本文是RT-Thread用户@xusiwei1236 原创发布,是用于参加RT-Thread与国民技术联手推出N32G457 RT-Thread设计大赛,原文:https://club.rt-thread.org/as...
基于RT-Thread和N32G457的墨水屏日历
项目概述
本项目硬件部分包含N32G457开发板、ESP8266 Wi-Fi模组、W25Q128闪存模组、4.2寸三色墨水屏和墨水屏驱动板,硬件功能上使用了N32G457芯片的SPI、UART、GPIO。软件部分包含业务代码、RT-Thread内核、RT-Thread组件包以及微雪的墨水屏驱动,软件上使用了RT-Thread的一些内核API(线程、信号量、互斥锁等),以及组件库的不分组件报(at_device、cJSON、FlashDB、gbk2utf8、webclient、netutils)。最终实现了——在4.2寸三色墨水屏上显示当前日期、所在城市、室外温度、天气、阳历、农历等信息。
项目背景
本项目是【RT-Thread-创新“芯”引擎 | 国民技术N32G457 RT-Thread设计大赛】参赛项目之一,大赛活动链接:
https://club.rt-thread.org/as...
项目简介
本项目实现了哪些功能?
- 实现了基于NTP的时间同步;
- 实现了查询当前公网IP地址;
- 实现了查询当前所在城市;
- 实现了查询实时天气信息;
- 实现了在墨水屏上显示阳历、农历、星期、周数、实时天气等信息;
- 实现了阳历和农历对应信息保存到闪存中,避免重复联网查询;
本项目有什么创新点?
- 相比纸质日历,无需手动翻页;
- 相比纸质日历,可以显示实时天气信息;
- 相比LCD/OLED屏的同类产品,电子墨水屏的功耗更低,更节能环保;
硬件部分
本项目主要包括x个硬件模块:
- N32G457开发板,作为主控制器控制其他外设;
- 微雪的墨水屏驱动板,用于驱动墨水屏;
- 4.2英寸三色墨水屏,分辨率400x300;
- ESP8266 Wi-Fi模组,用于实现联网能力;
- W25Q128闪存模块,容量16MB,用于存储中文字体,以及阳历和农历的对应关系等数据;
硬件模块间连接
五个硬件模块之间的整体连接关系如下图:
开发板引脚分配
主要使用到的资源,以及开发板和外设的引脚连接关系(控制部分):
具体使用情况说明:
UART
- UART4:连接ESP-01S模块,用于实现联网获取时间和实时天气信息;
SPI
- SPI1:连接W25Q128模块,用于和闪存芯片通信,实现数据存储功能;
- SPI2:连接墨水屏驱动板,用于和墨水屏通信,实现界面显示;
GPIO
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_CS,用于输出墨水屏的片选信号;
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_DC,用于输出墨水屏的数据/命令信号;
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_RST,用于输出墨水屏的复位信号;
- 连接墨水屏扩展板上的EPD_BUSY,用于墨水屏的繁忙状态的输入;
- 连接W25Q128模块的CS,用于输出闪存芯片的片选信号;
- 开发板自带的三个按键,用于作为输入按键;
3V3/GND
- 连接ESP-01S模块,用于向ESP8266芯片供电;
- 连接墨水屏扩展板,用于向SRAM和墨水屏供电;
- 连接W25Q128模块,用于向闪存芯片供电;
软件部分
本项目的软件部分基于RT-Thread物联网操作系统,除了本项目开发的业务逻辑代码外,还使用了一些RT-Thread 内核API、一些RT-Thread软件包,以及一些三方组件,下面分别介绍。
主代码仓:https://gitee.com/N32G457/e_c...(欢迎Star支持)
下载命令:git clone --recursive https://gitee.com/N32G457/e_calendar.git
部分组件通过git submodule引用了其他代码仓,具体见.gitmodules
文件;
组件框图
软件各部分的组件框图如下:
业务代码
本项目开发的业务代码位于applications
目录下,具体文件功能如下(大部分是.c和.h两个文件):
- amap_location_api 高德定位API对接;
- amap_weather_api 高德天气预报API对接;
- chinese_date_api 农历查询API对接;
- fs_init.c 闪存分区挂载(依赖RT-Thread内核的fatfs支持);
- http_api_utils http工具函数;
- hzk16 HZK16汉字字体相关接口;
- hzk16_data HZK16汉字字体数据;
- hzk16_setup 将HZK16字体安装到闪存分区;
- key_task 按键扫描任务;
- kvdb 封装了FlashDB里面的KVDB,更容易使用;
- main.c 程序入口;
- network_task 网络任务,用于处理网络请求(农历查询较慢,所以单独放在一个任务里面执行);
- sohu_wanip_api 搜狐公网IP查询API对接;
- time_utils 时间处理工具函数;
- ui_consts UI常量;
- ui_draw UI绘制,界面绘制逻辑单独放在了这里面;
- ui_task UI任务,调用ui_draw实现相关功能;
N32G457 BSP
对于N32G457的BSP,也修改了:
修改了pin驱动,添加了rt_pin_get接口的支持,已提PR并合入RT-Thread主仓;
- 修改了国民技术SDK里面的RT-Thread spi驱动,修复了SPI1默认配置不对的问题,支持了SPI2,暂未提交PR;
RT-Thread组件包
本项目使用到的RT-Thread软件包位于packages
目录下:
at_device
- 提供ESP8266 AT命令构造和响应解析功能,实现联网;
netutils
- 提供网络时间协议(NTP)的实现,实现从网络获取时间、设置时间;
webclient
- 提供了超文本传输协议(HTTP)客户端的实现,用于天气查询请求的发送和接收;
cJSON
- 一个轻量级的纯C实现的JSON字符串解析库,用于解析天气查询响应的JSON字符串;
FlashDB
- 一个嵌入式数据库,提供了键值数据库(KVDB)和时序数据库(TSDB)两类API,同时提供了一些msh的测试命令;
- 修改:bench命令中的KV测试次数改为60,允许创建kvdb时格式化分区;
- 代码仓:https://gitee.com/N32G457/Fla...
gbk2utf8
- GBK和UTF8互相转换,HTTP API返回的汉字是UTF8编码的;
其他三方软件包
本项目使用到的其他三方软件均来自外设模块供应商,代码放在board
目录下,包括:
epaper
- 微雪墨水屏扩展板驱动软件包,来自微雪的E-Paper_Shield)页面;
- 删除了无用的代码,包括不是4.2寸屏幕的代码、以及SD卡驱动;
- 修改了GPIO相关的代码,改为用RT-Thread的pin驱动接口;
- 修改了SPI相关的代码,改为用RT-Thread的spi驱动接口;
- 添加了基于RT-Thread finsh的墨水屏测试程序(绘制棋盘格、全屏填充、输出引脚测试),可以在shell模式下通过命令调用执行;
效果展示
演示视频:https://www.bilibili.com/vide...
项目小结
这里是现阶段的项目小结:
- 原打算用微雪的Arduino墨水屏扩展板作为驱动板,结果中途该板子坏了,后来替换为的微雪的树莓派墨水屏驱动板,两者的差异主要是前者有一个128KB的SRAM芯片,不占用主控单片机的内存,后者需要30KB内存占用(300x400/8*2);
- 农历日期查询,没有找到比较好的云服务提供商,只找到了tianapi.com的黄历服务,但是他们免费用户的单日调用次数太少了,所以基于Spring Boot 和Redis做了一个带缓存的黄历服务;
- 目前选用的4.2寸三色墨水屏的刷新太慢了——单次刷新需要15秒,而且不支持局部刷新,而且价格不便宜,略坑,不推荐;
开发指南
对于部分想要基于本项目进行二次开发的朋友,需要注意以下细节;
下载代码
下载命令:git clone --recursive https://gitee.com/N32G457/e_calendar.git
本项目代码仓使用了git submodule功能,使用git clone
命令下载时需要带 --recursive
参数才能下载全部代码,网页端下载的zip包不包含子模块,编译会失败;
编译代码
编译命令:scons -j 9
本项目后期我是用scons
命令编译的,RT-Thread Studio的工程文件.cproject
,.project
和.settings
已经不是最新的了,不保证可以直接导入RT-Thread Studio成功,以及编译通过;
下载固件
下载脚本:flash.bat
里面有我本地的RT-Thread Studio的安装路径,可能需要根据你的实际情况修改;
高德定位和天气服务
本项目使用了高德定位和高德天气服务,需要注意:
- 需要注册高德开发者账号,并申请API Key之后才能使用相关功能;
- API Key的Kconfig配置项位于菜单"Application config" -> "AMAP API config" 菜单下;
- 由于在项目顶层Kconfig直接添加
source "applications/Kconfig"
选型后RT-Thread env工具打开会报错,因此source "applications/Kconfig"
添加到了board/Kconfig
文件中了;
农历查询服务
农历查询服务是基于Spring Boot和Redis搭建的tianapi.com的黄历服务的缓存版本,主要解决了:
- tianapi允许的每日API调用次数太少的问题;
- 移除了响应中目前设备端不需要的一些字段;
代码仓地址:https://gitee.com/swxu/wservi...
硬件物料清单
本项目包含的物料清单如下(都可以直接淘宝买到):
编号 | 物品名称 | 价格 | 商家 | 备注 |
---|---|---|---|---|
1 | N32G457开发板 | 不详 | 国民技术 | 活动方提供的 |
2 | 4.2寸(红白黑)三色墨水屏 | 126 | WaveShare微雪电子 | 不包邮,邮费8元 |
3 | 树莓派墨水屏驱动板 | 56 | WaveShare微雪电子 | |
4 | W25Q128闪存模组 | 11.96 | telesky旗舰店/risym旗舰店 | 包邮 |
5 | ESP-01S模组+烧录器 | 17.5 | 佳信微数码专营店 | 满19.9包邮 |
6 | 40P母对母杜邦线(10cm) | 2 | 佳信微数码专营店 | |
7 | 40P公对母杜邦线(10cm) | 3.3 | 佳信微数码专营店 | |
8 | 迷你逻辑分析仪(C口)+5条贴片测试钩 | 38 | Muse Lab | 不包邮,邮费3元 |
注:
- 部分商品价格可能会有变动,上表仅为我购买时的不含邮费的价格;
ESP-01S烧录器不是必选,如果有其他USB-UART转接器也可以用;
- 这个转换器也可以当USB-UART转接器用,
- 标号是为了ESP-01S对应的,所以实际上TX是接收脚,RX是发送脚;
- 逻辑分析仪不是必选项目,但是非常方便用来对SPI相关的问题进行调试;
接线注意事项
接线需要注意的细节有:
- W25Q128模组的DI脚作为SPI的MOSI,DO脚作为SPI的MISO;
- 最好有一块万用表,可以用于检查线路连通性;