想學(xué)嵌入式？要不一起玩 Arduino 吧

新號稀罕 2022-06-22 發(fā)布于廣東

展開全文

作者：HelloGitHub-Anthony

這里是 HelloGitHub 推出的《講解開源項目》系列，本期介紹的是如何用開源硬件開發(fā)平臺 Arduino，自己動手做一個溫濕度顯示器。

書接上回，上一章我們知曉了什么是 Arduino、能用它來做什么，以及 Hello World 的實現(xiàn)，內(nèi)容十分簡單和容易上手。沒看過的小伙伴可以點擊閱讀，從而做到無縫連接本章的內(nèi)容。

接下來，我們將更進(jìn)一步學(xué)習(xí) Arduino 的知識，為避免枯燥的文字教程，本文將結(jié)合實際的開發(fā)進(jìn)行講解。首先會介紹 溫濕度傳感器 和 OLED 屏幕 的開發(fā)，接著將這兩部分的知識進(jìn)行組合，最后你將得到一個有意思的溫濕度顯示器。

不要擔(dān)心，本文所有內(nèi)容均已脫“難”，只要跟著文章一步步進(jìn)行下去，肯定就能做出來！

下面，就讓我們一起開始制作你的第一個 Arduino 成品吧！

一、溫濕度傳感器

本節(jié)我們會用到名為 DHT 11 的溫濕度傳感器，DHT 11 是一款常用的溫濕度數(shù)字傳感器，它雖然精度不是很高但價格低廉，只用到三根線 VCC、GND、DATA 即可工作（簡單），是我們學(xué)習(xí)使用傳感器的不二之選！

這里我使用的是進(jìn)行過二次封裝的 DHT 11 傳感器，它長這個樣子：

1.1 連接傳感器

根據(jù)購買的店鋪不同，最終實物可能會有所不同。如果你無法分辨每個引腳具體含義，一定要先咨詢賣家再進(jìn)行接線，防止燒壞傳感器！

我這里的三個引腳從左到右依次為 DATA、VCC、GND，連接方式為：

GND -- GND
VCC -- 5V
DATA -- Digital 8

1.2 讀取數(shù)據(jù)

讀取 DHT 11 傳感器的數(shù)據(jù)方式也非常簡單，我們可以根據(jù) 數(shù)據(jù)手冊 中 4、串行接口 一節(jié)提供的信息自行編寫數(shù)據(jù)解析的程序。

但我認(rèn)為這已經(jīng)超出了初學(xué)者的能力范圍而且實現(xiàn)起來也會花不少功夫，所以這時候我們就需要 Arduino 的 Libraries 功能上場了！

Arduino 官方提供了一個 Library 平臺，收集了很多開發(fā)者提供的開源支持庫，靈活使用這些庫進(jìn)行開發(fā)，可以節(jié)省我們大量的時間以及頭發(fā)。

下面將介紹如何使用 Arduino IDE 的 Libraries 功能。

1.3 DHT 11 支持庫

在這里我們選擇 Adafruit 提供的 DHT sensor library 支持庫，它還依賴 Adafruit Unified Sensor 庫，下面我們詳細(xì)操作：

安裝

點擊左側(cè) Libraries 欄目，在搜索框中輸入 DHT11 找到 DHT sensor library by Adafruit，點擊 INSTALL 進(jìn)行安裝，然后會提示我們需要安裝一些依賴項目：

這里 Arduino IDE 自動提示我們想要使用 DHT sensor library 還需要安裝 Adafruit Unified Sensor，我們直接點擊 Install all 讓它自動安裝，成功后可以在輸出界面看到這樣的提示：

使用

安裝好之后我們找到 Arduino IDE 上方選項卡打開：File->Examples->DHT sensor library->DHTtester 即可打開 DHT sensor library 使用例程。

這里我們只需要根據(jù)實際情況修改開頭幾行配置，就能直接編譯到開發(fā)板上進(jìn)行測試?yán)玻?/p>

上傳到開發(fā)板后打開我們的 Serial Monitor 即可看到 Arduino 正在回傳溫濕度信息：

1.4 傳感器小結(jié)

本節(jié)我們簡單學(xué)習(xí)了如何安裝 Arduino 的支持庫、如何查看支持庫提供的例程，以及 DHT11 庫的使用方法。

下一節(jié)，我們將學(xué)習(xí)如何使用 LCD 屏幕顯示內(nèi)容。

二、OLED 屏幕

本節(jié)我們會用到名為 SH1106 的 1.3寸 OLED 顯示屏，我用的是 SH1106 使用 I2C 方式進(jìn)行操作，只用到四根線 VCC、GND、SDA、SCL 分辨率為 128x64 ，它長這個樣子：

1.1 接線

使用時接線為：

GND -- GND
VCC -- 5V
SDA -- A4
SCL -- A5

根據(jù)使用方式和屏幕不同，實際接線可能會有出入。如果不懂可以搜索關(guān)鍵詞：“Arudino+屏幕型號+通信方式”（I2C 或 SPI）

對于顯示屏如果直接進(jìn)行操作使用起來非常復(fù)雜，但好在開源社區(qū)為其提供了強大的支持庫。

1.2 開源庫 U8g2

U8g2 是一個單色顯示屏的開源庫，支持市面上絕大多數(shù)單色顯示屏，能非常方便地從庫管理器進(jìn)行安裝。

安裝

上一節(jié)的支持庫安裝方式相同，在 Libraries 頁面進(jìn)行搜索后安裝即可。

但由于其體積較大或是網(wǎng)絡(luò)問題，可能會存在下載緩慢或者失敗等問題。如果一直無法安裝成功，可以手動下載官方版本進(jìn)行安裝

使用

U8g2 同樣提供了豐富的例程供我們學(xué)習(xí)，打開 examples 文件夾可以看到如下結(jié)構(gòu)：

需要注意的是 U8g2 提供了兩個版本：U8g2 本身（例程中 full_buffer 與 page_buffer）和 u8x8（例程中 u8x8）。前者支持完整繪圖功能，但是速度一般且需要額外的內(nèi)存支持，后者只支持顯示字庫中圖形但是速度快不需要額外的內(nèi)存。

full_buffer 與 page_buffer 的區(qū)別在于：

full_buffer：會在內(nèi)存中維護(hù)全部的圖形緩存會占用大量內(nèi)存。渲染速度快，但在 UNO 上只有部分例程能夠成功運行。
page_buffer：一次只維護(hù)一小部分緩存并分批次進(jìn)行更新。渲染速度稍慢，在 UNO 上全部例程都可成功運行。

大家可以自行運行例程中的代碼，進(jìn)行一個粗略的了解。

每段腳本只需要解除相應(yīng)屏幕的注釋就能運行，比如我用的 SH1106 128x64 使用 I2C 通信，用到的代碼片段如下：

具體規(guī)范只要有屏幕型號、分辨率、連接方式（I2C 還是 SPI）就能輕松找到

除此之外還有詳細(xì)的官方文檔。包括函數(shù)說明、屏幕類列表等等

三、溫濕度顯示器

前面我們已經(jīng)了解了如何分別使用溫濕度傳感器和 OLED 屏幕，現(xiàn)在我們只需將它們組合起來。

下面就變得非常非常簡單了，我們只需要將傳感器數(shù)據(jù)搬運到屏幕上顯示即可。

完整的代碼如下：

#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>
#include 'DHT.h'

// DHT11 DATA 引腳連接的數(shù)字引腳編號
#define DHT_DATA_PIN 8

DHT dht11(DHT_DATA_PIN, DHT11, 1);
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_1_HW_I2C oled(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);

float t, f, h;
float head_index;
const char URL[] = 'http://www.HelloGitHub.com';
int url_width = 0;
bool Fahrenheit = false;

void update_data()
{
  h = dht11.readHumidity();
  t = dht11.readTemperature();
  f = dht11.readTemperature(true);
  head_index = dht11.computeHeatIndex(t, h, false);
}

void setup()
{
  t = f = h = 0;

  dht11.begin();
  oled.begin();
  oled.enableUTF8Print();
  oled.setFontMode(0);
  url_width = oled.getUTF8Width(URL); # 符號需要啟動
  update_data();
}
void loop()
{
  static int url_x_pos = -url_width;
  oled.firstPage();
  do
  {
    if (millis() % 200 == 0) // 每 200ms 更新一次
      update_data();
    oled.setFont(u8g2_font_t0_11_mr);
    oled.drawBox(0, 0, 128, 17);
    oled.setDrawColor(0);
    oled.setCursor(url_x_pos, 14);
    oled.print(URL);
    oled.setDrawColor(1);

    oled.setCursor(0, 32);
    oled.setFont(u8g2_font_7x13_mf);
    oled.print('Temp: ');
    if (Fahrenheit) // 每隔一段時間自動切換單位顯示
    {
      oled.print(f);
      oled.print('°F');
    }
    else
    {
      oled.print(t);
      oled.print('°C');
    }

    oled.setCursor(0, 47);
    oled.print('Humi: ');
    oled.print(h);
    oled.print(' %');

    oled.setCursor(0, 62);
    oled.print('HeadIndex: ');
    oled.print(head_index);
    oled.print('°C');

  } while (oled.nextPage());

  Fahrenheit = (millis() % 4000 == 0) ? (!Fahrenheit) : Fahrenheit; // 每 4s 更換一次單位
  url_x_pos += 3;
  if (url_x_pos > 128)
    url_x_pos = -url_width;
}