一、项目概述
1.项目背景与目标
1.在现代生活中，人们对时间和天气信息的需求日益增加。将时钟与天气信息相结合的设备可以方便地放置在家庭或办公环境中，提供实用的信息。本项目旨在利用ESP32开发板构建一个集时钟显示和天气获取功能于一体的设备。
2.目标是准确显示当前时间和日期，同时获取并显示本地的天气状况。
2.硬件选择
1.ESP32开发板
2.显示屏
3.高清SPI TFT彩屏（8引脚）
3.3.7V锂电池 300mAh
4.1A锂电池充电保护板(Type-C充电口)
5.开关
二、硬件连接
三、软件开发
1.开发环境搭建
1.使用Arduino IDE作为开发环境。首先需要在Arduino IDE中安装ESP32开发板支持库。可以通过在“文件 - 首选项 - 附加开发板管理器网址”中添加ESP32开发板的官方网址，然后在“工具 - 开发板 - 开发板管理器”中搜索并安装ESP32开发板。
2.导入必要的库，用于显示屏控制的库以及用于网络通信和天气数据获取的库。
2.时间获取与显示
1.利用ESP32的网络功能，连接到NTP（网络时间协议）服务器来获取准确的时间。在Arduino代码中，可以使用WiFi库连接到Wi - Fi网络，然后使用NTPClient库与NTP服务器通信。
2.一旦获取到时间数据，将其转换为本地时间格式（如考虑时区差异），并在显示屏上按照设定的格式显示，例如，显示小时、分钟、，以及日期（年、月、日）。
3.天气数据获取
1.使用天气API来获取天气信息。首先需要在网站上注册账号，获取API密钥。
2.在ESP32代码中，通过Wi - Fi连接发送HTTP请求到服务器，请求中包含API密钥信息。
3.解析返回的JSON格式的天气数据，提取温度、湿度、天气状况（如晴天、多云、下雨等）等信息，并显示在显示屏上。
4、代码
1.获取时间信息
timeClient.update();
unsigned long epochTime = timeClient.getEpochTime();
// 获取当前时间
tm_Hour = timeClient.getHours();
tm_Minute = timeClient.getMinutes();
weekDay = weekDays[timeClient.getDay()]; // 获取当前星期几
// 将epochTime换算成年月日
struct tm *ptm = gmtime((time_t *)&epochTime);
monthDay = ptm->tm_mday;
tm_Month = ptm->tm_mon + 1;
int tm_Year = ptm->tm_year + 1900;
// 格式化时间
String currentTime, hour, minute;
if (tm_Hour < 10) hour = "0" + String(tm_Hour);
else hour = String(tm_Hour);
if (tm_Minute < 10) minute = "0" + String(tm_Minute);
else minute = String(tm_Minute);
currentTime = hour + ":" + minute;
// 格式化日期
String currentDate = String(tm_Month) + "/" + String(monthDay);
2.时间显示界面
void show_time(uint16_t fg, uint16_t bg, const uint16_t* image[], String currentTime, String currentDate, int tm_Year, const char* week) {
tft.setSwapBytes(true); // 使图片颜色由RGB->BGR
while(j<=2)
{
while(i<9)
{
tft.pushImage(10, 55, 64, 64, image[i]);
delay(100);
i += 1;
tft.drawFastHLine(10, 53, 108, tft.alphaBlend(0, bg, fg));
showtext(15, 5, 2, 3, fg, bg, currentTime);
showtext(75, 60, 1, 2, fg, bg, String(tm_Year));
showtext(75, 80, 1, 1, fg, bg, currentDate);
showMyFonts(80, 100, week, TFT_YELLOW);
}
i = 0;
j++;
}
j=0;
}
3、调用的库
#include <TFT_eSPI.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include <WiFi.h> // WiFi库
#include <ArduinoJson.h> // JSON库
#include <HTTPClient.h> // HTTP库
#include <NTPClient.h> // NTP库
#include <WiFiUdp.h>
4、转接板PCB和原理图
1、PCB
2、原理图
四、测试与调试
1.硬件测试
1.在连接硬件后，首先检查电源是否正常。使用万用表测量开发板和各个组件的电源引脚之间的电压是否符合要求。
2.对于显示屏，检查是否能够正常初始化。如果显示屏无法显示任何内容，可以检查SPI的连接是否正确，包括引脚是否接反、连接是否松动等。
2.软件测试
1.在软件开发过程中，逐步测试各个功能模块。首先测试Wi - Fi连接功能，确保ESP32能够成功连接到指定的Wi - Fi网络。可以通过在串口监视器中查看连接状态信息来判断。
2.测试时间获取功能，检查获取到的时间是否准确。如果时间不准确，可以检查NTP服务器的设置、时区设置等因素。
3.测试天气数据获取功能，检查是否能够成功获取天气数据并正确解析。如果无法获取天气数据，可能是API密钥错误、网络请求问题或者地理位置设置错误等原因。
五、项目成果与总结
1.成果展示
成功构建了一个基于ESP32的天气时钟设备。该设备能够准确显示当前时间和日期，同时获取并显示本地的天气信息，包括温度、湿度和天气状况描述。
2.项目总结
1.在项目实施过程中，遇到了一些挑战，如硬件连接问题、软件库的兼容性问题以及网络通信的稳定性问题。通过仔细检查硬件连接、查阅相关文档和进行多次调试，逐步解决了这些问题。
2.未来可以进一步改进的方向包括：提高设备的美观性，例如设计专门的外壳；增加更多的天气信息显示，如空气质量指数；优化用户交互界面，使操作更加便捷等。
通过本项目，深入了解了ESP32的功能和应用，掌握了利用网络API获取数据、硬件与软件的结合开发以及设备测试与调试的技能。
