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[ESP8266/ESP32] 用ESP32-S2实现一个加速度传感器控制的彩灯

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本帖最后由豆爸于 2023-9-1 02:30 编辑

1 项目介绍

项目实现的功能是一个加速度传感器控制的彩灯，将板子朝向不同摆放时，屏幕显示的数字不同，并且手持板子转到不同方位彩灯颜色跟随变化。在板子静置30秒后，彩灯的颜色呈现周期变化。

2 设计思路

1、读出板载加速度传感器传感器X、Y、Z的数值显示在OLED屏幕上

2、根据加速度传感器的数值，板载的RGB彩灯显示不同颜色。

3、当在板子静置30秒（即加速度传感器的X、Y、Z值不发生变化时），彩灯呈现周期性变化，依次显示相应的颜色，1秒钟切换一次。

3 框图和软件流程图

4 硬件介绍

4.1 ESP32-S2 WiFi模块

ESP32-S2 WiFi模块是物联网、可穿戴电子设备和智能家居等应用场景的理想选择，另搭配输入控制、输出显示以及传感器感知和控制的套件，使其功能更加完善。

该模块板载了：

ESP32-S2-MINI-1模组
这是一款4 GHz WiFi 模组
内置 ESP32S2 系列芯片，Xtensa® 单核 32 位 LX7 微处理器
内置芯片叠封 4 MB flash，可叠封 2 MB PSRAM
37 个 GPIO，具有丰富的外设
板载 PCB 天线

配套的ESP32 S2 开发板除了ESP32wifi模组之外还集成了USB TYPE -C接口，两个按键，一个电源指示灯，一个用户LED灯，2排10pin的排针，将重要IO引出。使用USB供电或通过排针3.3V供电。

ESP32-S2 是一款高度集成、高性价比、低功耗、主打安全的单核 Wi-Fi SoC，具备强大的功能和丰富的 IO 接口。使用乐鑫ESP-IF开发环境，我们可以通过USB对其编程，作为带wifi的MCU单独使用，也可以烧录AT固件，作为WiFi透传模块与RP2040游戏机套件结合使用。

4.2 输入、输出扩展板

本扩展板包含如下功能：

按键、旋转编码器输入 - 以模拟信号的方式
双电位计控制输入 - 以数字信号的方式
RGB三色LED显示
44寸128*128 LCD，SPI总线访问
MMA7660三轴姿态传感器
电阻加热
温度传感器
与ESP32-S2核心模块的接口

5 实现的功能及图片展示

5.1 MMA7660加速度传感器的研究

板载一颗来自飞思卡尔的MMA7660这一款传感器。MMA7660FC是具有数字输出的I²C、低功耗、紧凑型电容式微机械加速度传感器，提供低通滤波器、零重力加速度偏移和增益误差补偿，并可以转化为6位数字值，用户可配置输出数据的传输速率。该器件可通过中断引脚(INT)识别传感器的数据变化、产品的朝向和姿态等。

产片结构图

产品特性

I2C输出
可配置每秒采样率1到120次
低功耗的自动唤醒/休眠功能
低功耗: 关机模式：4 µA 待机模式：2 µA 工作模式：可配置，低至47 µA
工作电压：4V – 3.6V
3轴±5 g MEMS传感器和CMOS接口控制器集成在同一个封装中
输出数据传输速率可设置，采样频率从每秒1次到120次
具备自动唤醒/自动睡眠功能，以降低功耗
朝向检测：横向/纵向识别
姿势检测，包括震动和脉冲识别

系统框架图

5.2 功能实现

（1）读取三轴加速度传感器的数值。

（2）将读取的数值显示在TFT液晶屏上。

（3）根据读数变化，改变RGB灯颜色。

（4）30秒内，数值无变化，RGB彩灯间隔1秒依次变换颜色。

5.3 Thonny的下载与安装

Thonny是一个面向初学者的 Python IDE。Thonny 由爱沙尼亚的 Tartu 大学开发，它采用了不同的方法，因为它的调试器是专为学习和教学编程而设计的。

Installer with 64-bit Python 3.10下载链接：https://github.com/thonny/thonny/releases/download/v4.0.2/thonny-4.0.2.exe

5.4 导入mma7660库

这里我们使用了一个三轴加速度计驱动库文件mma7660.py，这个文件可以从github下载。

将mma7660.py驱动文件通过Thonny上传到ESP32的根目录。

5.5 导入ST7735库

这里我们使用了一个TFT液晶屏驱动库文件ST7735.py，这个文件可以从github下载。

将ST7735.py驱动文件通过Thonny上传到ESP32的根目录。

5.6 导入sysfont字体

这里我们使用了一个sysfont字体库文件sysfont.py，这个文件可以从github下载。

将sysfont.py驱动文件通过Thonny上传到ESP32的根目录。

6 主要代码片段及说明

6 主要代码片段及说明

6.1 加载库函数

from machine import Pin, SPI, I2C
from mma7660 import MMA7660
from ST7735 import TFT
from sysfont import sysfont
import time
from RGB import RGB
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6.2 定义变量

global j
j = 0

LED_1 = 43
LED_2 = 44
LED_3 = 12

# 引脚定义
LCD_CS   = 13
LCD_RES  = 18
LCD_DC   = 17
LCD_SDA = 21
LCD_SCL = 41

i=False

#初始化数组
l[0] = 0
l[1] = 0
l[2] = 0
t = 0
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6.3 实例化

# 实例化SPI
spi = SPI(2, baudrate=40000000, polarity=0, phase=0, sck=Pin(LCD_SCL), mosi=Pin(LCD_SDA))

# 实例化TFT
tft=TFT(spi, LCD_DC, LCD_RES, LCD_CS)

# 实例化RGB彩灯
rgb = RGB()
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6.4 TFT屏初始化

#TFT屏初始化
tft.initb3()
tft.rotation(2)
tft.rgb(False)
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6.5 配置3轴传感器MMA7660

#配置3轴传感器MMA7660

i2c1 = I2C(1, scl=Pin(3), sda=Pin(4))
acc = MMA7660(i2c1)
acc.on(True)
d = bytearray(3)
r = [0 for x in range(3)]
l = [0 for x in range(3)]
def twos_compliment(n, nbits):
    sign_bit = 1 << nbits - 1
    sign = 1 if n & sign_bit == 0 else -1
    val = n & ~sign_bit if sign > 0 else sign * ((sign_bit << 1) - n)
    return val

def thumb_filter(a):
    return a
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6.6 读取传感器数据

#循环10次读取传感器数据
    for j in range(10):
        acc.getSample(d)
        for i in range(3):
            r[i] = r[i] + twos_compliment(d[i], 6)
        time.sleep(0.1)        
    for i in range(3):
        r[i] = int(r[i]/10)
    print((r[0], r[1], r[2]))
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6.7 TFT屏显示加速度传感器数值

    #TFT屏显示加速度传感器数值
    tft.fill(TFT.BLACK);
    tft.text((40, 30), str(r[0]), TFT.WHITE, sysfont, 2, nowrap=True)
    tft.text((40, 60), str(r[1]), TFT.WHITE, sysfont, 2, nowrap=True)
    tft.text((40, 90), str(r[2]), TFT.WHITE, sysfont, 2, nowrap=True)
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6.8 根据加速度传感器值，切换彩灯颜色

    if r[2] < -20:
        rgb.on(0)  #红
    elif r[1] < 15 and r[2] < -15:
        rgb.on(1)
    elif r[2] > 20:
        rgb.on(2)  #绿        
    elif r[1] > 20:
        rgb.on(3)  #紫
    elif r[1] > -15 and r[2] > 15:
        rgb.on(4) 
    elif r[2] > 20: #蓝
        rgb.on(5)      
    elif r[1] < -20:
        rgb.on(6)
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6.9 静置30秒周期性彩灯颜色变换

    if abs(r[0] - l[0]) < 3 and abs(r[1] - l[1]) < 3 and abs(r[2] - l[2]) < 3:
        tft.text((100, 10), str(t), TFT.WHITE, sysfont, 2, nowrap=True)
        t = t + 1
    else:
        t = 0
    l[0] = r[0]
    l[1] = r[1]
    l[2] = r[2]

    #如果静置超过30秒，周期性切换彩灯颜色
    if t > 30:
        rgb.on(t % 7 )
        print(t % 7)
        i = i + 1
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