【嵌入式项目开源】基于ESP32的墨水屏桌面小屏幕 |
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【嵌入式项目开源】基于ESP32的墨水屏桌面小屏幕
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首先简要介绍一下这个项目： 这个项目的开源主要包括硬件，固件和软件两部分，外壳后面如果做了也会开源出来。该项目主要是参考了以下教学视频。 链接：桌面小屏幕实战教学 其中硬件部分改动不大，主要是把USB驱动改成了TypeC + CP2102，其他部分没有太大改动。 软件部分全部是自主编写，这部分与上面视频中的开源代码完全不同，各位可以作为参考。 说明：做这个项目主要是为了把我这段时间学的东西整合到一起，项目本身的难度并不大，适合新手入门。 项目开源仓库：https://github.com/Jozen-Lee/Desk_Screen 1. 项目简介 软件版本PlatformIO：6.1.5 SquareLine Studio： 1.1.1 Visual Studio：2022 嘉立创EDA：专业版1.9.23 固件版本lvgl：8.3.4 主要外设ESP32-S：带有ESP32主控 + 蓝牙 + WIFI ePaper：1.54寸黑白墨水屏，采用SPI通信 ft6336：触摸屏，采用I2C通信 蜂鸣器：PWM驱动 USB：TypeC + CP2102 物料清单这里只给出核心的部件，电阻电容二极管这些可参考PCB原理图中的具体型号。 外设类别型号数量购买链接主控模块ESP32-S1ESP32-S模组WiFi+蓝牙ESP32串口转WiFi模块PCB开放板电子纸触摸屏GDEY0154D67-T031电子纸触摸屏USB芯片CP2102-GMR1CP2102-GMR锂电池充电管理模块TP405611A锂电池充电IC线性稳压器AMS1117-3.31正 Vin=18V Vout=3.3V 1A 60dB@(120Hz)蜂鸣器MLT-50201MLT-5020TypeC接插件TYPEC-324-BCP241Type-C 母座 卧贴轻触开关TS24CA2蓝牙耳机轻触开关锂电池3.7V3010301蓝牙耳机电池小体积大容量建议TypeC改为以下的封装，比较便宜好焊，PCB图做简单修改即可。 KH-TYPE-C-16P 2. 硬件部分这部分对应开源仓库中的Hardware，整体电路比较简单，这里只提一些关键点。 自动下载电路CP2102是可以设计自动下载电路的，原理图如下：（参考稚晖君的开源项目） 这个属于是设计上的失误，当时买的外设是墨水屏+触摸屏一体化模块，但是两个接插件的相对位置存在误差，导致连接的时候触摸屏FPC线需要弯曲。 这部分对应开源仓库中的Firmware，开发平台选用的是vscode + PlatformIO。 项目中涉及到了很多外设的驱动库，原则上是尽量选用Platform平台上有的开源库，因为移植和使用都比较简单。不过也要考虑适配性，开源库不是万能的，大部分时候都需要根据使用的外设提供的demo，来修改开源库的参数或者源码。 首先介绍一下使用到的库和相关的配置。 epd_libraries官方链接：https://github.com/Bodmer/EPD_Libraries 我使用的是其中的epd1in54库，对应了我所使用墨水屏的尺寸。 我根据官方demo修改了库中的刷屏源码。不修改的话，显示的图像会很模糊。 这部分使用的是Platform Libraries中的htcw_ft6336库 主要修改的部分是GPIO口的配置和初始化的配置。 关键点：虽然pins_arduino.h中有I2C和SPI的引脚配置，但我们完全是可以根据我们的需求进行修改的，ESP32芯片也是支持的。 /* init code */ bool initialize() { if(!m_initialized) { /* Device Reset */ gpio_set_level((gpio_num_t)pin_res, 0); vTaskDelay(50 / portTICK_PERIOD_MS); gpio_set_level((gpio_num_t)pin_res, 1); vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS); /* Init I2C */ m_i2c.begin(33, 32, 10000); vTaskDelay(100 / portTICK_PERIOD_MS); device_gpio_config(); /* Set normal mode */ uint8_t w_data=0; reg(REG_DEVICE_MODE, w_data); /* set touch availd value to 22, smaller to more sensitive */ w_data=22; reg(REG_THRESHHOLD, w_data); /* set active period 12 - 14 */ w_data=14; reg(REG_TOUCHRATE_ACTIVE, w_data); /* Set interrupt mode */ w_data = 0; reg(REG_INTERRUPT_MODE, w_data); m_initialized=true; } return true; } lvgl这里引入lvgl主要是方便UI的开发以及链接显示屏与触摸屏的数据，库的相关配置可以参考我之前的博客：【LVGL学习笔记】（四）PlatformIO + LVGL8.3配置 因为墨水屏无法像LCD那样子不断刷新数据，所以在配置的时候，需要修改屏幕缓存更新的逻辑。 我采用的逻辑如下： 根据lvgl的数据刷新主控内部的缓存空间每次屏幕被按下的时候，将主控的缓存一次性发过去给墨水屏的RAM并刷新显示。 /* 这里只给出核心部分代码，其余的源码请参考开源仓库中的代码 */ uint8_t img_buf[MY_DISP_HOR_RES * MY_DISP_VER_RES / 8]; Paint paint(img_buf, MY_DISP_HOR_RES, MY_DISP_VER_RES); static void disp_flush(lv_disp_drv_t * disp_drv, const lv_area_t * area, lv_color_t * color_p) { uint32_t w = (area->x2 - area->x1 + 1); uint32_t h = (area->y2 - area->y1 + 1); for(int i = area->y1; i y2; i ++){ for(int j = area->x1; j x2; j ++){ if(color_p[(j-area->x1) + (i-area->y1)*w].full == 0xffff) paint.DrawPixel(j, i, UNCOLORED); else paint.DrawPixel(j, i, COLORED); } } lv_disp_flush_ready(disp_drv); } void Display::refresh(void) { epd.SetFrameMemory(paint.GetImage()); epd.DisplayFrame(); } lvgl的图片与字体lvgl官方提供了相关的网址，可以便捷地使用。 图片转换：Online Image Converter 字库生成；Online Font Converter 字库的相关配置可以参考这篇博客：lvgl界面库支持汉字显示 在设计UI的时候，使用的字体类别尽量少，因为每启用一类字体，都需要引入一个字库，需要比较多的内存。lvgl中带有中文的支持，字库类别是LV_FONT_SIMSUN_16_CJK，但是其中只有少量的中文字符，所以最好还是自己生成汉字字库。 BluetoothSerial&WifiESP32-S内置有天线，可以支持蓝牙和WiFi通信。两者共用一根天线，但通信协议不同，所以两者是可以支持共存的，但不可以同时使用。详细的说明可以参考官方手册中的说明：RF共存 因为本项目相对简单，所以我没有配置共存相关的东西。因此，在二次开发的时候要注意，项目中的蓝牙和wifi的库都可以正常使用，但是使用前都需要将另一方关闭，否则程序会崩溃。 /* 蓝牙驱动核心代码 */ void Bluetooth_Event(esp_spp_cb_event_t event, esp_spp_cb_param_t* param) { /* the first event is from master, the second event is from slave */ if (event == ESP_SPP_OPEN_EVT || event == ESP_SPP_SRV_OPEN_EVT) { Serial.write("bluetooth connection successful!\r\n"); } else if (event == ESP_SPP_CLOSE_EVT) { Serial.write("bluetooth disconnect successful!\r\n"); } else if (event == ESP_SPP_DATA_IND_EVT) { uint16_t len = 0; memset(rx_buff, '\0', BLUETOOTH_MAX_LEN); while (SerialBT.available()) { if (len = 0); } 获取时间ESP32提供了非常便捷的API接口供我们使用，并且我们只需要联网获取一次世界时间，ESP32就会调用内部的RTC时钟来自动更新时间，我们只需读取即可。 核心代码 #define NTP1 "ntp1.aliyun.com" #define NTP2 "ntp2.aliyun.com" #define NTP3 "ntp3.aliyun.com" /** * @brief Config World time * */ void Network::configWorldTime() { struct tm timeinfo; if (!getLocalTime(&timeinfo)) { configTime(8 * 3600, 0, NTP1, NTP2, NTP3); return; } /* format output: 2021-10-24 23:00:44 Sunday */ Serial.println(&timeinfo, "%F %T %A"); } FreeRTOS不同于STM32需要从外部引入FreeRTOS，EPS32的FreeRTOS库是内部库，可以直接引入头文件进行调用。运用FreeRTOS可以很好地构建代码框架，本项目的架构如下： 因为PlatformIO的编译环境比较使用小体量的ESP32代码工程，所以我没有像STM32那样构建比较复杂的文件层级，只是将外设变量的定义，FreeRTOS的任务和变量创建用新的文件进行了封装，而不是全部堆砌在main中。 值得一提的是，ESP32中有两个核，所以它提供了新的FreeRTOS任务创建API：xTaskCreatePinnedToCore，它的最后一个参数可以为0或1，用于设置任务在哪个核上跑。 /* main.cpp */ void setup() { System_Resource_Init(); } TickType_t _xTicksToWait = pdMS_TO_TICKS(10000); String country, province, city, weather, temp; String loc; void loop() { lv_task_handler(); delay(20); } /* SystemConfig.cpp */ void System_Resource_Init(void){ /* RTOS resources Init */ MusicCmd_Port = xQueueCreate(4,sizeof(int8_t)); /* Begin Serial */ Serial.begin(115200); /* Init beep */ beep.init(); /* Init screen */ screen.init(); /* Init blt */ blt.init(); /* Init lvgl input device */ lv_port_indev_init(); /* connect network */ String ssid = "TP-LINK_1CC0"; // line-1 for WiFi ssid String password = "woaiwojia012668"; // line-2 for WiFi password #if 1 wifi.init(ssid, password); /* Change to your BiliBili UID */ // Serial.println(wifi.getBilibiliFans("472453800")); #endif /* Init ui */ ui_init(); /* Init system task */ System_Tasks_Init(); } void System_Tasks_Init(void) { Service_Devices_Init(); Service_Interaction_Init(); } /* Service_Device.cpp */ /** * @brief Initialization of device management service * */ void Service_Devices_Init(void) { xTaskCreatePinnedToCore(Device_Beep, "Dev.Beep", 2000, NULL, 1, &Beep_Handle, 0); xTaskCreatePinnedToCore(Device_Screen, "Dev.Screen", 10000, NULL, 1, &Screen_Handle, 0); xTaskCreatePinnedToCore(Device_Touchpad, "Dev.Touchpad", 10000, NULL, 1, &Touchpad_Handle, 0); } /* Service_Interaction .cpp */ /** * @brief Initialization of interaction relative task * */ void Service_Interaction_Init(void) { xTaskCreatePinnedToCore(Interact_updateInfo, "Interact.updateInfo", 10000, NULL, 3, &updateInfo_Handle, 1); xTaskCreatePinnedToCore(Interact_updateTime, "Interact.updateTime", 2000, NULL, 1, &updateTime_Handle, 1); } 4. 软件部分这里给出UI设计可能会用到的网站： 个人的LOGO设计：免费LOGO设计模板在线制作 矢量图标：阿里巴巴矢量图标库 图像二值化：图片二值化 SquareLine StudioSquareLine Studio是lvgl官方推荐的UI设计软件，可以实现所见即所得。 详细的配置说明可以参考我之前的博客：【LVGL学习笔记】（五）使用SquareLine Studio设计UI SquareLine Studio中有lvgl各种常见的控件，并且可以很方便地配置控件参数。 因为本项目用的是墨水屏，不可以频繁刷屏，所以各种动画效果我都设置为NONE。如果是LCD屏，搭配动画效果可以实现很酷炫的效果。
使用SquareLine Studio设计的界面如下 LvglSimulator是lvgl的模拟器，可以大大节约开发的时间。需要注意的是，上面提到的SquareLine Studio也具有一个播放模式，在这个模式下，也是可以模拟界面的变化。LvglSimulator与之的区别是可以验证业务层的代码逻辑，并且添加一些界面的细节（因为部分控件SquareLine Studio中是没有的，需要使用lvgl相关的API函数进行绘制） LvglSimulator的配置可以参考我的博客：【LVGL学习笔记】（一）环境搭建 lvgl的控件使用可以参考我的博客：【LVGL学习笔记】（三）控件使用
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本项目虽然使用了CP2102，但当时设计的时候没考虑到这个，所以是采用了手动下载的方式。 下载时需要拉低GPIO0再按复位键进行下载。(右方的两个按键) 
其余可优化的细节
同时，它还可以为控件添加事件以及动画效果。
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