構(gòu)建一個(gè)電子紙溫度計(jì)

我喜歡將電子產(chǎn)品與設(shè)計(jì)相結(jié)合，這個(gè)項(xiàng)目是我最喜歡的項(xiàng)目之一。它看起來(lái)像一個(gè)經(jīng)典的溫度計(jì)，但由一個(gè)ESP32微控制器和一個(gè)三色電子紙顯示器供電。這個(gè)箱子是用木絲3d打印的，給它一個(gè)真正的復(fù)古外觀。雖然它有一種老派的魅力，但它內(nèi)置的實(shí)時(shí)儀表板可以讓你通過(guò)一個(gè)干凈、現(xiàn)代的界面跟蹤溫度、濕度和壓力。讓我給你展示一下我是怎么做的!

如果你關(guān)注我的Hackster項(xiàng)目，你就會(huì)知道我有多喜歡老式設(shè)備。當(dāng)我發(fā)現(xiàn)這些三色電子紙顯示器時(shí)，我立即想到重現(xiàn)經(jīng)典溫度計(jì)的優(yōu)雅簡(jiǎn)約。電子紙技術(shù)是完美的選擇。

電子紙顯示器提供出色的對(duì)比度，使其易于閱讀，并且僅在更新時(shí)才耗電。所以，這就是結(jié)果——一個(gè)模擬外觀的溫度計(jì)，使用了制造商可以獲得的最新電子元件。我喜歡簡(jiǎn)單，正如列奧納多·達(dá)·芬奇曾經(jīng)說(shuō)過(guò)的，“簡(jiǎn)單是終極的成熟?！边@就是為什么我設(shè)計(jì)這個(gè)溫度計(jì)只顯示當(dāng)前溫度的原因。

我認(rèn)為這種簡(jiǎn)單使它看起來(lái)很漂亮。溫度讀數(shù)每五分鐘更新一次，但如果我們需要更頻繁和詳細(xì)的信息，網(wǎng)絡(luò)儀表板提供溫度、濕度和氣壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

無(wú)論你是在辦公桌前還是在另一個(gè)房間，你都可以通過(guò)手機(jī)或電腦查看實(shí)時(shí)讀數(shù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，所以沒有離開你的網(wǎng)絡(luò)，確保充分的隱私。通過(guò)48小時(shí)的日志記錄，您還可以回顧并查看溫度、濕度和壓力隨時(shí)間的變化情況，從而輕松發(fā)現(xiàn)環(huán)境中的趨勢(shì)。

有了它，我們就擁有了兩全其美的東西——一個(gè)擁有豐富信息的優(yōu)雅小工具。

供應(yīng)

總組件成本低于40美元，使其成為一個(gè)負(fù)擔(dān)得起的DIY項(xiàng)目。讓我們復(fù)習(xí)一下需要的部分。

步驟1：墨版三色電子紙顯示

那么，讓我們來(lái)談?wù)勈鞘裁醋屇P2如此有趣。它采用2.13英寸的三色電子紙顯示屏，我認(rèn)為這對(duì)于小型項(xiàng)目來(lái)說(shuō)是完美的。

屏幕可以顯示紅、黑、白三種顏色，分辨率為212x104像素。雖然與現(xiàn)代高清屏幕相比，它的分辨率確實(shí)很低，但對(duì)于電子紙顯示器來(lái)說(shuō)，它仍然很好。11dpi的屏幕足夠清晰，可以顯示簡(jiǎn)單的圖形和文本。

不過(guò)，更棒的是，電子紙只在屏幕更新時(shí)才耗電。這意味著一旦圖像出現(xiàn)在顯示器上，它就會(huì)保持在那里而不消耗任何電力，這使得它非常適合電池供電的項(xiàng)目。刷新率約為15秒，這是這類電子紙技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。這意味著它不適合任何需要快速更新的東西，比如動(dòng)畫或?qū)崟r(shí)顯示。但是，它可以很好地用于靜態(tài)內(nèi)容，例如顯示溫度、待辦事項(xiàng)列表或其他不經(jīng)常更改的信息。

該板使用ESP32微控制器，這是一個(gè)功能強(qiáng)大的芯片，具有兩個(gè)32位內(nèi)核，運(yùn)行頻率為160 MHz。它有320kb的RAM， 8MB的PSRAM和4mb的閃存，足以處理高級(jí)任務(wù)。它還內(nèi)置了Wi-Fi和藍(lán)牙，可以很容易地連接到其他設(shè)備或互聯(lián)網(wǎng)。此外，該板有一個(gè)外部天線，提高了信號(hào)強(qiáng)度和范圍，以獲得更好的無(wú)線性能。

這種板在節(jié)約能源方面也很出色。在低功耗模式下，它僅使用8μA，這意味著它可以在鋰離子電池上運(yùn)行數(shù)月。它還有一個(gè)內(nèi)置的電池充電器，所以你可以直接連接電池，并使用USB-C端口輕松充電。憑借其電源，無(wú)線功能和能效的結(jié)合，該板非常適合便攜式或長(zhǎng)期項(xiàng)目，如傳感器，時(shí)鐘或任何不需要經(jīng)常更新顯示器的項(xiàng)目。

步驟2:BME280傳感器

BME280是一款來(lái)自博世的新型傳感器。到目前為止，我使用的是可以測(cè)量溫度和氣壓的BMP180傳感器。BME280傳感器可以測(cè)量溫度、濕度和氣壓!這太酷了!我們只需要一個(gè)傳感器就能建立一個(gè)完整的氣象站!

除此之外，傳感器的尺寸非常小，非常容易使用。我們今天要使用的模塊使用I2C接口，因此它使與Arduino的通信非常容易。我們只需要連接電源和另外兩根電線就可以使它工作。

已經(jīng)為這個(gè)傳感器開發(fā)了許多庫(kù)，所以我們可以很容易地在我們的項(xiàng)目中使用它!

注意：我們需要BME280傳感器。還有一個(gè)不提供濕度測(cè)量的BMP280傳感器。注意訂購(gòu)你需要的傳感器。

步驟3:MicroUSB分插板

Micro USB分插板是一種小型電路板，提供了一種簡(jiǎn)單的方法將Micro USB端口集成到DIY電子項(xiàng)目中。它將電源(VCC， GND)和數(shù)據(jù)(D+, D-)引腳從Micro USB連接器分離到可訪問(wèn)的焊盤或頭引腳，從而輕松連接到微控制器，傳感器或其他組件。一些分線板還包括IO引腳，可用于設(shè)備識(shí)別或其他配置。這些電路板通常用于為設(shè)備供電，為電池充電，或與ESP32或Arduino等微控制器進(jìn)行USB通信。通過(guò)消除對(duì)微型USB連接器復(fù)雜焊接的需要，它們?yōu)榍度胧较到y(tǒng)中的電源和數(shù)據(jù)連接提供了方便可靠的接口。

步驟4：連接部件

這個(gè)構(gòu)建最好的地方之一是布線非常簡(jiǎn)單—您只需要四個(gè)連接!BME280傳感器測(cè)量溫度，濕度和氣壓，它使用I2C接口，因此非常容易使用。

我焊接了4根電線到電路板上，并將傳感器連接到它們。我們必須將電源和另外兩根電線連接到電路板的SCL和SDA引腳?，F(xiàn)在讓我們看看我們需要的軟件。

步驟5：項(xiàng)目代碼

這個(gè)項(xiàng)目的軟件是用面向?qū)ο蟮木幊谭椒ńM織的。每個(gè)功能都有自己的類，使代碼庫(kù)更加模塊化和可維護(hù)。

我還為代碼準(zhǔn)備了一個(gè)完整的文檔文件。你可以在這里下載。

該文件包含了您需要了解的有關(guān)代碼的所有內(nèi)容。

為了使項(xiàng)目編譯，我們需要3個(gè)庫(kù)，Inkplate庫(kù)用于顯示，Adafruit_BME280庫(kù)用于傳感器和ArduinoJson庫(kù)。你可以直接從Arduino IDE下載所有的庫(kù)。

因此，我們有了Sensor類，它處理與BME280傳感器的通信，檢索溫度、濕度和壓力讀數(shù)。然后我們有SensorData類，它管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史記錄，允許系統(tǒng)跟蹤過(guò)去48小時(shí)內(nèi)的環(huán)境讀數(shù)。最后，我們有Display類，它負(fù)責(zé)在電子紙顯示器上呈現(xiàn)信息。這種模塊化的方法可以很容易地調(diào)整項(xiàng)目—如果想使用不同的顯示，只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的display類。類似地，如果您想使用不同的傳感器，您只需要修改sensor類。其余的代碼保持不變，確保了無(wú)縫的功能。你可以在視頻描述中找到代碼的鏈接。它是完全開源的，您可以自由地使用其他功能對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展。我很想看看您使用此代碼作為起點(diǎn)創(chuàng)建了什么!

我沒有花很多時(shí)間優(yōu)化這款設(shè)備的電源效率，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)是保持插電狀態(tài)。不過(guò)，我確實(shí)在可能的情況下實(shí)現(xiàn)了一些節(jié)能措施。例如，電子紙顯示只在必要時(shí)更新——如果溫度讀數(shù)發(fā)生變化，但差異不足以明顯影響顯示，則不會(huì)刷新。這意味著，即使設(shè)備每五分鐘讀取一次溫度，顯示屏也只在明顯變化時(shí)更新，從而減少了不必要的功耗。

我不會(huì)深入討論這段代碼是如何工作的或它的確切功能。如果你有興趣了解更多，我已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)詳細(xì)的10頁(yè)P(yáng)DF解釋每個(gè)文件的作用。您可以在此步驟中找到附加的文件。

在主項(xiàng)目文件中，我們需要設(shè)置兩個(gè)值：我們的WiFi網(wǎng)絡(luò)的SSID和密碼。這允許董事會(huì)為儀表板建立一個(gè)web服務(wù)器。此外，如果您更喜歡英制單位而不是公制單位，請(qǐng)將metric變量設(shè)置為false。

就是這樣!代碼現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好上傳到板上了。

步驟6：測(cè)試軟件48小時(shí)

該設(shè)備現(xiàn)在在電子紙屏幕上顯示溫度，并建立了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。如果我們檢查控制臺(tái)，我們可以看到它的IP地址。通過(guò)在瀏覽器中輸入這個(gè)IP地址，我們可以訪問(wèn)我們的儀表板。

太酷了!現(xiàn)在我們可以看到當(dāng)前的溫度、濕度和氣壓讀數(shù)。

但是，由于沒有可用的歷史數(shù)據(jù)，這些圖還不可見。圖表需要48小時(shí)才能完全填充歷史數(shù)據(jù)。因此，我讓這臺(tái)設(shè)備整個(gè)周末都在運(yùn)行，由一個(gè)充電寶供電，并使用一個(gè)電表來(lái)測(cè)量它的能耗。

48小時(shí)后，我回到了辦公室。充電寶仍然有電，儀表板現(xiàn)在顯示周末收集的所有數(shù)據(jù)。代碼運(yùn)行無(wú)崩潰，證明了系統(tǒng)的可靠性。注意我不在的時(shí)候氣溫明顯下降了?，F(xiàn)在我們來(lái)看一下耗電量，在過(guò)去的48小時(shí)內(nèi)，項(xiàng)目消耗了2400mAh的電量。

這意味著該設(shè)備每天需要大約1200毫安時(shí)的電量才能運(yùn)行，因此使用電池供電是不切實(shí)際的。高功耗是由于web服務(wù)器持續(xù)運(yùn)行并等待傳入請(qǐng)求。如果我們不需要儀表盤，我相信我們可以通過(guò)優(yōu)化功耗來(lái)修改項(xiàng)目，使其在電池供電的情況下運(yùn)行幾個(gè)月。

步驟7:3D打印外殼

為了提高設(shè)備的美觀性和功能性，我決定把它裝在一個(gè)定制的3d打印盒里。我用Fusion 360稍微修改了板廠提供的原始3D文件。我做了兩個(gè)關(guān)鍵的調(diào)整。首先，我在背面增加了一個(gè)小切口，以暴露傳感器，確保更準(zhǔn)確的環(huán)境讀數(shù)。其次，我為USB迷你分線板創(chuàng)建了一個(gè)開口，允許更方便的電源連接。內(nèi)置的用于編程和供電的USB端口的位置不能讓設(shè)備直立。

接下來(lái)，我從USB插線板焊接了兩根電線到板的VIN和GND引腳。這種修改使我們可以方便地從這個(gè)連接器為電路板供電。所有部件組裝好后，工程就完成了。我很喜歡最后的結(jié)果。完成的項(xiàng)目放在我桌上看起來(lái)棒極了。電子紙顯示器提供了巨大的對(duì)比度，給溫度計(jì)一個(gè)經(jīng)典的，模擬的外觀。

步驟8：最后的想法

我希望你喜歡這個(gè)項(xiàng)目;這是我一直以來(lái)的最愛之一。我一直想要一個(gè)這樣設(shè)計(jì)的電子紙氣象站。由于沒有這樣的商業(yè)產(chǎn)品存在，我決定自己做一個(gè)。我們很幸運(yùn)地生活在這樣一個(gè)時(shí)代，我們可以在短短幾天內(nèi)創(chuàng)造出任何我們想象的東西。多虧了互聯(lián)網(wǎng)，我們可以獲得無(wú)盡的知識(shí)，并有能力與志同道合的人聯(lián)系。

本文編譯自hackster.io