭。

显示界面

FjFSy0lDyEEUcezSuNoZ1qDVnVe5

项目设计思路

根据项目任务要求，将本项目分为：实现图形绘制：温度计图形绘制，报警滑块图形绘制；温度获取：当前温度获取，报警温度获取；报警设定：报警按键逻辑，报警蜂鸣器逻辑。

图形绘制使用的是固件的BreakoutColourLCD240x240库驱动显示屏。该库函数已配置好相关参数，调用相关函数并采用局部刷新方法实现图形更新。使用两个Timer定时器分别对实时温度显示，报警温度显示实现不同的刷新率。

温度获取使用ADC采样RP2040温度传感器，转换得到实时温度。而报警温度是通过对摇杆的状态检测，对报警温度增减。

报警设定主要是检测按键是否按下，若按下按键，则开启报警，若再次按下按键，关闭报警。报警滑块根据游戏杆状态改变滑块位置，通过比较实时温度和报警温度值判断是否使能蜂鸣器，蜂鸣器通过PWM驱动。

项目程序流程图

项目主要程序实现

图形刷新是在每次调用绘制函数时，刷新图形。以温度计绘制为例，在程序初始化，先绘制一个完整的温度计，采样温度，然后再绘制变化的区域覆盖原来的图形,达到温度计变化的效果。实时温度数字，报警温度滑块也按照类似方法。不同的周期刷新效果由定时器实现。图形颜色变化通过一个数组变量color传参。

#timer1初始化，以1Hz刷新温度计绘制
timer1.init(freq=1, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t:display_change(round(get_temp(),1), color))
#timer2初始化，以10Hz刷新报警游标绘制
timer2.init(freq=10, mode=Timer.PERIODIC, callback=lambda t:alarm_change())
    

#温度变动绘制以及实时温度刷新
#temp  变动温度至temp
#color 温度计颜色数组 [R,G,B]
#current_temp 当前温度    
def display_change(temp, color):
    global current_temp
    current_temp = temp
    #print(temp)
    display.set_pen(color[0], color[1], color[2])
    display.rectangle(58,30,13,160)
    display.circle(64,190,10)
    display.set_pen(0,0,150)
    display.rectangle(58,20,13,7+int((50-temp)/2)*6)
    display.set_pen(0,0,0)
    display.rectangle(150,50,90,40)
    display.set_pen(0,255,0)
    display.text(str(temp), 150, 50, 5, 5)
    display.update()

温度获取使用ADC采样RP2040的温度传感器，根据转换得到温度。

stemp = ADC(4) 
cf = 3.3 / (65535)
def get_temp():
    return 27 - (stemp.read_u16() * cf - 0.706)/0.001721

通过对摇杆采样数值的限定，根据函数返回值可以判定报警滑块移动方向。

#游戏杆y轴数据获取
#游戏杆ADC > 40000 返回 1
#游戏杆ADC < 6000  返回 -1
def get_joy_pos():
    if y.read_u16() > 40000:
        return 1
    elif y.read_u16() < 6000:
        return -1
    else:
        return 0

项目遇到的主要难题及解决方法

图形的刷新难点是在绘制图形时如果不刷新图形，则会导致拖影。解决方法是通过擦除的方法，先绘制更新的图形a，再绘制图形b将之前的图形a擦除掉。

报警温度和温度显示刷新率相同，导致无法更好地设置报警温度，解决方法是使用定时器，以不同的刷新率来显示。

按键判断如果只使用延时再检查按键状态的话，会导致报警函数给出的返回值不定。解决方法是使用循环，判断条件为直至按键处于非按下状态。暂时没有找到更好的方法。

#报警温度使能检测
#按下按键b，返回1, 再次按下返回-1
def alarm_get(alarm_set):
    if b.value() == 0:
        alarm_set *= -1
        if alarm_set == 1:
            display.set_pen(255,0,0)
            display.text("set", 200, 135, 194, 2)
        else:
            display.set_pen(0,0,0)
            display.rectangle(200,135,120,12)
        display.update()
    while b.value() == 0:
         pass
    return alarm_set

未来计划和建议

该项目的基本功能已实现，未来计划对该项目添加这些功能，使温度计更加智能：

1.加入网络模块，显示网络从获取的天气信息，并可以使用为物联网智能语音助手获取到温度。

2.添加温度记录功能，周期记录温度数据，将数据导入电脑可画出图像。

3.进一步优化代码，并添加温度统计图像显示。

参考资料

硬禾学堂RP2040平台Git

Pimoroni BreakoutLCD库

RP2040数据手册