一种基于ESP32的 2.9寸可编程墨水屏天气时钟

 

项目说明

网上能找到许多2.9寸天气时钟，不过有的功能多但没有开源，有的开源的功能较少。

还有的并没有用立创EDA设计，不能享受嘉立创的优惠。

为了让每个人都能快速DIY属于自己的墨水屏天气时钟，并让每个人都能参与开发，

为了完成曾经“校园生活助手 7”项目没做完的Lua解释器

我决定利用暑假设计一个扩展性强，DIY过程对新手友好，功能全且成本低的墨水屏天气时钟。

Github 仓库点这里
介绍视频已发布，点这里

固件烧录/更新，点这里

最新信息之后会在Github发布，本页面最后更新时间：2024年1月18日10点38分

HW3.0硬件已更新。

 

 

开源协议

EDA工程开源协议为CC-BY-SA 3.0，其中：

 CC：知识共享许可协议（英语：Creative Commons license）的缩写

 BY：署名，您必须给出适当的署名，提供指向本许可协议的链接，同时标明是否（对原始作品）作了修改。

 SA：相同方式共享，如果您 再混合、转换或者基于本作品进行创作，您必须基于与原先许可协议相同的许可协议分享发布您贡献的作品。

源代码开源协议为GPL-3.0，允许开源情况下商用，但请标明原作者和工程链接，不得售卖源代码或作为闭源项目发布

另外，按照GPL-3.0协议要求，由此项目衍生出的代码如果分享或商用，必须以GPL3.0开源并在显眼的地方声明

此处的开源指使任何人可以自由且免费地获得、修改源代码和（或）硬件工程源文件

 

另外因为用了彩云天气的API，仅供学习研究，如果需要商用，则不得包含此源代码或由其产生的二进制文件

 

项目相关功能

此项目后端使用Arduino(C++ PlatformIO)开发，并移植了Lua解释器用于执行图形化编程代码

主要设计功能如下：

1. 通过彩云天气API获取本地天气并显示
2. 使用ESP32内部RTC提供时钟信号，经过两次NTP同步进行线性偏移补偿，可做到日误差小于2秒
3. 内置Web服务器用于配置天气位置，管理内部文件等
4. 内置GUI框架，包括对话框、菜单等
5. 简易电子书功能
6. Bilibili粉丝显示器
7. 完善的设置菜单
8. 通过蜂鸣器播放经过转码的Midi音乐
9. 简易的闹钟
10. 内置Blocky 图形化开发环境，只要有浏览器就能为它添加功能

此项目以易用性和可二次开发为核心目标：

1. 系统框架与App解耦，每个“App”源码为单个cpp文件，复制到app目录后自动识别编译并添加到APP列表，无需其它修改操作。TF卡、传感器等外设在第一次开机时自动识别，由系统统一管理，不使用时自动断电（传感器进入省电模式）
2. APP为事件驱动，有较为完善的GUI框架，可以快速实现想要的功能，另外，电子书App等内置App在不刷新屏幕时和关机状态耗电量相同（注意：GUI框架在等待用户输入时不会进入休眠模式）
3. 无需配置API KEY，无需手动设置时钟误差修正，无需手动配置Bilibili UID（手机扫码登录），只需填写天气GPS坐标（GCJ-02）和WiFi密码
4. 对于不会配置环境的小伙伴，提供全功能二进制文件，直接烧录运行也可体验所有功能
5. 内置Lua语言解释器和Google Blockly开发环境，可通过lua语言编写APP，网页端上传后直接运行，同时可以无缝添加到App列表，设置为主屏幕App等

在安全性和稳定性方面

1. PCB设计有电源自动切换电路，无需担心电池循环充放电引发危险
2. 软件方面一定时间未操作自动关机，避免电池电量耗尽（只限于App选择界面和网络重新配置界面，其它需要用户确认的地方不会自动休眠）
3. 同时也设计有电量检测功能
4. 万一遇到无限重启的情况，可先按住向左键后，按背面的复位按钮，这将立即关闭此设备，避免频繁刷新烧坏屏幕

 

项目属性

本项目为首次公开，为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

• 2023/07/24 功能设计，开发板购买
• 2023/07/27 功能可行性分析完成，基本开发思路确定
• 2023/08/06 各电路模块功能测试通过
• 2023/08/08 创建EDA项目
• 2023/08/09 元器件选型完成，PCB设计完成，等待审核生产
• 2023/10/02 公开源代码到Github
• 2023/10/17 完成项目介绍

设计原理

硬件部分都比较简单。除了那个电源自动切换电路是网上找到的，我也不知道原理，但是可以用，还特别稳定。

整体框图：

AppManager类管理全部App（包括Lua App）的生命周期

HAL类为硬件相关功能，同时提供自动连接WiFi、NTP同步等服务

Peripheral类管理已安装的外设，同时在App运行时按需开关外设电源（或进入与退出省电模式）

Lua解释器解释运行Lua App，实现App的动态添加与删除

FreeRTOS为ESP-IDF提供的实时操作系统，此处主要用于实现多线程

 

软件说明

系统 主要 运行下面三个任务

AppManager：用于执行App代码，判断下次休眠时间

HAL：自动更新时间和电池电压，并处理按钮事件

Lua调试：在网页端调试Lua时创建，方便在需要时立即结束程序运行，同时防止Lua进程阻塞web服务器运行

系统初始化步骤如下

 

实物展示

背面

主页面（下方阴影部分为降水量）

预警信息（按任意键返回）

App选择（在电子书应用外任意App中长按中键，也可以在设置中选择任意App作为主屏幕App）

完善的设置菜单

扫码二维码连接配置用的热点（也可以手动输入密码或使用SmartConfig）

电子书（长按左键上一页，长按右键下一页，继续长按右键可进入菜单）

Bilibili二维码登录

都拿到cookies了，剩下的功能就靠大家了  其实是因为我不会设计UI[doge]

简易的Bilibili粉丝数显示界面（UI非常简易，但功能超过网上80%的作品）

外设自动探测，可以用来检验传感器是否正确焊接

--Blockly IDE 简介--

开发这个功能也是为了解决自定义表盘的问题

可以随时修改代码、互相分享工程、减少调试所需的编译上传时间

网页端（可以在左边使用“积木”编程，或者直接编辑Lua代码，但不支持Lua反向转化为Blockly）

使用WebSocket实现终端功能，lua的输出和报错将被重定向到这里

Lua运行结果

App创建

创建的App，除了能卸载或从TF卡安装，用起来和内置App完全没有区别（内置App是基于C++的）

详细程序编写说明请看Github Readme

文件管理

预览“lbm”图像文件（实质上是xbm二进制版，可用GIMP保存为xbm格式，后使用GitHub仓库tools目录下xbm转lbm工具）

lua已实现相对目录（如果需要访问资源文件，请将其放在webtmp文件夹下，创建App时会一并复制，支持.表示当前目录，不支持..文件夹）

sd卡挂载到/sd/，内置littlefs挂载到/littlefs

蜂鸣器支持播放.buz文件（midi转buz的python程序同样放在GitHub的tools目录下）

更多Lua函数添加中，也欢迎大家贡献自己的代码或工程文件

 

DIY注意事项

这回BOM很全，可以直接照着买

经小批量生产测试，硬件已经没有BUG了，如果烧不进程序等问题只可能是没焊好

HW3.0硬件已修复之前提到的全部问题，软件只支持2.0及以上版本

电池接口如果选择连接器，可能会导致无法装进外壳

原理图“可选功能”整页都可以不焊接，系统会自动识别都焊了什么

ESP32可以用ESP32-WROOM系列，系统会自动根据Flash剩余容量调整LittleFS分区大小

千万别买带PSRAM的ESP32！！！

焊好后，烧录好程序，跟着OOBE配置就行。

一键烧录最新固件：https://diylxy.github.io/LiClockWebFlash/

 

最新源代码和编译好的固件在这个网页的最上面

（附件按照开源平台的要求，包含了2023年12月2日更新的源代码）

3D模型也在Github仓库里

如果觉得工程不错，别忘了点赞收藏，谢谢大家！