基于ESP32-S2制作的本地气象台温度计

内容介绍

平台介绍

本次使用的平台，是基于乐鑫官方模块ESP32-S2-Mini-1制作的。该模块由一颗ESP32S2的处理器，和一颗可以运行在80M的QPI上的Flash以及一些外围电路组成。ESP32S2是一颗单核的Xtensa32的处理器，能运行在240MHz的主频上。官方提供了esp-idf和Arduino等开发框架，本次我在使用arduino作为开发框架开发。

任务需求

制作一个本地气象台/温度计

利用OLED显示当前本地的时间、温度和气象信息

设计思路

连接网络，通过网络获取时间和天气情况，处理之后在oled屏幕上进行信息显示。

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实现代码

所需库

#include <Arduino.h>
#include <ArduinoJson.h>//进行json的序列化，和转换做数据通讯
#include <WiFi.h>
#include <U8g2lib.h>
#include <SPI.h>
#include <Wire.h>
#include "time.h"

链接wifi

void Wifi_connect()
{
    WiFi.begin(ssid, password);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
    {
        delay(500);
        Serial.print(".");
    }
    Serial.println("");
    Serial.println("WiFi connected");
    Serial.println("IP address: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
}

获取数据

void httpRequest()
{
    WiFiClient client;
    if (!client.connect(host, 80))
    {
        Serial.println("Connect host failed!");
        return;
    }
    Serial.println("host Conected!");
    String httpURL= "/v3/weather/now.json?key=";
    httpURL += privateKey;httpURL += "&location=";httpURL += city;httpURL += "&language=";httpURL += language;
    client.print(String("GET ") + httpURL + " HTTP/1.1\r\n" + "Host: " + host + "\r\n" + "Connection: close\r\n\r\n");
    Serial.println("Get send");
    char endOfHeaders[] = "\r\n\r\n";
    bool ok = client.find(endOfHeaders);
    if (!ok)
    {
        Serial.println("No response or invalid response!");
    }
    Serial.println("Skip headers");
    String line="";
    line += client.readStringUntil('\n'); 
    Serial.println(client.readStringUntil('\n'));
    Serial.println(line);
    Json(line);
    client.stop();
}
void Json(String line)
{
    DynamicJsonDocument doc(1400);
    DeserializationError error = deserializeJson(doc, line);
    struct WeatherData weatherdata = {0};
    Serial.println(doc["results"][0]["daily"][0].as<const char*>());
    strcpy(weatherdata.city, doc["results"][0]["location"]["name"].as<const char*>());
    strcpy(weatherdata.weather, doc["results"][0]["now"]["text"].as<const char*>());
    strcpy(weatherdata.temperature, doc["results"][0]["now"]["temperature"].as<const char*>());
    strcpy(weatherdata.code,doc["results"][0]["now"]["code"].as<const char*>());
    mystr=weatherdata.code;
    OLEDDisplay(weatherdata.city, weatherdata.weather, weatherdata.temperature,weatherdata.code);
}

天气图标绘制

#define SUN  0
#define SUN_CLOUD  1
#define CLOUD 2
#define RAIN 3
#define THUNDER 4

//int weathercode;
//weathercode =int(weatherdata.code);
//uint8_t getSymbol(int weathercode)
//{
//  if (weathercode == 0)
//    return SUN;
////  if (weathercode == "9")
////    return SUN_CLOUD;
////  if (weathercode == "13" || weathercode == "14" || weathercode == "15"|| weathercode == "16" || weathercode == "17"|| weathercode == "18")
////    return RAIN;
////  if (weathercode == "11" || weathercode == "12" )
////    return THUNDER;
//}

void drawWeatherSymbol(u8g2_uint_t x, u8g2_uint_t y, uint8_t symbol)
{ 
  switch(symbol)
  {
    case SUN:
      u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_weather_6x_t);
          Serial.println("its sun");
      u8g2.drawGlyph(x, y, 69);  
      break;
    case SUN_CLOUD:
      u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_weather_6x_t);
      u8g2.drawGlyph(x, y, 65); 
      break;
    case CLOUD:
      u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_weather_6x_t);
      u8g2.drawGlyph(x, y, 64); 
      break;
    case RAIN:
      u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_weather_6x_t);
      u8g2.drawGlyph(x, y, 67); 
      break;
    case THUNDER:
      u8g2.setFont(u8g2_font_open_iconic_embedded_6x_t);
      u8g2.drawGlyph(x, y, 67);
      break;      
  }
}

void OLEDDisplay(String cityName, String cityweather, String citytemperature,String code)
{   struct tm timeinfo;
    if(!getLocalTime(&timeinfo)){
      Serial.println("Failed to obtain time");
      return;
    }
 u8g2.setCursor(43 , 30 ); u8g2.println("天");  //国内城市白天晴
//    u8g2.drawXBM( 0, 0, 38, 24, FACE_Neutral);
u8g2.firstPage();
do{
    u8g2.setFont(u8g2_font_wqy12_t_gb2312);
    u8g2.setFontDirection(0);
    u8g2.clearBuffer();
    u8g2.setCursor(5,10);
    u8g2.print("城市: ");
    u8g2.print(cityName);
    //    u8g2.drawXBMP(5, 64, 64, 32, sunny); 
    u8g2.setCursor(5, 23);
    u8g2.print("天气: ");
    u8g2.print(cityweather);
    u8g2.setCursor(5, 36);
    u8g2.print("温度: ");
    u8g2.print(citytemperature);
    u8g2.print("'C");
    u8g2.setCursor(5, 50);
    u8g2.print(&timeinfo, "%F");
    u8g2.setCursor(5, 63);
    u8g2.print("时间:");
    u8g2.print(&timeinfo, "%T");
        u8g2.print(" ");
    u8g2.print(&timeinfo, "%A");
    u8g2.sendBuffer();

myint=mystr.toInt();
Serial.println("myint");
Serial.println(myint);
uint8_t symbol;//=SUN;
  if (myint == 0)
    symbol= SUN;
  if (myint == 9)
    symbol=  SUN_CLOUD;
  if (myint == 13 || myint == 14 || myint == 15|| myint == 16 || myint == 17|| myint == 18)
    symbol=  RAIN;
  if (myint == 11 || myint == 12 )
    symbol=  THUNDER;

drawWeatherSymbol(71, 48, symbol);

}while(u8g2.nextPage());
   // delay(1000);
}

结果展示

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所遇问题及解决过程

esp32的专业开发环境为idf，在使用idf跑helloworld时就不断报错，最终解决方案为采用纯净版python（python版本问题），以及重新添加path。最后还是放弃idf，用了vscode和arduino，idf在每次编译时都要重新导入，非常慢，在用arduino时，只要编译一次，再修改后编译起来会快很多，新版2.0也能够看一些底层的文件，稍微好用一点点。
一开始想查看tm结构体里的信息，没找到。tm结构体在time.c里，time.c在esp32的cores的hal库里。
网络时间服务器最常用的主机名是 pool.ntp.org,通过网络时间服务器获得的时间是世界协调时间（UTC）/格林尼治时间（GMT），不同地区的时间可以通过时区换算， gmtOffset_sec 参数就是用来修正时区的，比如对于我们东八区（UTC/GMT+08:00）来说该参数就需要填写 8 * 3600 ；如果使用夏令时 daylightOffset_sec 就填写3600，否则就填写0；u8g2.print(&timeinfo, “%F %A%T”); %F代表获取的年月日，%A代表获取的星期几的全称，%T表示获取的时分秒。
esp32作客户端向心知天气API发送GET请求；然后，从心知天气响应报文体中的JSON数据解析出天气，气温数据，首先需要注册一个心知天气账号，然后申请一个免费版，然后就可以从网页获取天气了.
从心知API获取到一串数据后，内含天气状况代码，阅读心知使用手册对应天气，然后根据天气绘制图标。

API的地址为api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=私钥（填写自己申请到的）&location=yanji（填写地点）&language=en&unit=c。服务器响应了一个JSON对象：

{"results":[{"location":{"id":"WTSQQYHVQ973","name":"南京","country":"CN",
"path":"南京,南京,江苏,中国","timezone":"Asia/Shanghai","timezone_offset":"+08:00"},
"now":{"text":"晴","code":"0","temperature":"8"},"last_update":"2022-02-24T17:50:05+08:00"}]}

在绘制天气图标时，遇到了很多问题：
u8g2有两个库，Adafrui图形化方便，但是字库不圆滑，u8g2显示汉字方便，引脚配置也方便。
为了中文显示天气时间方便，用了u8g2lib库，导致画天气图标花了很久，一开始用drawXBMP和drawFrame，最后一个参数取字模的指针没搞明白，最后直接用了drawGlyph绘制字集里的符号（强烈推荐），又快又多，就是需要查一下字库，然后把编
号对应图表。
调用函数drawweathersymbol时，一开始什么也不显示，后来发现在draw之前要先设置库，库设置错了。本项目中一共使用了u8g2_font_open_iconic_embedded_6x_t和u8g2_font_open_iconic_weather_6x_t两个库，里面图标特别全，比字模好用多了。
因为从知心API抓取到的天气代码是字符串的形式，我又想通过switch来赋值symbol然后draw，所以我直接用保存抓取到的天气数据的数组和天气代号进行比较，但是始终报错，说我没用定义类型或者找不到数组，最后分析应该是数组不能在新写的函数里读到，最后一同操作，连转两次，把天气代码转成了int型，再和天气代号比较，虽然能用了，但是代码实在太丑了。
使用u8g2lib库时总是需要在loop里用
```
u8g.firstPage();

do {undefined

draw();

} while( u8g.nextPage() );
```
才能显示正确。原因是u8glib可能使用了缓存机制，有时候一次循环画不完arduino第一次编译会比较慢，后面再修改后编译就会快单个显示图标之后，怎么和文字信息一起显示又是一个问题。

心得体会

阅读examples的能力很重要！
多从网上检索、筛选资料。
多动手实践，有错误慢慢改。
除了敲代码，正确表达自己的错误，正确记录解决问题过程的能力也很重要。

最后附上几个好用的网站和帖子：

天气现象代码说明 | 心知天气文档 (seniverse.com)

Font Converter (squix.ch)

【新提醒】【原创】OLED屏-U8glib库增强版 U8G2库。-Arduino中文社区 - Powered by Discuz!