FunPack 2-5 - 基于ESP32-S3-BOX-LITE的网络电子书

项目需求

    使用板卡的屏幕和联网功能，实现一个在线电子书浏览器，从网络上获取文本并显示在屏幕上，通过按键翻页。

板卡介绍

    ESP32-S3-BOX-Lite 是目前对应的 AIoT 应用开发板，搭载支持 AI 加速的 ESP32-S3 Wi-Fi + Bluetooth 5 (LE) SoC。为用户提供了一个基于语音助手、传感器、红外控制器和智能 Wi-Fi 网关等功能开发和控制智能家居设备的平台。开发板出厂支持离线语音交互功能，用户通过乐鑫丰富的 SDK 和解决方案，能够轻松构建在线和离线语音助手、智能语音设备、HMI 人机交互设备、控制面板、多协议网关等多样的应用。

硬件搭载：

核心微控制器：ESP32-S3

Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz

内置 512 KB SRAM、384 KB ROM 存储空间，并支持多个外部 SPI、Dual SPI、 Quad SPI、Octal SPI、QPI、OPI flash 和片外 RAM

额外增加用于加速神经网络计算和信号处理等工作的向量指令 (vector instructions)

45 个可编程 GPIO，支持常用外设接口如 SPI、I2S、I2C、PWM、RMT、ADC、UART、SD/MMC 主机控制器和 TWAITM 控制器等

基于 AES-XTS 算法的 Flash 加密和基于 RSA 算法的安全启动，数字签名和 HMAC 模块，“世界控制器 (World Controller)”模块

实现过程

     在MicroPython环境下，通过ESP32与ST7789液晶屏显示器结合，实现以下功能：连接到Wi-Fi网络，并在液晶屏上显示连接状态和网络信息。载入字体：使用ufont库和自定义的字体文件，载入需要使用的字体。获取文字：使用HTTP GET请求获取文字数据，并对数据进行处理和显示。在液晶屏上显示文字，收到服务器发送的文字时进行分行在字库中找相应文字，发送给驱动芯片buffer，并进行显示。在main()函数中，循环调用ADC读取函数，实现循环获取ADC按键的电压值，当按下按键时去向网站发出请求获取文字。

      在Windows环境下搭建http服务器，服务器代码的主要思路是创建一个简单的HTTP服务器，用于处理客户端的GET请求。服务器的功能包括以下步骤：创建一个HTTP服务器对象，并指定服务器监听的端口号。当接收到客户端的GET请求时，服务器会调用do_GET方法进行处理。在do_GET方法中，服务器会打开相应的文件，并根据文件位置读取字符。服务器将读取的内容封装在一个字典中，包含了一个固定的消息电子书的名字和从文件中读取的数据。将字典转换为JSON字符串，并设置字符编码为UTF-8。服务器通过HTTP响应将JSON数据发送给客户端，确保正确的Content-type和头信息。服务器会更新文件的读取位置，以确保每次请求返回不重复的数据。在服务器接收和处理请求的过程中，会打印相关的请求信息。通过这些步骤，服务器能够持续监听指定端口的GET请求，并将文件中的一部分内容以JSON格式返回给客户端。服务器通过更新文件读取位置，确保每次请求返回的数据不会重复

      这样就完成了网络电子书的实现，流程图如下：

现象展示

      上电运行代码之后就会屏幕上显示：

      等待一会就会打印连接WiFi的状态

      向服务器请求到数据之后打印：

      按键翻页：

代码讲解

      已经将主要的函数进行了注释。

      ESP32的Micropython代码如下：

import time
import network
from machine import SPI, Pin, ADC
import ufont
from st7789 import ST7789
from fonts import urequests
import ujson

adc_key = ADC(Pin(1))  # 初始化ADC引脚
spi = SPI(1, 30000000, sck=Pin(7), mosi=Pin(6))  # 初始化SPI接口
display = ST7789(spi=spi, cs=5, dc=4, rst=48, bl=None, width=320, height=240, rotate=2, offset=(0, 0, 320, 240))  # 初始化液晶屏
font = ufont.BMFont("unifont-14-12917-16.v3.bmf")  # 初始化字体

def do_connect():
    wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
    wlan.active(True)
    if not wlan.isconnected():  # 如果未连接到Wi-Fi
        font.text(display, "连接网络中...", 120, 90, show=True)  # 显示连接中信息
        wlan.connect('taylor', 'asdfghjkl')  # 连接指定Wi-Fi网络
        while not wlan.isconnected():
            pass
    
    font.text(display, "已经连接网络啦", 0, 0, show=True, clear=True, font_size=16)  # 显示连接成功信息
    font.text(display, "IP：{}".format(wlan.ifconfig()[0]), 0, 32, show=True)  # 显示IP地址
    font.text(display, "网关：{}".format(wlan.ifconfig()[1]), 0, 64, show=True)  # 显示网关地址
    font.text(display, "主机：{}".format(wlan.ifconfig()[2]), 0, 96, show=True)  # 显示主机地址
    time.sleep(3)
   
def Get_json():
    try:
        Text = urequests.get("http://192.168.26.41:6080/data")  # 发送HTTP请求获取JSON数据
        Dic = ujson.loads(Text.text)  # 解析JSON数据
        shuming = Dic["shuming"]
        code = Dic["data"]
        
        # 分割成适当长度的行
        lines = [code[i:i+16] for i in range(0, len(code), 16)]
        # 在每行之间添加换行符
        formatted_code = "\n".join(lines)
        
        font.text(display, shuming, 0, 0, show=True, clear=True)  # 显示书名
        font.text(display, formatted_code, 10, 32, show=True)  # 显示内容
        
    except:
        font.text(display, "数据异常！", 24, 24, show=True, clear=True)  # 数据异常处理
        time.sleep(5)

def main():
    do_connect()  # 连接Wi-Fi
    Get_json()  # 获取并显示初始JSON数据
    while True:
        adc_value = adc_key.read()  # 读取ADC值
        
        if adc_value < 4000:  # 当ADC值低于4000时触发
            Get_json()  # 获取并显示新的JSON数据

if __name__ == "__main__":
    main()

      电脑上位机的http服务器的代码：

from http.server import BaseHTTPRequestHandler, HTTPServer
import json

# 定义 HTTP 请求处理器
class RequestHandler(BaseHTTPRequestHandler):
    file_position = 0  # 记录文件读取位置的类变量

    def do_GET(self):
        self.send_response(200)
        self.send_header('Content-type', 'application/json')
        self.end_headers()

        # 从文件中读取下一段个字符
        with open('sanguo.txt', 'r', encoding='utf-8') as file:
            file.seek(RequestHandler.file_position)
            data = {
                'shuming': '三国演义',
                'data': file.read(104)
            }
            RequestHandler.file_position = file.tell()  # 更新文件读取位置

        # 将数据转换为JSON字符串
        json_data = json.dumps(data, ensure_ascii=False)

        # 发送JSON数据
        self.wfile.write(json_data.encode('utf-8'))

        # 打印读取的内容
        print("Finish")

    def log_message(self, format, *args):
        # 打印请求信息
        print(f"[{self.address_string()}] {format % args}")

# 运行 HTTP 服务器
def run_server():
    server_address = ('', 6080)  # 将 6060 替换为服务器监听的端口号 
    httpd = HTTPServer(server_address, RequestHandler)
    print('Server is running on port', 6080)
    httpd.serve_forever()

run_server()

心得体会

      通过完成ESP32-S3-Box-Lite电子书阅读器项目，我学会了使用MicroPython编程语言和相应的库，实现网络连接、液晶屏显示和错误处理。这个项目提高了我的嵌入式开发技能，增强了我在处理硬件和网络交互方面的能力。我也意识到持续学习和实践的重要性，它们是解决问题和提升自己的关键。