【立创开源】ESP32_UV_BOX

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ESP32 UV BOX

ESP_UV_BOX

前言

🔗夏日征集令
ESP32-WROOM-32D-N8主控，通过GUVA-S12SD紫外线传感器获取环境紫外线强度；AHT20温湿度传感器获取环境温湿度；BMP280气压传感器获取环境压强；使用拨轮开关切换页面。
以下为制作过程记录

功能

  • 紫外线指数
  • 环境温湿度
  • 气压海拔
  • 简易照明
  • 天气时钟(网络)
  • .

成本

这里只列出了主要的器件，详情见🔗腾讯文档：BOM_ESP_UV_BOX

主要元件 价格
ESP32-WROOM-32D(8MB) 15
紫外线模块 7.05
AHT20 1.62
BMP280 1.04
四脚拨轮开关 0.85
CH340K 1.4

硬件

硬件设计见立创开源硬件平台

原理图

存在问题：下载完程序，可以运行，但是板子上电不运行，需要按复位，>去除BOOT0按键的电容<，解决问题
贴片开关的质量也不太行，开关手柄会断🙃
侧边按键质量似乎也不太好，按复位有时也没用🙃

主控电路

主控

主控选择ESP32-WROOM-32D-N8，外围电路参考官方技术规格书。
引出SPI用于控制屏幕，IIC用于控制AHT20和BMP280，ADC用于采集电压值，以及按键控制
image.png

自动下载

串口芯片使用CH340K
image.png

电源电路

电源切换电路

使用PMOS，当没有外部电源时使用电池供电，有外部电源输入时不使用电池供电
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充电电路

电池管理使用TP4056，电路参考TP4056数据手册
image.png
充电电流如下，根据锂电池参数选择合适的电阻

Rprog(K) Ibat(mA)
1.2 1000
2.4 500
3.0 400
4.0 300
6.0 200
12.0 200

外设

按键

板载一个RESET和BOOT侧边按键，使用拨轮开关作为控制输入
image.png

TFT

使用1.8寸TFT屏幕插接，分辨率128x160，屏幕驱动ST7735，屏幕驱动电路参考屏幕原理图，可以通过BLK引脚控制屏幕亮度
image.png

UV

紫外线部分电路参考紫外线模块电路设计

image.png
通过采集电压，根据电压范围，得到紫外线强度

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AHT20 BMP280

这两个器件，用烙铁不好焊，加热台方便些
AHT20可以检测环境温湿度
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BMP280可以检测大气压，温度，以及海拔高度(由压力和温度计算得到)
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面板

使用立创EDA设计简单的面板

3D外壳

1.8寸版本
本次使用SOLIDWORKS2023建模

立创EDA导出模型

image.png

image.png

SOLIDWORKS

使用SOLIDWORKS打开导出的step格式文件

image.png
打开后如下图所示，可以看到电路板模型缺少丝印图案

image.png
回到PCB工程，打开PCB的2D视图

image.png
导出上下面丝印图
如下图点击PCB上表面，选择外观

image.png
选择导出的顶层丝印图

image.png

image.png
还需要调整丝印的位置和大小，选择映射

image.png
根据实际情况，调整以下参数

image.png
之后便可以开始外壳的建模，最终效果如下
image.png

程序

详细代码见levi52@GitHub: ESP32_UV_BOX

页面结构

在主界面下设四个功能页，之后各级再设功能分页，主要结构如下
image.png

设计参考：
B站：黑人黑科技的视频DIY万能遥控器
OSHWHub: 黑人黑科技的开源工程ESP32 万能遥控器

主菜单.png

代码

开发工具：Visual Studio Code + PlatformIO
图标：iconfont-阿里巴巴
颜色：RGB COLOR PICKER
中文转换：中文转UNICODE
图片转换：FileToCArray

代码结构主要如下

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ESP32_UV_BOX
│  clearBuildDir.bat   build文件删除
│  default_8MB.csv     存储分区
│  LICENSE             开源协议
│  platformio.ini      开发配置
│  README.md           说明文档
├─assets/              静态文件
├─include
│      README
├─lib                  外部库
│  │  README
│  └─ArduinoZlib 
├─src                  主要文件
│  │  button.cpp       按键控制
│  │  button.h
│  │  main.cpp         主程序
│  │  network.cpp      网络请求
│  │  network.h
│  │  sensor.cpp       传感器
│  │  sensor.h
│  │  ui.cpp           界面
│  │  ui.h
│  ├─font/             字体文件
│  └─img/              图片文件
└─test/                测试文件

界面

屏幕尺寸为1.8寸，分辨率是128x160，屏幕驱动是ST7735，使用TFT_eSPI库驱动屏幕，所有界面使用TFT_eSPI绘制

使用TFT_eSPI需要修改配置文件User_Setup.h，根据屏幕类型和显示情况修改内容

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#define ST7735_DRIVER // 屏幕驱动
#define TFT_RGB_ORDER TFT_RGB // 颜色顺序
#define TFT_WIDTH  128  // 屏幕宽度
#define TFT_HEIGHT 160  // 屏幕高度
#define ST7735_GREENTAB2  // 仅ST7735
// #define TFT_INVERSION_ON // 黑白反转
// #define TFT_INVERSION_OFF
#define TFT_BL   17 // 背光引脚
#define TFT_MOSI 23
#define TFT_SCLK 18
#define TFT_CS   5  // Chip select control pin
#define TFT_DC    2  // Data Command control pin
#define TFT_RST   4  // Reset pin (could connect to RST pin)
//#define TFT_RST  -1  // Set TFT_RST to -1 if display RESET is connected to ESP32 board RST

使用ledc控制引脚输出PWM调节屏幕背光亮度

控制

使用mathertel/OneButton库来实现按键的控制，分别注册短按，双击和长按函数来实现不同的操作

上下短按为页面切换，中间短按为进入页面，中间长按为返回上一级

传感器

UV

使用S12SD传感器来检测紫外线，然后经过放大，使用ADC采集电压，根据电压范围判断紫外线指数等级

下图为紫外线模块
image.png
程序中使用此函数获取紫外线指数

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uint8_t sensor_uv_data(void)

图中为Arduino对应的数值，详情见DFROBOT: UV Sensor
image.png

AHT20

使用dvarrel/AHT20库读取AHT20温湿度传感器的数据
主要为如下内容，AHT20数据结构体，初始化函数，以及数据读取函数(返回数据结构体)

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struct AHT20Data
{
    float temperature;
    float humidity;
};
void sensor_aht20_init(void);
AHT20Data sensor_aht20_data(void);

BMP280

使用seeed-studio/Grove - Barometer Sensor BMP280库读取BMP280传感器的数据
主要为如下内容，BMP280数据结构体，初始化函数，以及数据读取函数(返回数据结构体)

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struct BMP280Data
{
    float temperature;
    float pressure;
    float altitude;
};
void sensor_bmp280_init(void);
BMP280Data sensor_bmp280_data(void);

在函数bool BMP280::init(void)中注释掉Wire.begin()
在主程序中上面两个传感器初始化前，要先使用Wire.begin(21, 22);来设置IIC引脚

网络

配网

初次使用时，会建立如下网络ESP_UV_BOX_WIFI，
image.png
连接网络，浏览器打开网址192.168.1.1，会出现如下配网页面

页面代码参考: CSDN: 请收藏！分享一个ESP32/ESP8266高颜值WIFI配网页面代码-带下拉选择框和中英文版本。文末有arduino配网代码。

一共四个输入框，分别是WIFI SSID, WIFI PASSWORD, Private KEY, Location ID

相关链接：和风天气控制台、城市 ID

image.png
点击保存后，芯片会重启连接网络

网络配置相关函数如下

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bool wifi_scan(void);
void wifi_connect(int timeOut_s);
void wifi_disconnect(void);
void ap_init(void);
void server_init(void);
void handleRoot(void);
void handleConfigWifi(void);
void handleNotFound(void);
void doClient(void);
void wifiConfigBySoftAP(void);

天气时钟

天气等数据使用和风天气API，免费订阅每天可以有1000次请求

订阅规则

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void get_weather_now(void);
void get_weather_future(void);
void get_air(void);
void get_city_id(void);
String urlEncode(const String& text);

网络相关函数如下

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void time_init(void);
void get_time(void);

天气预报

同上，使用和风天气API，屏幕显示未来六天天气状况

空气质量

同上，使用和风天气API，屏幕显示颗粒物PM10，颗粒物PM2.5，二氧化氮NO2，二氧化硫SO2，一氧化碳CO，臭氧O3

哔哩哔哩

通过如下API接口获得JSON格式的数据，使用ArduinoJson库解析获得关注数和粉丝数

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https://api.bilibili.com/x/relation/stat?vmid=用户UID

可以使用官网提供的工具生成解析代码

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{
    "code": 0,
    "message": "0",
    "ttl": 1,
    "data": {
        "mid": 378576508,
        "following": 318,
        "whisper": 0,
        "black": 0,
        "follower": 56
    }
}

生成的解析代码如下

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// String input;

JsonDocument doc;

DeserializationError error = deserializeJson(doc, input);

if (error) {
  Serial.print("deserializeJson() failed: ");
  Serial.println(error.c_str());
  return;
}

int code = doc["code"]; // 0
const char* message = doc["message"]; // "0"
int ttl = doc["ttl"]; // 1

JsonObject data = doc["data"];
long data_mid = data["mid"]; // 378576508
int data_following = data["following"]; // 318
int data_whisper = data["whisper"]; // 0
int data_black = data["black"]; // 0
int data_follower = data["follower"]; // 56

灯光

使用fastled/FastLED库驱动板载的一颗WS2812灯珠，暂时只添加不同颜色灯切换功能

实物

PCB

image.png

页面

下图为部分页面
image.png
后续会上传B站视频

END

最后非常感谢立创🥰提供的机会和各种优惠券，帮助我们实现想法，做出实物，参加征集令活动收获颇多，未来继续努力😄

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