esp8266oled制作天气时钟（esp8266天气时钟教程）



1. 导论

先来看看别人是怎么实现的：利用ESP8266+OLED（I2C）打造智能时钟（网络校时+实时天气+天气预报）

我们要分析这篇文章中的代码并加以改造。可以点击上面的链接去原帖膜拜一下。

同时，本文也会探讨一些方法和原理（通式通法），包括：

• ArduinoJson的使用
• 字体的使用
• U8g2的使用

等一些其他内容，希望能够有所帮助。

（没想到能写这么多）

2. 连接WiFi

WiFi的连接与前面的示例是基本一致的，ssid和password分别是WiFi的名称和密码。

可以像示例中一样写，也可以像这篇文章的作者一样：

这一块是定义常量，应该写在前面，注意还要导入相关库：

3. 获取天气

获取实时天气的函数为：

其中的reqRes是要请求的地址，作者使用了心知天气，这里先简单介绍一下心知天气。

3.1 心知天气

心知天气的官网地址为：心知天气

点击上面的链接跳转官网后，点击右上角注册/登录。

根据说明注册并登录后，点击控制台，然后点击产品管理->添加产品，选择免费版。

免费版可以使用V3版3项数据，具体配置可以都可以在官网中找到。

V3版的使用手册为：心知天气使用手册（V3版）

3.2 实时天气

实时天气在手册的这一页：天气实况

接口地址为：

https://api.seniverse.com/v3/weather/now.json?key=your_api_key&location=beijing&language=zh-Hans&unit=c

参数列表见上，其中API密钥在产品管理->免费版->API密钥->私钥处获取。

原作者设置语言为英语en，其他三个参数是预先定义好的：

这里填写私钥和城市的拼音。城市拼音参见：接口中的通用参数-Location

拼接好了一个字符串参数reqRes，传入函数httpRequest，这个函数的作用是发请求，在下面定义。

3.3 发送请求

可以看到，在这个函数里又定义了一个字符串变量httpRequest，这是模拟HTTP请求报文。具体原理涉及《计算机网络》，不在这里赘述了。

拼接字符串中的host是目标主机（也即接口地址的主机域名部分），在程序开始已经定义了：

接下来发送请求（大括号未闭合）：

先试图连接主机，如果连接成功，client.connect(host, 80)应当为true，这个函数或者说表达式能够检验连接是否建立。

接下来，通过client.print(httpRequest)发送请求。

发送请求成功后，服务器会给我们响应，具体以响应报文的形式实现（这也是《计算机网络》中的内容）。

简单来说，响应报文由响应行、响应头和响应体组成。响应行是响应报文的第一行，而readStringUntil(' ')表示读取到第一个换行符（即' '），可见这个status_response就是响应行。响应行包括协议、状态码和描述，可以在串口监视器中看看它长什么样。

然后，使用find跳过HTTP响应头，这里不再细讲了。

之后判断stat是0还是1，这个参数为0时解析实时信息，为1时解析未来信息。

可以看到，在用于获取实时天气的函数 TandW中，为httpRequest传的stat参数就是0，作者还特意在这个函数那里标记了0。

3.4 信息解析

信息解析需要使用ArduinoJson这个库（返回的响应是json格式的），在库管理器中安装它，就像前一篇中一样。

原作者的代码如下：

解析的主要原理在于

• 定义了一个对象，其容量根据JSON结构的需求计算而来。这是为了确保有足够的空间存储解析后的JSON数据。
• 使用函数从读取JSON数据，并将其解析到中。
• 从中提取天气信息，包括当前天气状况、天气代码、温度和最后更新时间。

特别需要指出的是，capacity就是创建doc时指定的容量，它是根据响应而定的。

接下来介绍一下设置方法：

借助ApiPost（或者其他的接口测试工具），对接口进行HTTP测试，得到响应为

观察响应的结构，可以发现：

1. 顶层对象：仅包含一个键。
2. 数组：包含一个对象。
3. 中的对象：包含三个键（, , ）。
4. 对象：包含六个键（, , , , , ）。
5. 对象：包含三个键（, , ）。

由此可知容量是上面五个的和：

和原作者的比对一下，会发现还差了230，这是哪里来的呢？

其实，因为这个json里面有大量的字符串，所以需要额外的空间来保证字符串值都被存储。

字符串值的内存开销通常比简单的数字或布尔值要大，因为它们需要存储每个字符。此外，还需要为每个字符串分配结束字符'0'（这是《C++程序设计》中的，可以去阅读相关书籍，这里不再赘述）。

但是这个值到底该怎么取呢？

实际上，这个值通常是一个估计值，因为除了上述开销，还应当留有一定的裕量。

但是，可以借助ArduinoJson库的Assistant来方便地确定这个值，链接：https://arduinojson.org/v6/assistant/。

在步骤2中输入Json即可，这里就不放图了，接下来是步骤3：

可以看到，在Strings这一项，显示的数字是204，也就是说，对于我们这个capacity，需要加上的字符串存储空间为204，并且至少为204（建议发请求时设定language为en，就像原作者一样，因为中文占3字节，为了节省空间，还是英文更好一点）。

再考虑到裕量，所以设定为230，这是比较合理的选择。

以上就是通式通法。

特别说明：上述求和的方法目前已被弃用，推荐设为定值，即采用ArduinoJson库的Assistant的建议，也许还有其他的设置，但我还没有研究，仍采用的这种旧方法。如果有大佬有方案，可以在评论区指点一手或者贴个链接让我去膜一下。O(∩_∩)O

此外再补充两点：

1. 如果出现错误DeserializationError::NoMemory，这意味着容量选小了，应当扩大容量。
2. DynamicJsonDocument，内存分配在heap区，无固定大小，可以自动增长所需空间，方法调用完自动回收，建议内存大小大于1KB使用。

上面的第2条我是在简书上看到的，原文链接为玩转 ESP32 + Arduino (十五) ArduinoJSON库(V6版本)，欢迎前去膜拜。

此外，这个assistant还有一个非常强大的功能，它可以根据json生成解析代码：

原作者在这里进行了类型转换：

本来提取到的数据都是C风格的字符串，在这里将其转换成了String和int类型。

在最开始，定义了两个全局变量，用于保存断网前的最新数据：

可以看到，在类型转换后，就将获得的数据展示并储存了下来：

其中display_0函数就是用于将数据显示到屏幕上，而下面两行的作用就是将数据储存在全局变量里，这样就可以在其他函数中使用了。

值得注意的是，在这个解析函数parseInfo_now中，除了client这个需要解析的对象外，还存在一个参数i，不难看出，如果i==1，就解析数据、更新数据、显示数据，而其他情况下就直接显示原有数据，即results_0_now_temperature_int_old和results_0_now_text_str_old。

3.5 未来天气

与实时天气大同小异，这里不再赘述了。

4. 数据展示

上面用到的display_0函数如下：

这一部分使用了u8g2这个库，它是一个非常强大的LCD、OLED、elink的扩展库，需要在库管理器中安装。如果使用的显示屏属于上面三种，就可以使用这个库。

注意导入方式为：

4.1 U8g2

接下来先简单介绍一下这个库的常用函数：

这个函数的作用是清除图形缓冲区。这是准备绘制新图形之前的常见步骤，以确保从干净的状态开始，简言之——清屏。

这个函数的作用是设置字体，可以看到我们已经传入了一个参数u8g2_font_wqy16_t_gb2312，它代表着龙泉驿点阵宋体16x16 点阵字库。

GitHub上有个中文字库仓库，得到了较为广泛地使用：https://github.com/larryli/u8g2_wqy。

同样，也有英文字库。具体可以搜索相关资料，这里不再赘述。

这两行的作用是设置光标和输出。需要注意的是，它的意思是将画图位置移动到x=15，y=14处，然后以这个点的右上区域进行字符串的显示，纵坐标必须留有裕量，否则输出会到屏幕外面，这样就看不到了。

因为刚才设置了中文字体，所以能够输出中文（想修改输出的内容就在此修改）。

此外，显示屏的分辨率值得注意，更高分辨率的显示屏可以显示更多的字符。例如，128x64像素的OLED屏幕在使用16x16字体时，理论上每行可以显示8个字符。所以这个情况是合适的（我的显示屏就是128x64的），而且这六个字得以基本居中，但如果长度大于8，建议滚动显示以保证效果。

这个函数用于将在内存中准备好的图形缓冲区内容发送到显示屏上。在U8g2库中，绘制操作（如设置像素、绘制线条、显示文本等）首先在内存中的一个图形缓冲区（frame buffer）进行，而不是直接在显示屏上。这种方法允许复杂的图形处理和更新，而不会直接影响到屏幕显示，从而避免了绘图过程中可能出现的闪烁现象。

此外，还有draw系列函数没有用到，具体包括画线、画框等，使用方法比较简单，大家可以自行了解。

特别注意，使用以上函数前，应当先初始化显示屏，这意味着将显示屏所需的硬件接口设置为正确的工作状态，这里就是指配置I2C（这是一种基础通信协议，具体可参看《通信原理》）。

初始化方法如下：

特别地，对于我们的项目，还需要调用下面这个方法来显示各种语言的文本（主要是中文）：

它的作用是允许UTF8形式输出。

4.2 温度显示

第一行的文字部分已经在4.1中简要介绍过了，接下来讨论温度显示的实现方法。

可以观察到，上面三行代码实现了将温度显示到屏幕上。

在输出前先设置了字体为Logisoso24，它的特点是具有较大的尺寸（大约24个像素高），适合显示重要的或需要突出的信息。字体名称中的后缀表示该字体支持透明背景，即在文本周围不会有一个不透明的矩形框。

但是有一个问题，原作者只设计了数字的显示，没有单位（即摄氏度°C），这样比较影响观感，如何优化呢？

很简单，在温度后面加上一行代码即可：

但是这产生了又一个奇怪的问题，我们可以看到显示屏只显示了C，而没有°。

这是因为：在U8g2库中，不是所有的字体都包含全范围的Unicode字符，特别是对于一些专用或较大的字体来说，它们可能仅支持有限的字符集。

而我们所使用的Logisoso24恰好属于这种情况，解决方案有两种（对于其他的特殊字符也使用）：

1. 采用Unicode字符集，例如u8g2_font_unifont_t_symbols，它支持的字符更多。
2. 手动绘制符号，对于这种情况就是说在合适的位置画一个圆。

优化后的代码如下（摄氏度的符号会居于数字的右下侧）：

最后是显示气象名称：

包括Sunny、Cloudy、Overcast等等，具体可以参看心知天气的手册，不再赘述了。

不过谨记，必须发送缓冲区才能使上述生效：

5. 时间获取

5.1 NTP

时间的获取是根据NTP实现的，先简要介绍一下NTP。

NTP（Network Time Protocol，网络时间协议），

是用于同步网络中计算机的时间的协议。它可以使计算机时钟与世界标准时间（如UTC）对齐。NTP是一种分层的、自适应的同步系统，包括一组分布式的服务器和客户端。这些服务器和客户端通过网络交换时间信息，以此来调整客户端的本地时钟。

正因为分布式，所以我们使用阿里云的：

它主要为国内网络设备提供服务。

NTP基于UDP报文进行传输，使用的UDP端口号为123，如下面这个函数所示：

UDP是一种运输层协议，具体原理、应用等可参看《计算机网络》。

NTP的具体实现原理可以参看《通信原理》，这里不再细讲原理。

特别需要指出的是，尽管NTP的精度很高，但误差仍然存在，因此如果发现存在几百毫秒的误差，也是正常的。当然，我们的项目也并不要求那么精确。

5.2 代码实现

获取数据的部分已经在5.1中展示了，数据显示的部分如下：

大家可以按需修改，如果本篇文章有疏漏，参考原作者的文章即可：利用ESP8266+OLED（I2C）打造智能时钟（网络校时+实时天气+天气预报）

此外还有断网处理，与3.4中相近，这里不再赘述了。

没想到写了这么多，，下一篇放我自己的代码（也许说是补丁或者其他的更加合适...）。

至少下一篇会介绍ESP8266的中断机制，其他的emm看情况看看能写多少吧。

到此这篇esp8266oled制作天气时钟（esp8266天气时钟教程）的文章就介绍到这了,更多相关内容请继续浏览下面的相关推荐文章，希望大家都能在编程的领域有一番成就！

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