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Arduino ESP32/ESP8266开发系列·墨水屏天气站
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Arduino ESP32/ESP8266开发系列·墨水屏天气站

背景概述

　　本文介绍了如何基于 ESP32-C3 开发一个​墨水屏天气站的小项目​。本项目将结合 ESP32-C3 的功能、墨水屏显示器（e-Ink）、天气 API 和日历功能，创建一个既能显示天气信息，又能展示当前日期和时间的智能设备。

显示效果

　　4.2 寸墨水屏显示效果如下图（屏幕稍有老化）：

示例.jpg

　　项目代码：百度网盘链接 https://pan.baidu.com/s/1GuYrQ42u0oNo0DQ47HD-bQ?pwd=k5rx

项目概述

　　本项目旨在实现以下功能：

  1. 显示当前日期和时间​。
  2. 从天气 API 获取实时天气信息。
  3. 通过墨水屏（e-Ink）显示这些信息。
  4. 使用 ESP32-C3 进行网络通信和数据处理​。

硬件需求

  1. ESP32-C3 开发板：选择 ESP32-C3，因为它拥有 Wi-Fi 功能，并且是较为低功耗的单核 32 位微控制器。
  2. 墨水屏（e-Ink）显示模块：常用的模块有 2.9 寸 和 4.2 寸，支持 SPI 接口。
  3. 电源管理：ESP32-C3 需要稳定的电源（一般使用 5V 或 3.3V USB 电源）。
  4. 面包线：用于连接 ESP32-C3 和墨水屏（各模块为单独分开时）。
  5. 数据线：用于连接 ESP32-C3 和电脑，切勿使用充电线。

软件需求

  1. Arduino IDE：用于开发和上传代码。本项目使用 Arduino IDE 版本为 2.3.4，ESP32 开发板版本为 2.0.11。
  2. e-Ink 显示库：如 微雪、佳显、GxEPD2 等，支持多种墨水屏显示模块。
  3. Wi-Fi 库：ESP32 内置的 Wi-Fi 库，用于连接网络。
  4. JSON 解析库：用于解析天气 API 返回的 JSON 数据。
  5. NTP 时间同步库​：用于从网络上获取当前时间。

硬件连接

  1. ESP32-C3 与墨水屏连接：使用 SPI 接口连接墨水屏与 ESP32-C3。以下为 ESP32-C3 开发板与墨水屏驱动板的连接方式（不同厂商开发板版本引脚接线或有区别）：
序号 ESP32C3 开发板引脚 墨水屏驱动板引脚
1 MOSI​ GPIO6
2 SCK GPIO4
3 CS​ GPIO7
4 ​DC​ GPIO5
5 RST​ GPIO10
6 ​BUSY​ GPIO11

注意：合宙 ESP32-C3 开发板的 GPIO11 是个特殊引脚，默认为 SPI flash 的 VDD 引脚，需要解锁后才能使用。

代码实现

注册天气账号并获取 API Key

　　注册流程不作详细介绍，注册登录后前往后台页面获取 Key https://home.openweathermap.org/api_keys ，本项目用的 2.5 版本的接口。

API KEY

安装必要的库

　　需在 Arduino IDE 的 库管理 中安装以下库：

  • NTPClient：用于从 NTP 时间服务器同步时间，版本 3.2.1 。
  • ​ArduinoJson​：用于解析天气 API 返回的 JSON 数据，版本 7.2.1 。
  • ​GxEPD2​：用于控制墨水屏显示，版本 1.6.1 。
  • Adafruit GFX Library：用于显示字体，版本 1.11.11 。
  • Adafruit BusIO：Adafruit GFX Library 依赖库，版本 1.16.2 。

获取天气信息

　　配置 Wi-Fi 网络和天气 API（例如 OpenWeatherMap API）：

1// Wi-Fi 配置
2const char* ssid = "your_SSID";
3const char* password = "your_PASSWORD";
4
5// 天气 API 配置
6const String apiKey = "your_API_KEY";  // 从 OpenWeatherMap 或其他服务获取
7const String city = "your_city";       // 设置城市名称
8const String apiUrl = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=" + city + "&appid=" + apiKey + "&units=metric";

　　通过 API 获取天气信息：

 1String getWeatherData() {
 2  if (client.connect("api.openweathermap.org", 80)) {
 3    client.print("GET " + apiUrl + " HTTP/1.1\r\n");
 4    client.print("Host: api.openweathermap.org\r\n");
 5    client.print("Connection: close\r\n\r\n");
 6
 7    unsigned long timeout = millis();
 8    while (client.available() == 0) {
 9      if (millis() - timeout > 5000) {
10        Serial.println("Timeout!");
11        client.stop();
12        return "";
13      }
14    }
15
16    String response = "";
17    while (client.available()) {
18      response += char(client.read());
19    }
20    // Serial.println(response);
21    client.stop();
22
23    // 处理返回信息
24    int jsonStart = response.indexOf('{');  // 找到第一个 '{'
25    if (jsonStart != -1) {
26      response = response.substring(jsonStart);  // 从 '{' 开始截取
27    }
28    return parseWeatherJson(response);
29  }
30  return "";
31}

获取日期时间

　　配置 NTP 客户端，注意东八区时间要使用 UTC+8：

1// 创建 NTP 客户端
2WiFiUDP udp;
3// NTPClient timeClient(udp, "pool.ntp.org", 0, 60000);  // 默认时区为 UTC
4NTPClient timeClient(udp, "pool.ntp.org", 28800, 60000);  // UTC+8 (中国标准时间)

　　获取 NTP 时间：

 1String getDateTimeData() {
 2  // 获取当前时间戳
 3  unsigned long epochTime = timeClient.getEpochTime();
 4  // 转换为时间结构
 5  struct tm* timeInfo = localtime((time_t*)&epochTime);
 6  // 格式化年月日和时分秒
 7  char buffer[40];
 8  strftime(buffer, sizeof(buffer), "%Y-%m-%d %H:%M:%S", timeInfo);  // 格式化为 "2024-12-22 12:34:56"
 9
10  return String(buffer);
11}

OpenWeatherMapDemo.ino 完整代码

　　OpenWeatherMapDemo.ino 完整文件内容关注文末公众号后，发送消息“241220”获取链接或直接点击本站资源下载链接。

代码解析

  1. ​Wi-Fi 连接​：通过 WiFi.begin(ssid, password) 连接到 Wi-Fi 网络。
  2. 天气数据获取​：通过 HTTP 请求获取天气数据，并使用 ArduinoJson 库解析 JSON 响应。
  3. 墨水屏显示​：使用 GxEPD2 库控制墨水屏，显示天气信息和当前日期。
  4. NTP 时间同步​：使用 NTPClient 获取当前时间并显示。
  5. 定时刷新：定时刷新的逻辑代码中未提供，可通过 while 或 for 语句实现，也可通过深度睡眠实现。

天气 API 返回结果信息样例如下

 1{
 2    "coord":{
 3        "lon":113.25,
 4        "lat":23.1167
 5    },
 6    "weather":[
 7        {
 8            "id":804,
 9            "main":"Clouds",
10            "description":"overcast clouds",
11            "icon":"04n"
12        }
13    ],
14    "base":"stations",
15    "main":{
16        "temp":19.29,
17        "feels_like":17.88,
18        "temp_min":19.29,
19        "temp_max":19.29,
20        "pressure":1020,
21        "humidity":23,
22        "sea_level":1020,
23        "grnd_level":1019
24    },
25    "visibility":10000,
26    "wind":{
27        "speed":2.85,
28        "deg":13,
29        "gust":4.63
30    },
31    "clouds":{
32        "all":100
33    },
34    "dt":1734862385,
35    "sys":{
36        "country":"CN",
37        "sunrise":1734822253,
38        "sunset":1734860813
39    },
40    "timezone":28800,
41    "id":1809858,
42    "name":"Guangzhou",
43    "cod":200
44}

测试与调试

  • 确保 ESP32-C3 已成功连接到 Wi-Fi，并且墨水屏连接正常。
  • 查看串口输出，确保获取到正确的天气数据和时间信息。

扩展功能

  • 自定义天气 API：可以使用不同的天气 API 提供商，获取更多数据（如风速、湿度等）。
  • 按键交互：使用按键显示更多信息或切换不同显示界面。

总结

　　这个 ESP32-C3 开发的墨水屏天气站项目，通过结合墨水屏显示、Wi-Fi、天气 API 和 NTP 时间同步功能，展示了如何在物联网设备上构建一个实用的智能日历与天气站。你可以根据需求扩展更多功能，如显示更多的天气信息、定时更新数据等。

标题：Arduino ESP32/ESP8266开发系列·墨水屏天气站
作者：demo1984s
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