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FastBond2阶段2——基于ESP32C3开发的简易IO调试设备

2024-01-09 128
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简介： FastBond2阶段2——基于ESP32C3开发的简易IO调试设备

  • 1. 项目介绍

之前买了许多国产单片机esp32c3一直在吃灰，没有发挥它的真实价值。非常感谢硬禾组织的Fastbond2活动，刚好两者经过微妙的碰撞。恰可以用于FastBond2活动主题4 - 测量仪器（单片机开发测试领域），或者用于国产ESP32C3单片机简单应用开发教育等领域。回顾立项过程，且听我娓娓道来！

1.1 立项目标

设计用户操作界面，该设备具备简单易用的操作界面，外加显示屏SSD1306和旋转编码器进行显示和控制，用户后期可进行二次开发WiFi或蓝牙连接电脑或手机监控。

1.2 立项指标

  1. 多种数字和模拟信号的输入输出：用户可以选择不同的输入输出模式，并通过设备的操作界面进行设置。例如，用户可以选择某个GPIO口作为模拟输入引脚，然后通过设备的操作界面设置输入的电压值，以模拟外部信号的输入，达到调试简易传感器读取和执行器输出功能。
  2. 支持PWM输出、舵机控制特性：用户可以选择某个GPIO口作为PWM输出引脚，并通过设备的操作界面设置PWM输出的频率和占空比。用户还可以选择某个GPIO口作为舵机控制引脚，并通过设备的操作界面设置舵机的角度。
  3. 因此系统具有一定的电流输出能力、信号辨识能力和显示交互功能。
  • 2. 市场应用介绍

《FastBond2阶段2——基于ESP32C3开发的简易IO调试设备》是一种基于ESP32C3芯片开发的简易IO调试设备。它具有小巧、便携、功能强大等特点，可广泛应用于各个领域的电子设备调试和开发过程中。

市场应用介绍如下：

  1. 电子产品调试：该设备可以作为一种便携式的IO调试工具，用于电子产品的调试和测试。它支持多种接口，如GPIO、I2C、SPI、UART等，可以方便地与各种电子设备进行连接和通信，帮助工程师快速调试和验证电路功能。
  2. 物联网设备开发：随着物联网技术的发展，越来越多的设备需要与互联网进行连接和通信。该设备可以作为物联网设备开发过程中的工具，帮助开发者快速连接和通信，实现设备与云平台的数据传输和控制。
  3. 教育培训：该设备具有简单易用的特点，适合在教育培训领域使用。学生可以通过该设备学习和实践各种电子接口和通信协议的使用，提高他们的电子技术能力和创新能力。
  4. 嵌入式系统开发：对于嵌入式系统开发者来说，该设备可以作为一种基础工具，用于快速原型设计和验证。通过该设备，开发者可以快速连接和测试各种外设，并进行相关的软硬件开发工作。
  5. DIY爱好者：该设备适合DIY爱好者使用，他们可以利用该设备进行各种创意项目的开发。无论是控制LED灯的亮灭，还是与其他传感器进行数据交互，都可以通过该设备实现，并为DIY爱好者们带来更多的乐趣和创造力。

综上所述，《FastBond2阶段2——基于ESP32C3开发的简易IO调试设备》具有广泛的市场应用前景。它可以满足不同领域的需求，为电子产品调试、物联网设备开发、教育培训、嵌入式系统开发和DIY爱好者等提供了简单、便捷、高效的解决方案。

  • 3. 项目设计思路

项目地址：Scheme-it | 嵌入式快速调试设备 | DigiKey

得捷电子的Scheme-it工具融合了原理图、框图和流程图绘制等功能，支持多种格式导出。并且，得捷电子提供原理图kicad格式导出的功能，同步导出对应器件的封装，减少查找封装的麻烦。Scheme-it无需专门下载安装，在浏览器在线运行，上手速度很快。这里我非常迅速画了系统的方案框图：

这里面的外设驱动详细内容见：【Arduino环境下驱动合宙esp32c3单片机基本外设】

  • 4. 项目方案框图和原理图解释

4.1 系统设计流程图

接下来就是一步一个脚印把模块调通，最后进行解耦实验，有机会就用3D打印机打印一个外壳。如系统设计流程图所示

系统设计流程图是一个用于描述系统设计过程的流程图。在这个流程中，首先进行的是项目立项，然后进入系统设计阶段，包括结构设计和硬件模块设计。在硬件模块设计中，又包括硬件模块设计和软件模块设计。然后进行联合调试，如果调试成功，就进行系统设计修改，如果调试失败，就回到硬件模块设计进行更改，直到调试成功。最后，进行是总结并记录归档。

4.2 电路原理图

这里采用kicad绘制的原理图，这里面的蜂鸣器电路设计有缺陷，因此我加250Ω电阻直接飞线绕过三极管驱动蜂鸣器，我之前画过电路图（设计有诸多不合理，欢迎大家批评指正），但从来都没有打板子，这是我第一次打板子验证项目，非常感谢硬禾给机会，太感动了！

设计用户操作界面，该设备具备简单易用的操作界面，外加显示屏SSD1306和旋转编码器进行显示和控制，用户后期可进行二次开发WiFi或蓝牙连接电脑或手机监控。

多种数字和模拟信号的输入输出：用户可以选择不同的输入输出模式，并通过设备的操作界面进行设置。 引出了开发板全部可用端口，其中包括GPIO、ADC、UART、IIC、SPI端口。

这里面的外设驱动详细内容见：【Arduino环境下驱动合宙esp32c3单片机基本外设】

  • 5. 设计中用到规定厂商的元器件介绍

这里采用了 乐鑫科技（Espressif）的ESP32-C3-MINI-1-N4，由于之前合宙esp32c3可以等效替代，对此采用这款合宙esp32c3开发板代替，是采用ESP32-C3-MINI-1-N4模组设计的。

ESP32­C3­MINI­1技术规格书

ESP32-C3 系列芯片

由于项目需要达到300元包邮，所以我选购了Pi400键盘系统

期待后期有发光发热的地方叫上鹏鹏哦！

  • 6. PCB绘制打板介绍及遇到的问题和解决方法

6.1 PCB板图

工程整体采用两层板结构；

底层覆铜设计，右边是覆铜效果，左边没有覆铜效果；

采用esp32c3单片机放在中间，底部板载USB供电，靠上设计SSD1306屏幕显示，基本外设左右排开，左边有SPI、舵机端口、ADC和WS2812。右边设计有蜂鸣器和旋转编码器，中间开发板的端口全部引出。

设计的尺寸非常小宽7.37*长8.64，四周设计了立柱。

6.2 3D封装效果图

所选封装比较杂乱，偏向传统与现代工业融合

第一次下单 嘉立创返回说我没有阻焊层，修改ganber文件导出后，第二次下单工艺信息，大约5天左右就到啦！国产雄起

6.3 实物图

打板图

实物图

6.4 遇到的问题

1. 蜂鸣器驱动设计错误，解决办法：直接连接IO口，不过pwm控制效果区别不明显

2. WS2812封装对应错误，解决办法：选择引出的GPIO驱动，完美！

  • 7. 关键代码及说明

总共迭代了四个版本

7.1 版本1.0

是通过ChatGPT生成的，然后结合自己开发的外设调试，搭建了基本框架，可以屏幕显示，有舵机、ws2812和ADC交互控制显示，需要安装以下5个库

  1. #include <U8g2lib.h>
  2. #include <Encoder.h>
  3. #include <ESP32Servo.h>
  4. #include <FastLED.h>
  5. #include <WS2812FX.h>
// #define ENCODER_DO_NOT_USE_INTERRUPTS
#include <U8g2lib.h>
#include <Encoder.h>
#include <ESP32Servo.h>
#include <FastLED.h>
#include <WS2812FX.h>
#define OLED_CLOCK 5
#define OLED_DATA 4
#define OLED_RESET U8X8_PIN_NONE
#define ENCODER_CLK 7
#define ENCODER_DT 6
#define ENCODER_SW 8
#define SERVO_PIN 19
#define LED_PIN 18
#define NUM_LEDS 4
#define SENSOR_PIN 0
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/OLED_CLOCK, /* data=*/OLED_DATA, /* reset=*/OLED_RESET);  // ESP32 Thing, pure SW emulated I2C
Encoder encoder(ENCODER_CLK, ENCODER_DT);
// ESP32PWM pwm;
Servo myservo;  // create servo object to control a servo
CRGB leds[NUM_LEDS];
int currentMenu = 0;
int servoAngle = 0;
int ledColorIndex = 0;
int sensorValue = 0;
int encoderButtonState = 0;
long position = 0;
long newPos = 0;
void setup() {
  ESP32PWM::allocateTimer(0);
  ESP32PWM::allocateTimer(1);
  ESP32PWM::allocateTimer(2);
  ESP32PWM::allocateTimer(3);
  myservo.setPeriodHertz(50);             // standard 50 hz servo
  myservo.attach(SERVO_PIN, 1000, 2000);  // attaches the servo on pin 18 to the servo object
  Serial.begin(9600);
  u8g2.begin();
  u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
  pinMode(ENCODER_SW, INPUT_PULLUP);
  FastLED.addLeds<WS2812B, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  // pwm.setPeriodHertz(50);
  // pwm.attachServo(SERVO_PIN);
}
void loop() {
  u8g2.clearBuffer();
  switch (currentMenu) {
    case 0:  // Main menu
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("1. Servo");
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print("2. WS2812");
      u8g2.setCursor(0, 60);
      u8g2.print("3. Sensor");
      break;
    case 1:  // Servo menu
      // int servoencoderValue = 0;
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Servo Angle: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(servoAngle);
      // Handle servo control
      servoAngle = servoAngle + checkencoder();
      if (servoAngle > 180) {
        servoAngle = 180;
      } else if (servoAngle < 0) {
        servoAngle = 0;
      }
      myservo.write(servoAngle);
      break;
    case 2:  // WS2812 menu
      // int LEDencoderValue = 0;
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("LED Color: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(ledColorIndex);
      // Handle LED color control
      ledColorIndex = ledColorIndex + checkencoder();
      if (ledColorIndex < 0) {
        ledColorIndex = 0;
      } else if (ledColorIndex > 2) {
        ledColorIndex = 2;
      }
      setLedColor();
      break;
    case 3:  // Sensor menu
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Sensor Value: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(sensorValue);
      // Read sensor value
      sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
      break;
  }
  u8g2.sendBuffer();
  // Handle menu navigation
  encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
  if (encoderButtonState == LOW) {
    delay(50);  // Debounce delay
    encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
    if (encoderButtonState == LOW) {
      currentMenu++;
      if (currentMenu > 3) {
        currentMenu = 0;
      }
      delay(200);  // Debounce delay
    }
  }
}
int checkencoder() {
  newPos = encoder.read();
  Serial.println("newPos:" + String(newPos) + "position:" + String(position));
  delay(1);
  if (newPos > position) {
    position = newPos;
    return 1;
  } else if (newPos < position) {
    position = newPos;
    return -1;
  }
  return 0;
}
void setLedColor() {
  switch (ledColorIndex) {
    case 0:
      leds[0] = CRGB::Red;
      leds[1] = CRGB::Red;
      leds[2] = CRGB::Red;
      leds[3] = CRGB::Red;
      break;
    case 1:
      leds[0] = CRGB::Green;
      leds[1] = CRGB::Green;
      leds[2] = CRGB::Green;
      leds[3] = CRGB::Green;
      break;
    case 2:
      leds[0] = CRGB::Blue;
      leds[1] = CRGB::Blue;
      leds[2] = CRGB::Blue;
      leds[3] = CRGB::Blue;
      break;
  }
  FastLED.show();
}

7.2 版本1.1

增加了蜂鸣器控制，设计四级菜单，WS2812由三种颜色怎加到10种，解决旋转编码器无法减法控制，添加按键返回功能

// #define ENCODER_DO_NOT_USE_INTERRUPTS
#include <U8g2lib.h>
#include <Encoder.h>
#include <ESP32Servo.h>
#include <FastLED.h>
#include <WS2812FX.h>
#define OLED_CLOCK 5
#define OLED_DATA 4
#define OLED_RESET U8X8_PIN_NONE
#define ENCODER_CLK 7
#define ENCODER_DT 6
#define ENCODER_SW 8
#define SERVO_PIN 19
#define LED_PIN 18
#define NUM_LEDS 4
#define SENSOR_PIN 0
#define SENSOR_PIN2 1
#define BUZZER 13
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/OLED_CLOCK, /* data=*/OLED_DATA, /* reset=*/OLED_RESET);  // ESP32 Thing, pure SW emulated I2C
// 创建Encoder对象
Encoder myEncoder(ENCODER_CLK, ENCODER_DT);
// ESP32PWM pwm;
Servo myservo;  // create servo object to control a servo
CRGB leds[NUM_LEDS];
int currentMenu = 0;
int servoAngle = 0;
int ledColorIndex = 0;
int sensorValue = 0;
int sensorValue2 = 0;
int BuzzerValue = 128;
int encoderButtonState = 0;
long position = 0;
long newPos = 0;
long oldPosition = 0;
int increment = 0;
int ws = 0;
void setup() {
  myservo.setPeriodHertz(50);             // standard 50 hz servo
  myservo.attach(SERVO_PIN, 1000, 2000);  // attaches the servo on pin 18 to the servo object
  Serial.begin(9600);
  u8g2.begin();
  u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
  pinMode(ENCODER_SW, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_CLK, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_DT, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(-1);
  }
  FastLED.show();
  // pwm.setPeriodHertz(50);
  // pwm.attachServo(SERVO_PIN);
}
void loop() {
  u8g2.clearBuffer();
  switch (currentMenu) {
    case 0:  // Main menu
      u8g2.setCursor(30, 20);
      u8g2.print("Main menu");
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print("1. Servo");
      u8g2.setCursor(0, 60);
      u8g2.print("2. WS2812");
      u8g2.setCursor(64, 40);
      u8g2.print("3. Sensor");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print("4. Buzzer");
      break;
    case 1:  // Servo menu
      // int servoencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Servo Angle: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(servoAngle);
      u8g2.sendBuffer();
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setservo();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 2:  // WS2812 menu
      // int LEDencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("LED Color: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(ledColorIndex);
      u8g2.sendBuffer();
      // Handle LED color control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setLedColor();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 3:  // Sensor menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(10, 30);
      u8g2.print("Sensor1: ");
      u8g2.setCursor(64, 30);
      u8g2.print(sensorValue);
      u8g2.setCursor(10, 60);
      u8g2.print("Sensor2: ");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print(sensorValue2);
      // Read sensor value
      sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
      sensorValue2 = analogRead(SENSOR_PIN2);
      break;
    case 4:  // Buzzer menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Buzzer Value: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(BuzzerValue);
      // Handle Buzzer control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setbuzzer();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
  }
  increment = 0;
  u8g2.sendBuffer();
  // Handle menu navigation
  if (checkswitch() == true) {
    currentMenu++;
    if (currentMenu > 4) {
      currentMenu = 0;
    }
    delay(200);  // Debounce delay
  }
}
bool checkencoder() {
  long newPosition = myEncoder.read();
  if (newPosition != oldPosition) {
    // Serial.println(newPosition + String(";") + oldPosition);
    increment = newPosition - oldPosition;
    oldPosition = newPosition;
    return true;
  }
  return false;
}
bool checkswitch() {
  encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
  if (encoderButtonState == LOW) {
    delay(50);  // Debounce delay
    encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
    if (encoderButtonState == LOW) {
      return true;
    } else {
      return false;
    }
  } else {
    return false;
  }
}
void setLedColor() {
  ledColorIndex = ledColorIndex + increment;
  if (ledColorIndex < 0) {
    ledColorIndex = 0;
  } else if (ledColorIndex > 10) {
    ledColorIndex = 10;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(ledColorIndex);
  u8g2.sendBuffer();
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(ledColorIndex);
  }
  FastLED.show();
  delay(1);
}
void setservo() {
  servoAngle = servoAngle + increment*3;
  if (servoAngle > 180) {
    servoAngle = 180;
  } else if (servoAngle < 0) {
    servoAngle = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(servoAngle);
  u8g2.sendBuffer();
  myservo.write(servoAngle);
}
void setbuzzer() {
  BuzzerValue = BuzzerValue + increment*8;
  if (BuzzerValue > 255) {
    BuzzerValue = 255;
  } else if (BuzzerValue < 0) {
    BuzzerValue = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(BuzzerValue);
  u8g2.sendBuffer();
  analogWrite(BUZZER, BuzzerValue);
}
CRGB getColor(int index) {
  switch (index) {
    case 0:
      return CRGB::Red;
    case 1:
      return CRGB::Green;
    case 2:
      return CRGB::Blue;
    case 3:
      return CRGB::Yellow;
    case 4:
      return CRGB::Magenta;
    case 5:
      return CRGB::Cyan;
    case 6:
      return CRGB::White;
    case 7:
      return CRGB::Purple;
    case 8:
      return CRGB::Orange;
    case 9:
      return CRGB::Pink;
    default:
      return CRGB::Black;
  }
}

7.3 版本1.2

增加了蓝牙交互，设计五级菜单，通过蓝牙上传设备状态信息，并且可接收手机端数据，但未完成控制设备。值得注意这个版本最稳定

// #define ENCODER_DO_NOT_USE_INTERRUPTS
#include <U8g2lib.h>
#include <Encoder.h>
#include <ESP32Servo.h>
#include <FastLED.h>
#include <WS2812FX.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>
#define OLED_CLOCK 5
#define OLED_DATA 4
#define OLED_RESET U8X8_PIN_NONE
#define ENCODER_CLK 7
#define ENCODER_DT 6
#define ENCODER_SW 8
#define SERVO_PIN 19
#define LED_PIN 18
#define NUM_LEDS 4
#define SENSOR_PIN 0
#define SENSOR_PIN2 1
#define BUZZER 13
#define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"  // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
//创建Bluetooth对象
BLECharacteristic *pCharacteristic;
//创建SSD1306屏幕对象
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/OLED_CLOCK, /* data=*/OLED_DATA, /* reset=*/OLED_RESET);  // ESP32 Thing, pure SW emulated I2C
// 创建Encoder对象
Encoder myEncoder(ENCODER_CLK, ENCODER_DT);
// ESP32PWM pwm;
Servo myservo;  // create servo object to control a servo
CRGB leds[NUM_LEDS];
int currentMenu = 0;
int servoAngle = 0;
int ledColorIndex = 0;
int sensorValue = 0;
int sensorValue2 = 0;
int BuzzerValue = 128;
int encoderButtonState = 0;
long position = 0;
long newPos = 0;
long oldPosition = 0;
int increment = 0;
bool deviceConnected = false;
char BLEbuf[256] = { 0 };
uint32_t cnt = 0;
String message_c;
char *message;
// const char *message1;
class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks {
  void onConnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = true;
  };
  void onDisconnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = false;
  }
};
class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks {
  void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
    std::string rxValue = pCharacteristic->getValue();
    if (rxValue.length() > 0) {
      Serial.print("------>Received Value: ");
      for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++) {
        Serial.print(rxValue[i]);
      }
      Serial.println();
    }
  }
};
void setup() {
  myservo.setPeriodHertz(50);             // standard 50 hz servo
  myservo.attach(SERVO_PIN, 1000, 2000);  // attaches the servo on pin 18 to the servo object
  Serial.begin(115200);
  u8g2.begin();
  u8g2.clearDisplay();
  pinMode(ENCODER_SW, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_CLK, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_DT, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(-1);
  }
  FastLED.show();
  // Create the BLE Device
  BLEDevice::init("ESP32 BLE vor");
  // 创建蓝牙服务器
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());
  // // 创建广播服务的UUID
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
  // 创建广播服务的UUID
  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY);
  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
  // 开始蓝牙服务
  pService->start();
  // 开始广播
  pServer->getAdvertising()->start();
  Serial.println("Waiting a client connection to notify...");
}
void loop() {
  u8g2.clearBuffer();
  switch (currentMenu) {
    case 0:  // Main menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(7, 22);
      u8g2.print("Main menu");
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print("1. Servo");
      u8g2.setCursor(0, 60);
      u8g2.print("2. WS2812");
      u8g2.setCursor(64, 40);
      u8g2.print("3. Sensor");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print("4. Buzzer");
      break;
    case 1:  // Servo menu
      // int servoencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Servo Angle: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(servoAngle);
      u8g2.sendBuffer();
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setservo();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 2:  // WS2812 menu
      // int LEDencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("LED Color: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(ledColorIndex);
      u8g2.sendBuffer();
      // Handle LED color control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setLedColor();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 3:  // Sensor menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(10, 30);
      u8g2.print("Sensor1: ");
      u8g2.setCursor(64, 30);
      u8g2.print(sensorValue);
      u8g2.setCursor(10, 60);
      u8g2.print("Sensor2: ");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print(sensorValue2);
      // Read sensor value
      sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
      sensorValue2 = analogRead(SENSOR_PIN2);
      break;
    case 4:  // Buzzer menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Buzzer Value: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(BuzzerValue);
      // Handle Buzzer control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setbuzzer();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 5:  // Blue uart
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Blue uart : ");
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print(BuzzerValue);
      // Handle Buzzer control
      while (1) {
        setbluetooth();
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    default:
      break;
  }
  increment = 0;
  u8g2.sendBuffer();
  // Handle menu navigation
  if (checkswitch() == true) {
    currentMenu++;
    if (currentMenu > 5) {
      currentMenu = 0;
    }
    delay(200);  // Debounce delay
  }
}
bool checkencoder() {
  long newPosition = myEncoder.read();
  if (newPosition != oldPosition) {
    // Serial.println(newPosition + String(";") + oldPosition);
    increment = newPosition - oldPosition;
    oldPosition = newPosition;
    return true;
  }
  return false;
}
bool checkswitch() {
  encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
  if (encoderButtonState == LOW) {
    delay(50);  // Debounce delay
    encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
    if (encoderButtonState == LOW) {
      return true;
    } else {
      return false;
    }
  } else {
    return false;
  }
}
void setLedColor() {
  ledColorIndex = ledColorIndex + increment;
  if (ledColorIndex < 0) {
    ledColorIndex = 0;
  } else if (ledColorIndex > 10) {
    ledColorIndex = 10;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(ledColorIndex);
  u8g2.sendBuffer();
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(ledColorIndex);
  }
  FastLED.show();
  delay(1);
}
void setservo() {
  servoAngle = servoAngle + increment * 3;
  if (servoAngle > 180) {
    servoAngle = 180;
  } else if (servoAngle < 0) {
    servoAngle = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(servoAngle);
  u8g2.sendBuffer();
  myservo.write(servoAngle);
}
void setbuzzer() {
  BuzzerValue = BuzzerValue + increment * 8;
  if (BuzzerValue > 255) {
    BuzzerValue = 255;
  } else if (BuzzerValue < 0) {
    BuzzerValue = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(BuzzerValue);
  u8g2.sendBuffer();
  analogWrite(BUZZER, BuzzerValue);
}
void setbluetooth() {
  if (deviceConnected) {  //设备连接后，每秒钟发送txValue。
    memset(BLEbuf, 0, 32);
    message_c = "s "+String(servoAngle)+" w"+String(ledColorIndex)+" s"+String(analogRead(SENSOR_PIN))+"s"+String(analogRead(SENSOR_PIN2))+"b"+String(BuzzerValue)+"\n";
    char* p = const_cast<char*>(message_c.c_str());
    memcpy(BLEbuf, p, 32);
    pCharacteristic->setValue(BLEbuf);
    pCharacteristic->notify();  // Send the value to the app!
    Serial.print("*** Sent Value: ");
    Serial.print(BLEbuf);
    Serial.println(" ***");
    // sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
    // sensorValue2 = analogRead(SENSOR_PIN2);
    // memset(BLEbuf, 0, 256);
    // // sprintf(message, "S%dW%dS%dS%dB%d", servoAngle, ledColorIndex, sensorValue, sensorValue2, BuzzerValue);
    // sprintf(message, "S%dW%d", servoAngle, ledColorIndex);
    // // message_c = message;
    // // char* p = const_cast<char*>(message.c_str());
    // // message1 = message;
    // memcpy(BLEbuf, message, 256);
    // // memcpy(BLEbuf, message_c, 32);
    // pCharacteristic->setValue(BLEbuf);
    // pCharacteristic->notify();  // Send the value to the app!
    // delay(10);
    u8g2.setCursor(0, 40);
    u8g2.print(BLEbuf);
    // // u8g2.setCursor(0, 60);
    // // u8g2.print(message_c.substring(15, 32));
    u8g2.sendBuffer();
    // Serial.println("Sent Value:" + String(BLEbuf));
    delay(100);
  }
}
CRGB getColor(int index) {
  switch (index) {
    case 0:
      return CRGB::Red;
    case 1:
      return CRGB::Green;
    case 2:
      return CRGB::Blue;
    case 3:
      return CRGB::Yellow;
    case 4:
      return CRGB::Magenta;
    case 5:
      return CRGB::Cyan;
    case 6:
      return CRGB::White;
    case 7:
      return CRGB::Purple;
    case 8:
      return CRGB::Orange;
    case 9:
      return CRGB::Pink;
    default:
      return CRGB::Black;
  }
}

7.4 版本1.3

设计了两个线程，完成了实时的蓝牙交互，不过ws2812控制不稳定。推荐版本1.2

// #define ENCODER_DO_NOT_USE_INTERRUPTS
#include <U8g2lib.h>
#include <Encoder.h>
#include <ESP32Servo.h>
#include <FastLED.h>
#include <WS2812FX.h>
#include <BLEDevice.h>
#include <BLEServer.h>
#include <BLEUtils.h>
#include <BLE2902.h>
#define OLED_CLOCK 5
#define OLED_DATA 4
#define OLED_RESET U8X8_PIN_NONE
#define ENCODER_CLK 7
#define ENCODER_DT 6
#define ENCODER_SW 8
#define SERVO_PIN 19
#define LED_PIN 18
#define NUM_LEDS 4
#define SENSOR_PIN 0
#define SENSOR_PIN2 1
#define BUZZER 13
#define SERVICE_UUID "6E400001-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"  // UART service UUID
#define CHARACTERISTIC_UUID_RX "6E400002-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
#define CHARACTERISTIC_UUID_TX "6E400003-B5A3-F393-E0A9-E50E24DCCA9E"
//创建Bluetooth对象
BLECharacteristic *pCharacteristic;
//创建SSD1306屏幕对象
U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_SW_I2C u8g2(U8G2_R0, /* clock=*/OLED_CLOCK, /* data=*/OLED_DATA, /* reset=*/OLED_RESET);  // ESP32 Thing, pure SW emulated I2C
// 创建Encoder对象
Encoder myEncoder(ENCODER_CLK, ENCODER_DT);
// ESP32PWM pwm;
Servo myservo;  // create servo object to control a servo
CRGB leds[NUM_LEDS];
int currentMenu = 0;
int servoAngle = 0;
int ledColorIndex = 0;
int sensorValue = 0;
int sensorValue2 = 0;
int BuzzerValue = 128;
int encoderButtonState = 0;
long position = 0;
long newPos = 0;
long oldPosition = 0;
int increment = 0;
bool deviceConnected = false;
char BLEbuf[256] = { 0 };
uint32_t cnt = 0;
String message_c;
char *message;
// const char *message1;
class MyServerCallbacks : public BLEServerCallbacks {
  void onConnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = true;
  };
  void onDisconnect(BLEServer *pServer) {
    deviceConnected = false;
  }
};
class MyCallbacks : public BLECharacteristicCallbacks {
  void onWrite(BLECharacteristic *pCharacteristic) {
    std::string rxValue = pCharacteristic->getValue();
    if (rxValue.length() > 0) {
      Serial.print("------>Received Value: ");
      for (int i = 0; i < rxValue.length(); i++) {
        Serial.print(rxValue[i]);
      }
      Serial.println();
    }
  }
};
void appCpuLoop(void *pvParameters) {
  while (true) {
    if (currentMenu != 5) {
      memset(BLEbuf, 0, 32);
      message_c = "s " + String(servoAngle) + "w" + String(ledColorIndex) + " s" + String(analogRead(SENSOR_PIN)) + "s" + String(analogRead(SENSOR_PIN2)) + "b" + String(BuzzerValue) + "\r\n";
      char *p = const_cast<char *>(message_c.c_str());
      memcpy(BLEbuf, p, 32);
      pCharacteristic->setValue(BLEbuf);
      pCharacteristic->notify();  // Send the value to the app!
      Serial.print("*** Sent Value: ");
      Serial.print(BLEbuf);
      Serial.println(" ***");
      delay(700);
    }
    delay(300);
  }
  vTaskDelete(NULL);
}
void setup() {
  myservo.setPeriodHertz(50);             // standard 50 hz servo
  myservo.attach(SERVO_PIN, 1000, 2000);  // attaches the servo on pin 18 to the servo object
  Serial.begin(115200);
  u8g2.begin();
  u8g2.clearDisplay();
  pinMode(ENCODER_SW, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_CLK, INPUT_PULLUP);
  pinMode(ENCODER_DT, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER, OUTPUT);
  FastLED.addLeds<WS2812, LED_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(-1);
  }
  FastLED.show();
  // Create the BLE Device
  BLEDevice::init("ESP32 BLE vor");
  // 创建蓝牙服务器
  BLEServer *pServer = BLEDevice::createServer();
  pServer->setCallbacks(new MyServerCallbacks());
  // // 创建广播服务的UUID
  BLEService *pService = pServer->createService(SERVICE_UUID);
  // 创建广播服务的UUID
  pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_TX, BLECharacteristic::PROPERTY_NOTIFY);
  pCharacteristic->addDescriptor(new BLE2902());
  BLECharacteristic *pCharacteristic = pService->createCharacteristic(CHARACTERISTIC_UUID_RX, BLECharacteristic::PROPERTY_WRITE);
  pCharacteristic->setCallbacks(new MyCallbacks());
  // 开始蓝牙服务
  pService->start();
  // 开始广播
  pServer->getAdvertising()->start();
  Serial.println("Waiting a client connection to notify...");
  xTaskCreatePinnedToCore(appCpuLoop,      //具体实现的函数
                          "APP_CPU_LOOP",  //任务名称
                          8192,            //堆栈大小
                          NULL,            //输入参数
                          1,               //任务优先级
                          NULL,            //
                          1                //核心  0\1
  );
}
void loop() {
  u8g2.clearBuffer();
  switch (currentMenu) {
    case 0:  // Main menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(7, 22);
      u8g2.print("Main menu");
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print("1. Servo");
      u8g2.setCursor(0, 60);
      u8g2.print("2. WS2812");
      u8g2.setCursor(64, 40);
      u8g2.print("3. Sensor");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print("4. Buzzer");
      break;
    case 1:  // Servo menu
      // int servoencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Servo Angle: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(servoAngle);
      u8g2.sendBuffer();
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setservo();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 2:  // WS2812 menu
      // int LEDencoderValue = 0;
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("LED Color: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(ledColorIndex);
      u8g2.sendBuffer();
      // Handle LED color control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setLedColor();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 3:  // Sensor menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(10, 30);
      u8g2.print("Sensor1: ");
      u8g2.setCursor(64, 30);
      u8g2.print(sensorValue);
      u8g2.setCursor(10, 60);
      u8g2.print("Sensor2: ");
      u8g2.setCursor(64, 60);
      u8g2.print(sensorValue2);
      // Read sensor value
      sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
      sensorValue2 = analogRead(SENSOR_PIN2);
      break;
    case 4:  // Buzzer menu
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Buzzer Value: ");
      u8g2.setCursor(30, 40);
      u8g2.print(BuzzerValue);
      // Handle Buzzer control
      while (1) {
        if (checkencoder() == true) {
          setbuzzer();
          increment = 0;
        }
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    case 5:  // Blue uart
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB14_tr);
      u8g2.setCursor(0, 20);
      u8g2.print("Blue uart : ");
      u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr);
      u8g2.setCursor(0, 40);
      u8g2.print(BuzzerValue);
      // Handle Buzzer control
      while (1) {
        setbluetooth();
        if (checkswitch() == true) {
          break;
        }
      }
      break;
    default:
      break;
  }
  increment = 0;
  u8g2.sendBuffer();
  // Handle menu navigation
  if (checkswitch() == true) {
    currentMenu++;
    if (currentMenu > 5) {
      currentMenu = 0;
    }
    delay(200);  // Debounce delay
  }
}
bool checkencoder() {
  long newPosition = myEncoder.read();
  if (newPosition != oldPosition) {
    // Serial.println(newPosition + String(";") + oldPosition);
    increment = newPosition - oldPosition;
    oldPosition = newPosition;
    return true;
  }
  return false;
}
bool checkswitch() {
  encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
  if (encoderButtonState == LOW) {
    delay(50);  // Debounce delay
    encoderButtonState = digitalRead(ENCODER_SW);
    if (encoderButtonState == LOW) {
      return true;
    } else {
      return false;
    }
  } else {
    return false;
  }
}
void setLedColor() {
  ledColorIndex = ledColorIndex + increment;
  if (ledColorIndex < 0) {
    ledColorIndex = 0;
  } else if (ledColorIndex > 10) {
    ledColorIndex = 10;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(ledColorIndex);
  u8g2.sendBuffer();
  for (int i = 0; i < NUM_LEDS; i++) {
    leds[i] = getColor(ledColorIndex);
  }
  FastLED.show();
  delay(1);
}
void setservo() {
  servoAngle = servoAngle + increment * 3;
  if (servoAngle > 180) {
    servoAngle = 180;
  } else if (servoAngle < 0) {
    servoAngle = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(servoAngle);
  u8g2.sendBuffer();
  myservo.write(servoAngle);
}
void setbuzzer() {
  BuzzerValue = BuzzerValue + increment * 8;
  if (BuzzerValue > 255) {
    BuzzerValue = 255;
  } else if (BuzzerValue < 0) {
    BuzzerValue = 0;
  }
  u8g2.setCursor(30, 40);
  u8g2.print(BuzzerValue);
  u8g2.sendBuffer();
  analogWrite(BUZZER, BuzzerValue);
}
void setbluetooth() {
  if (deviceConnected) {  //设备连接后，每秒钟发送txValue。
    memset(BLEbuf, 0, 32);
    message_c = "s " + String(servoAngle) + "w" + String(ledColorIndex) + " s" + String(analogRead(SENSOR_PIN)) + "s" + String(analogRead(SENSOR_PIN2)) + "b" + String(BuzzerValue) + "\r\n";
    char *p = const_cast<char *>(message_c.c_str());
    memcpy(BLEbuf, p, 32);
    pCharacteristic->setValue(BLEbuf);
    pCharacteristic->notify();  // Send the value to the app!
    Serial.print("*** Sent Value: ");
    Serial.print(BLEbuf);
    Serial.println(" ***");
    // sensorValue = analogRead(SENSOR_PIN);
    // sensorValue2 = analogRead(SENSOR_PIN2);
    // memset(BLEbuf, 0, 256);
    // // sprintf(message, "S%dW%dS%dS%dB%d", servoAngle, ledColorIndex, sensorValue, sensorValue2, BuzzerValue);
    // sprintf(message, "S%dW%d", servoAngle, ledColorIndex);
    // // message_c = message;
    // // char* p = const_cast<char*>(message.c_str());
    // // message1 = message;
    // memcpy(BLEbuf, message, 256);
    // // memcpy(BLEbuf, message_c, 32);
    // pCharacteristic->setValue(BLEbuf);
    // pCharacteristic->notify();  // Send the value to the app!
    // delay(10);
    u8g2.setCursor(0, 40);
    u8g2.print(BLEbuf);
    // // u8g2.setCursor(0, 60);
    // // u8g2.print(message_c.substring(15, 32));
    u8g2.sendBuffer();
    // Serial.println("Sent Value:" + String(BLEbuf));
    delay(100);
  }
}
CRGB getColor(int index) {
  switch (index) {
    case 0:
      return CRGB::Red;
    case 1:
      return CRGB::Green;
    case 2:
      return CRGB::Blue;
    case 3:
      return CRGB::Yellow;
    case 4:
      return CRGB::Magenta;
    case 5:
      return CRGB::Cyan;
    case 6:
      return CRGB::White;
    case 7:
      return CRGB::Purple;
    case 8:
      return CRGB::Orange;
    case 9:
      return CRGB::Pink;
    default:
      return CRGB::Black;
  }
}
  • 8. 功能展示及说明

8.1 主菜单显示

主菜单显示，所有设备初始化，舵机归位，灯灭，蜂鸣器静音

8.2 舵机控制

舵机显示60度位置，屏幕同步数值

8.3 WS2812控制

WS2812显示蓝色灯，屏幕同步数值

8.4 ADC读取

实时读取光敏ADC，屏幕同步数值

8.5 蜂鸣器PWM

蜂鸣器输出PWM，屏幕同步数值

8.6 蓝牙交互

手机连接ESP32 BLE vor蓝牙，发送数据

屏幕读取状态

手机实时接收设备信息

电脑串口显示设备状态和接收手机数据

  • 9总结

这是我第四次参加嵌入式相关的网上比赛活动

这次最大的收获是第一次实现了PCB板设计、制作和调试全流程，加深了对手机蓝牙双向通信，对esp32国产单片机更有信心！

这次最大的遗憾是没有加入蓝牙控制程序，相信大家自己解决哒。

建议：

  1. 希望得捷电子优化国内访问网站浏览和提高scheme-it工具设计水平；
  2. 期待硬禾联合各大平台推出更多有质量有意义持续性的创客活动！

非常感谢硬禾联合得捷电子官方组织的FastBond2活动，大家都为这个国内嵌入式生态出一份力，只要努力认真做了都会有所收获，期盼这些作品在将来某一天为构建美好未来贡献一份微博之力！

我后期会持续更新我测评的一系列国内开发板测评，并且作为宣传大使努力鼓励大家有所获参加有质量的硬禾活动🛹🛹🛹每天都一点点结合实际需求联动丰富生活，从而实现对外部世界进行充分的感知，尽最大努力认识这个有机与无机的环境，科学地合理地进行创作和发挥效益，然后为人类社会发展贡献一点微薄之力。🤣🤣🤣

🥳🥳🥳再次非常感谢硬禾的Lucia支持等等🥳🥳🥳期待这一次的成绩哟！

参考文献：

FastBond2阶段1——基于ESP32C3开发的简易IO调试设备

【esp32c3配置arduino IDE教程】

【Arduino环境下驱动合宙esp32c3单片机基本外设】


文章标签：
物联网平台
物联网
开发者
监控
传感器
芯片
关键词：
io开发
io设备
esp32c3 io
io调试
fastbond2 esp32c3开发io调试设备
相关实践学习
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