基于ESP32制作一个桌面情侣摆件

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2023-12-08

前言※

之前女友生日的时候，打算做一个情侣摆件送给她作为生日礼物，发现 B 站挺多人实现过类似的摆件而且不少大佬也开源了，但完全符合我需求的好像没有。作为生日礼物怎么能用别人的东西来复刻呢？于是查找资料后决定从头开始自己做一遍。

最终成品图：

项目已开源至 GitHub： https://github.com/dvai/ESP-32-Couple-ornaments

准备※

计划实现的功能※

作为情侣摆件，我期望完成以下功能：

显示天气
番茄钟
显示日期时间
恋爱倒数日
拉屎提醒
定时早上好
发送小心心

材料※

材料	数量
ESP-32（CP2102）	2
1.44 寸彩屏（ST 7735S）	2
micro-usb 线	2
UV 胶水	1
分光棱镜（25.4mm*25.4mm）	2
热熔枪、电烙铁等工具	若干
杜邦线	若干

部署环境※

因为对 python 比较熟悉，所以选择使用 MicroPython 作为开发语言，IDE 自然就使用了 Thonny ,这款 IDE 可直接在该软件中实现给 ESP32 单片机刷 MicroPython 固件，以及实时预览 ESP32 的文件系统，比较方便开发。

安装 Thonny 后，因为 ESP32 中没有 MicroPython 的运行环境，所以需要向 ESP32 刷入 MicroPython 固件，固件可以在官网下载：MicroPython。详细安装教程可以参考这篇文章： MicroPython ESP32 环境搭建 | 极客侠 GeeksMan 。

安装驱动※

ESP32 与电脑连接的也需要相应的驱动，否则 ESP32 插在电脑上会没有反应，需要到对应驱动芯片的官网下载驱动，我购买的是 CP2102，可以去这里下载：CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers - Silicon Labs。

如果是 CH340 芯片则可以在半导小芯中查询芯片型号【ch340】，找到该芯片的制造商江苏沁恒股份有限公司的官网，找到对应的驱动程序安装即可：CH340IR.EXE 。

驱动屏幕※

1.44 寸是由 ST 7735s 驱动，首先在驱动代码中定义好针脚，我的定义如下：

ESP32 IO	TFT	说明
GND	GND	GND
3V3	3V3	3V3
18	SCL	时钟线
23	SDA	数据线
4	RST	复位线
2	DC	数据命令选择线
5	CS	片选
19	BLK	背光

在 main.py 中同样定义一下针脚连接：

spi = SPI(2, baudrate=40000000, polarity=0, phase=0, sck=Pin(18), mosi=Pin(23), miso=None)
tft=TFT(spi,2,4,5)
tft.initr()
tft.rgb(False)
tft.fill(TFT.BLACK)

准备工作到此结束，理论上来说现在已经可以开始写代码了。

实施※

具体的业务代码不过多赘述，下面介绍一下遇到的几个难点。

屏幕显示中文※

如果想要在屏幕上显示中文，有两种方法：
1. 使用中文字体库，想要使用中文字体库需要烧录支持中文字体库的固件，但是字库文件较大；
2. 使用取模软件，对用到的字体进行取模，然后在代码中按一定逻辑读取；

但我的项目中需要的中文字符其实很少，所以用取模软件将需要的字符保存即可。使用的软件是 PCtoLCD2002 ，相应的设置如下：

这里我们要输出 16*16 点阵上的字符，而英文字符只占中文字符一半的空间，这是因为英文字母，符号，数字这些通用字符都是半角（一字符占用一个标准的字符位置），汉字是全角（一个字符占用两个标准字符位置）。因此，我们显示的汉字也是分开显示的。

行列式的显示逻辑是从第一行开始向右取 8 个点作为一个字节，然后从第二行开始向右取 8 个点作为第二个字节……依此类推。生成的这些十六进制数，每一个都表示这一行 8 个点的逻辑状态，比如 0x10，转换成二进制就是 0b10000，如果不足 8 位，我们就在他的前面补 0，0b10000 与 0b00010000 对计算机来说并没有区别。

将取模的数组放入 myFont.py 最终形成的字库文件类似这样：

full_angle_16 = {"Width": 16, "Height": 16, "Data": {
    "叶": [0x00, 0xFC, 0x04, 0x04, 0xFC, 0x00, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40, 0xFF, 0x40, 0x40, 0x40, 0x40, 0x00,
          0x00, 0x0F, 0x04, 0x04, 0x0F, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,],  # 叶 0
    "老": [
        0x20, 0x20, 0x24, 0x24, 0x24, 0x24, 0xBF, 0x64, 0x24, 0x34, 0x28, 0x24, 0x22, 0x20, 0x20, 0x00,
        0x10, 0x08, 0x04, 0x02, 0x3F, 0x45, 0x44, 0x44, 0x42, 0x42, 0x42, 0x41, 0x78, 0x00, 0x00, 0x00,],  # 老 1
    "师": [
        0x00, 0xFC, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x00, 0x02, 0xE2, 0x22, 0x22, 0xFE, 0x22, 0x22, 0xE2, 0x02, 0x00,
        0x00, 0x87, 0x40, 0x30, 0x0F, 0x00, 0x00, 0x1F, 0x00, 0x00, 0xFF, 0x08, 0x10, 0x0F, 0x00, 0x00,],  # 师 2
    "东": [
        0x00, 0x08, 0x88, 0x48, 0x28, 0x18, 0x0F, 0xE8, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x08, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x20, 0x11, 0x09, 0x05, 0x41, 0x81, 0x7F, 0x01, 0x01, 0x05, 0x09, 0x11, 0x20, 0x00, 0x00,],  # 东 3
        # ……
        }
   }

写一个方法对这个字库文件调用：

# 显示字符（中英文皆可）,取模方式为列行式
def display_text(tft,pos,text,color,font):
    for ch in range(len(text)):
        fontw = font["Width"]
        fonth = font["Height"]
        countw = ceil(fontw/8)# 表示有几组行
        counth = ceil(fonth/8) # 表示有几组列
        charData = bytearray(font["Data"][text[ch]])
        buf = bytearray(2 *fonth * fontw)
        parts=[]
        for numh in range(1,counth+1):
            parts.append(charData[(8*countw)*(numh-1):(8*countw) * numh])
            for q in range(fontw):
                c = parts[numh-1][q]
                for numw in range(1,countw+1):
                    for r in range((8*numw)*(numh-1),(8*numw) * numh):
                        if c & 0x01:
                            coordinate = 2*(r * fontw + q)
                            buf[coordinate] = color >> 8
                            buf[coordinate + 1] = color & 0xFF
                        c >>= 1
        tft.image(pos[0]+fontw*ch+1, pos[1], (pos[0]+fontw*ch+1) + fontw - 1, pos[1] + fonth - 1, buf)

在需要的地方进行调用即可，例如 display_text(tft,(24,15),"早上好",tft.WHITE,font) ，屏幕上会从坐标(24,15)开始显示"早上好"字符。

两个单片机之间通信※

单片机之间的通信主要依靠 MQTT 协议。MQTT 是通过 topic 、 msg 在不同客户端发布服务的通信协议。

可以用 EMQX 提供的 MQTT 服务在本地搭建服务器

服务器：下载 EMQX
windows 客户端：MQTTX：跨平台 MQTT 5.0 桌面客户端工具

我在一台具有公网 IP 的服务器上部署了 EMQX，在 esp32 中即可使用 MQTT.py 库，通过服务器与另一个单片机进行通信。写代码的时候可以使用 MQTTX 客户端测试。

示例代码：

wifi_connect(ssid, password)

def sub_cb(topic, msg): # 回调函数，收到服务器消息后会调用这个函数
    if topic != None:
        display_img(tft,(0,0),(64,40),"/imgs/bg_1.dat")


# 1. 联网
# 2. 创建 mqt
c = MQTTClient("umqtt_client", "127.0.0.1")  # 建立一个 MQTT 客户端
c.set_callback(sub_cb)  # 设置回调函数
c.connect()  # 建立连接
c.subscribe(b"tv")  # 监控 tv 这个主题

c.publish(b"tv",b"你好") # 发布消息
while True:
    c.check_msg()
    time.sleep(1)