基於uFUN開發板和擴展板的聯網校準時鐘

時間 2020-07-07

標籤基於 ufun 開發擴展聯網校準時鐘简体版

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項目概述

上週在uFUN試用羣裏看到管理員說試用活動快結束了，要抓緊完成評測總結，看你們的評測總結也都寫了，我也不能落後啊！正好最近作的擴展板到手了，因而趕忙進行調試，作了一個不用校準的時鐘，時鐘這種小設計應該說是爛大街了吧！我一開始學習51的時候作了個可按鍵校準、帶鬧鐘功能的時鐘，學習STM32的時候作了個能夠手機藍牙APP校準的時鐘，如今又用uFUN開發板作了個時鐘，不過這個時鐘是聯網校準的。因爲以前作過桌面天氣預報時鐘，以下圖：html

因此這個聯網校準時鐘的小項目實現起來仍是很順利的，底板是使用的uFUN開發板，擴展板是本身設計的，使用PCIe的接口和uFUN開發板進行通信。使用ESP8266 WiFi模塊獲取北京標準時間，而後對STM32內部的RTC進行校準，再經過OLED顯示出來。我知道，這個小項目不管是PCB的設計，仍是控制程序的編寫，對於論壇裏一些有着多年經驗的大佬來講，這個小項目簡直不值一提，我只不過是班門弄斧罷了。有不對的地方，歡迎各位大佬拍磚！算法

擴展板資源簡介

0.96寸OLED屏，IIC接口，128*64像素，經過外部電路的修改，可支持8080並口，SPI接口。
W25Q128，SPI接口，能夠用來存儲字庫，配合uFUN開發板的SD卡功能，能夠實現字庫的更新
AT24C02，EEPROM，IIC接口，掉電不丟失，能夠用來保存一些用戶數據
SHT20，IIC接口溫溼度傳感器。
5個LED，1個電源指示，4個用戶LED，這四個LED都鏈接到了定時器的通道，可經過PWM佔空比控制亮度
1個光敏電阻，把光照強度轉換爲AD電壓值，能夠實現根據外界亮度控制OLED屏的亮度。
1個OLED模塊接口，可外插IIC接口的OLED模塊
藍牙/WiFi模塊兼容接口設計，可支持HC-05藍牙模塊，或者是原子的ESP8266模塊。
1個DHT11溫溼度傳感器模塊接口

擴展板原理圖設計

電源電路

從uFUN的原理圖能夠看出，PCIe擴展口中有5v電源，數字地，模擬3.3v，模擬地，而沒有引出數字3.3v電源，爲了避免干擾模擬3.3v，擴展板的3.3v電源來自5v通過AMS117穩壓，AMS117-3.3是一款比較經常使用的LDO電源芯片，最大可提供1A的輸出電流，對於擴展板來講是足夠用了。json

OLED電路

OLED外圍電路，參考中景園官方推薦的電路，使用的是IIC接口，由於以前沒用過IIC總線掛載多個從機，爲了不調不通，因此OLED的IIC接口使用了獨立的管教，同時上拉4.7K電阻。api

W25Q128電路

W25Q128是採用的SPI通信協議，正好擴展接口中有SPI接口，因此就用了STM32的硬件SPI2接口，固然也能夠軟件模擬。服務器

AT24C02電路

實際上焊接的是ST公司的M24C64，目前讀寫還沒調通，和底板的LIS3DH共用一組IIC總線。微信

SHT20電路

正好上次作板子，買的SHT20還剩幾片，因此在這個擴展板上，也使用了這款傳感器，這款數字溫溼度傳感器體積很是小，只有3*3*1.1mm，和底板的LIS3DH共用一組IIC總線，後面調試正常，能夠獲取到溫溼度數據。網絡

WiFi藍牙兼容接口

偶然發現HC-05和原子的ESP8266模塊接口幾乎同樣，因此這部分設計成了兼容兩種模塊的接口，以下圖：app

其餘電路

4路LED都鏈接到了STM32的定時器輸出通道，能夠用來控制亮度，另外也充分利用了擴展口留出的模擬電源和模擬地，經過簡單的分壓原理，能夠把光照強度轉換爲AD電壓值，還增長了OLED模塊接口和DHT11溫溼度傳感器接口。佈局

擴展板PCB設計

結構的設計

SHT20官方推薦的放置方式是在板子邊緣挖個島出來，而後把傳感器放進去，這樣能最大程度的減小板子熱量的傳遞，從而提升精度，可是，因爲擴展板面積較小，再挖個島出來，看着太難看了，就沒有挖。學習

板子的總體結構圖來自於前一段時間，@張進東張工在uFUN試用羣裏分享的AD版本的PCB圖，那個圖是這樣的：

我進行了稍微的修改，把安裝孔右邊多餘的部分去掉了，並且爲了和底板一致，我把擴展板改爲了圓角，可是接口和安裝孔的相對位置沒動，板子的TOP面：

封裝的選擇

電阻電容封裝的選擇上，一開始以爲板子空間比較小，怕放不下全部的元器件，幾乎全部的電阻和電容都選擇了0402封裝，同時也出現了一個比較尷尬的事，就是有1種電容和1種電阻，嘉立創SMT的基礎庫裏沒有，擴展庫裏纔有，而若是使用擴展庫裏的元件，須要加每種20元的換料費，因此最終打板多花了40元，這一點也是我沒有考慮到的。等投板以後，我又嘗試着把全部的電阻電容封裝都換成0603的，發現也能放得下。

元件的佈局佈線

元件佈局方面，爲了防止元器件放在背面和底板的部分元件衝突，同時也爲了知足嘉立創只能單面貼片的工藝要求，我把全部的元件都放在了TOP面，BOTTOM面只放了OLED裸屏的接口，爲了方便鏈接外部的模塊，把接口都放在了板子的邊緣，LED也放在了板子邊緣，因爲SHT20是DFN封裝，爲了方便後面使用風槍進行焊接，周圍留出了一點空間。

板子的BOTTOM面：

3D效果顯示

我用的是AD9版本，3D效果渲染的仍是挺不錯的。

PCB的打樣和調試

不知道今年是否是板材降價了，各大PCB板廠都在降價，去年作畢業設計的板子時仍是50元5片10*10cm之內，今年就是30元5片10*10之內，並且連彩色油墨費都不收了。PCB打樣和SMT貼片仍是選擇了以前用過的嘉立創，5片全貼，一共花了191大洋！生產工藝方面時，因爲嘉立創只支持綠油進行SMT，因此只能用看着比較LOW的綠色油墨，其實我更喜歡藍色油墨，並且和底板很搭！其餘的工藝如過孔蓋油、有鉛噴錫，因爲只是樣板，就沒有選擇鍍金工藝了，因此金手指成了錫手指，外加倒斜邊，倒斜邊是金手指板卡經常使用的一種工藝，是爲了可以方便的插到插槽裏面。還要注意很是很是重要的一點：PCB板的厚度，其實這個我一開始設計的時候就考慮過，使用以前作的1.6mm的板子試着往裏面插了一下，發現根本插不進，網上也沒搜到PCIe的板子應該作多厚，因此就選擇了比1.6稍微薄一點的1.2mm厚度。詳細的生產工藝：

PCB生產進度和SMT進度：

因爲板子比較簡單，從下單到發貨大概用了3天的時間吧，實際的樣板圖片：

板子拿回來一插，發現仍是稍微厚了點，不能徹底插進PCIe座裏面，並且底板的銅柱還不能對準擴展板的安裝孔。

後來請教了 @張進東張工，原來只須要1.0mm就夠了，斜着插進去往下一壓，再用銅柱固定就行。不過我用暴力手段解決了一下，直接用剪刀剪掉了一段金手指，還好金手指上面的銅箔沒有掉，這樣才勉強能用一個螺絲固定好，安裝效果如文章第一張圖：

就這麼不完美的解決了，不過仍是有幾個管腳接觸不良，如DHT11接口的那個引腳，稍微鬆動一點就不能用，不過已經板載了溫溼度傳感器，倒也影響不大。而後就試着點亮了OLED屏，先顯示個uFUN的LOGO吧：

到這裏以爲應該沒啥問題了吧，開始調試WiFi接口，使用的是引出的串口3來和WiFi模塊進行通信，因爲以前的程序是用的串口2，因此又稍微改了一下，調了半天，仍是不通，就把一樣的程序下載到其餘板子上，沒問題啊！難道是接觸很差，最後一查，是uFUN的原理圖中PB10和PB11的網絡標號也反了，致使擴展板的TX和RX反了，這可怎麼辦呢？

又捨不得浪費板子啊！因此把原來TX和RX鏈接的兩根線割斷，從新飛了兩根線，完美解決！這線飛的可沒有uFUN開發板上的那根飛線漂亮！

另外，擴展板IIC總線上的24C02讀寫一直沒調通，不知道是物料的問題仍是讀寫時序的問題，而同是IIC總線上的SHT20溫溼度傳感器就沒問題。另外因爲本項目中沒有用到過多的中文，因此SPI Flash也沒用到。

控制程序的設計

多是因爲字庫文件沒有進行精簡，因此整個程序佔用了很是多的空間，老是報內存不足的錯誤，爲了能跑起來，我把單片機型號改爲了STM32F103RE系列，因爲RE系列比RC系列的存儲空間要大的多，並無報錯誤，並且程序能夠正常運行，雖然都是大容量產品，程序能夠兼容，但這是一種很是不推薦的方式。

實現思路

實現原理就是：STM32驅動ESP8266 GET北京時間的接口，獲得一串JSON數據，而後STM32調用cJSON庫進行解析，獲取到時間信息，而後把這個時間信息寫入到RTC寄存器，STM32內部RTC從當前時間開始運行，而後顯示到OLED屏上，程序中設置的是每隔10分鐘，獲取一次時間。北京標準時間的來源使用了K780數據的API接口，地址：http://api.k780.com:88/?app=life.time&appkey=10003&sign=b59bc3ef6191eb9f747dd4e83c99f2a4&format=json，是JSON格式的，數據的解析使用了開源的JSON解析庫cJSON，只有兩個文件，使用起來仍是比較簡單的。

主要功能：

STM32 RTC的使用。
OLED的驅動，支持68 ASCII碼顯示，816 ASCII碼顯示，16*32數字0-9和冒號:的顯示，漢字「週一二三四五六日」的顯示。
ESP8266的驅動，和北京標準時間服務器接口創建TCP鏈接。
cJSON庫解析接收的JSON數據，獲取北京時間，年月日，時分秒。

關於JSON格式的說明和cJSON庫的使用，能夠參考我以前寫的兩篇文章：

不少API接口的數據格式都是JSON格式的，如我以前作的桌面天氣預報時鐘，使用的是心知天氣的數據源，就是JSON格式，網上也有不少免費的API接口，能夠作出不少好玩的東西，就看你的想象力了！

不足之處

斷電不能走時

這算是這個程序最大的一個BUG吧，雖然uFUN開發板有超級電容備用電池接着，但一直沒調通斷電走時的功能，這種狀況帶來的一個問題就是，若是不插WiFi模塊的狀況下從新上電，是不能從上次保存的時間繼續運行的。

程序不夠精簡

爲了能讓程序運行起來，把單片機改爲大容量型號，應該從根本上精簡字庫，優化程序大小。

GET請求偶爾會失敗

偶爾會出現發送GET請求，接收不到數據的狀況，多是內存分配的問題。

總結

這個小項目總得來講，硬件調試方面比較坎坷，又是飛線，又是割板子的。而軟件調試方面，因爲以前作過相似的設計，因此仍是比較順利的。因爲評測活動的時間關係，本次評測的大做業我只作了這個簡單的聯網校準時鐘。其實，有了WiFi/藍牙模塊接口和OLED屏，就能夠作不少好玩的東西了，好比選擇一個開放的雲平臺，如中移OneNET等等，而後和雲臺進行一些交互，如採集溫溼度上傳到雲平臺作個溫溼度遠程監測系統，或者是遠程控制LED或者蜂鳴器，桌面天氣預報等。下面這幾個界面是我去年在學校時，使用中移OneNET雲平臺作的一些界面：

對於uFUN開發板的總體評測過程來講，雖然配套的文檔存在一些瑕疵，在以前的評測文章中，我也都有提到，可是不影響新手入門STM32，何況論壇裏還有那麼多的入門教程，也但願個人這些評測文章能對那些剛入門STM32的小夥伴們有一些幫助，少走一些彎路。聽說2.0版本的開發板已經在進行緊鑼密鼓的開發中了，固然，若是能有幸獲得2.0版本開發板的使用機會，我會試着作一些遠程控制相關的小項目。期待ing。。。。