基于 ESP32 的创意电子时钟的设计与实现
2023-05-289133
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本文介绍了学生在老师指导下，使用掌控板2.0和ESP32-C3设计并制作的多功能电子时钟。硬件清单包括掌中宝、Type-C数据线和啪啪圈。通过mPython编写程序，实现了网络授时、数码管显示、模拟指针时钟及天气信息显示等功能。最终效果是一个轻便小巧、适合书桌学习场景的多功能电子时钟。
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掌控板篇 指导学生：郭骊雯 张思淇 陈嘉妍 创意来源： 一直以来，人们对于精确时间的探索从未停止。通过不同类型时钟的研究和制作，从日晷、摆钟到石英钟和原子钟，我们的先人以及科学家们对于时间、对于秒有着不同时期的定义和理解。 如今，时钟是我们学习和生活中常用的一种计时器，人们通过它来记录时间。我们的日常生活充斥着各种类型的时钟，但是往往千篇一律、缺乏个性。于是，萌生了动手制作独一无二时钟的想法，享受创造带来的乐趣。 创意收集： 收集创意也是头脑风暴的过程。观察生活中的时钟，收集相关资料，尝试将时钟归类，建立相应的概念。与此同时，根据手头已有的设备，提出电子时钟的相关设想、创意： 首先，电子时钟的核心组成部分为可编程的内置锂电池供电的掌中宝时钟，可切换数字时钟、指针时钟、天气状况、时钟陪伴多种模式。 其次，掌中宝时钟可以独立摆放在桌面上，外观轻便小巧。 再次，掌中宝时钟非常方便地装卸在笔筒装置前面，该装置提供 Type-C 充电，兼具收纳功能，轻松放置于桌面，适合书桌学习场景。 最后，掌中宝时钟与啪啪圈结合组成的手环装置，轻松佩戴手上，适应人体移动时的使用场景。 硬件设计与实现： 根据已有的硬件条件和团队能力、水平设计硬件方案。解决方案的设计充分考虑情境、成本、可行性等限制条件。 1. 硬件清单包括掌中宝（包括掌控板2.0*1、拓展板掌控宝2.0*1、硅胶套*1）、Type-C数据线*1、啪啪圈*1。 2. 我们测量不同硬件的尺寸，图纸勾画草图，用 LaserMaker 软件进行数字创作，再用激光切割机将2.7毫米厚的木板切割出装置所需的零件。 3. 设计一个笔筒装置，该装置提供 Type-C 充电，兼具收纳功能，同时方便掌中宝时钟的装卸。设计时充分考量不同硬件的尺寸，同时榫卯结构的设计易于装置的组装和长久使用。笔筒的正面是传统的时钟图案，留有掌中宝放置的凹槽，侧面是创意电子时钟的使用说明，顶部除了留有笔筒的开孔还有数据线可以穿过的孔位。  file:///C:/Users/HUANGS~1/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image002.png 4. 使用激光切割出手环装置的零部件，与啪啪圈、掌中宝时钟组合在一起，轻松佩戴于手上，适应人体移动时的使用场景。  最后，将切割的装置进行组装，测试以及迭代设计。 程序设计与实现： 根据设想的功能需求，使用mPython 进行程序设计。 首先，引入主程序，定义变量 model。   2. 编写 my_eclock 函数，使用软件内置本地时间函数，将当前时间即年月日、时分秒以数字形式仿数码管像素的方式呈现出来，其中，定时器作循环语句，定义列表将数字星期以中文形式呈现。  3. 编写 my_watch 函数，使用软件内置指针函数，将当前时间以模拟指针时钟形式呈现，同样使用定时器每秒重复执行。  4. 编写 my_weather 函数，添加心知天气网络应用拓展，注册账号获取 API 私钥，实现所需功能。显示当前城市名称，今日天气阴晴、气温、运动指数和紫外线情况。  5. 编写 my_date 函数，分为两个部分，一是计算时间差也就是时、分、秒，二是计算日期差也就是年和天数。两个日期之间相减，如果相减得到负数的话，需要向上借位。时间相关的进制以及转换为：一天 24 小时，逢 24 进 1，就是二十四进制；一星期 7 天，逢 7 进 1，就是七进制；一年 12 个月，逢 12 进 1，就是十二进制；而时、分、秒之间为六十进制。绝对值将得到的负数转化为正数。int 是将浮点数转化为整数。  最后，设计触发事件，当触摸键 N 被触摸时（N 取自单词 Next 的首字母），变量增加1，并使用 if 逻辑跳转不同函数，清楚上一个函数使用的定时器事件，实现场景切换的效果。  作品实物：      ESP32-C3 篇 之前考虑过除了掌控板以外的开源硬件方案，正好，DF 创客社区有 ESP32-C3 的试用的机会，体积小巧，经济实惠，适合捣腾。 学着群里的老师们焊起针脚，接入0.96 显示屏，然后使用 Mixly 米思齐编写网络授时时钟程序。   参考资料 |
