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title: ESP8266 天气时钟——项目展示
desc: 春夏之际，气温变化无常，我们团队结合单片机、物联网和人工智能技术，开发了一款实时显示天气的智能时钟。项目展示了三个精心设计的界面：时间与天气概况、详细气象数据以及天气趋势图表，让天气预报变得直观而贴心。通过简单的二维码扫描配网方式，用户可以轻松将设备连接到家庭WiFi。
author: feie9454
date: 2024-04-18
tags: 计算机、竞赛、嵌入式
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# ESP8266 天气时钟——项目展示

点击查看介绍视频。

-->V(/resources/Weather-clock/ESP8266介绍视频.mp4)

## 团队成员

**组长**：

- 软件2302 查俊豪 3230608044

**组员**：

- 微电子2302 肖雨竹 3234401060
- 微电子2302 李俊成 3214401011

## 引言

春夏之际，春风拂面，繁花盛开，也是气温和降水变化无常的时节。我们的团队结合了单片机、物联网和人工智能，开发了一款实时显示天气的时钟。

## 项目演示

首先，来到系统第一次启动的配置。可以看到系统在短暂的加载后，显示出了引导文本和两个二维码。

![image-20250418185110936](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185110936.png)

我们扫描第一个二维码，一键连接上单片机的热点，连接速度很快。扫描第二个二维码，跳转到了一个网页，这就是单片机连接无线网络的页面。

![image-20250418185536640](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185536640.png)

和我们手机自己的扫描结果是一样的。点击右上角按钮可以重新扫描。我们选择家里的Wifi，输入密码。确定。单片机迅速接收到了数据，重启并尝试连接提供的Wifi。

![image-20250418185205287](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185205287.png)

连接成功后，进行网络对时，获取天气数据。后台WIFI管理界面保证了此时钟不管在什么环境都能快速配置使用。

接着我们来看时钟的主体。系统分为三个页面，有一个按钮用于循环切换界面，来回切换十分流畅。

我们先看主界面。上方是当前时间，用了类似数码管的风格。得益于自动对时功能，该时钟永远不会出现误差。右侧是传感器实时获得的温湿度数据，每五秒更新一次。下方是用自然语言描述的当前天气情况，每五分钟更新一次，就和我们手机上的天气软件差不多效果，相对于传统时钟或者只能固定显示温湿度的时钟有无可比拟的优势，只需看一眼就能了解接下来的天气情况，显得亲切自然。

![image-20250418185220881](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185220881.png)

接着看界面二，这是更详细的天气数据。左侧有一个天气图标，现在是阴天，右侧依次是实时温度，湿度，风速，气压和PM2.5。下方是日间与夜间的平均温度和最高最低温度。

![image-20250418185302851](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185302851.png)

界面三是一个直观的曲线图，显示温度和降雨接下来二十四小时的变化。上方是温度和体感温度。下方是降雨概率和预计降雨量，今天天气好就都是零了。得益于分辨率较高的彩屏，曲线图显示也毫无问题，肉眼看会更加清晰。

![image-20250418185319439](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185319439.png)

## 技术细节

本项目由四个部分组成：

1. **嵌入式单片机：** 我们使用了 ESP8266 型号的32位单片机，在 NodeMCUv2 平台上开发。ESP8266 是一种低成本的 WiFi 模块，内置了 TCP/IP 协议栈，能够连接到 WiFi 网络。它具有32位处理器，支持最高 80 MHz 的时钟频率，拥有 64KB 的指令 RAM 和 96KB 的数据 RAM，以及外部闪存。ESP8266 提供多种节能模式，非常适合电池供电的应用。我们还连接了一块 128x160 分辨率的 TFT 彩色屏幕用于显示，AM2320温湿度传感器用于检测温湿度，并连接了支持PWM调速的风扇，演示调节气温的反馈系统。开发过程中，我们使用 Platform.io 作为 IDE，C++ 作为开发语言。
   ![image-20250418185332996](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185332996.png)
   ![image-20250418185404342](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185404342.png)
3. **位图转换器：** 为了显示天气图标，我们开发了一个将 PNG、JPG、SVG 等常见图片格式转换为单片机易于解码的自定义格式的小程序。此工具使用 Vite 脚手架开发，主要语言为 TypeScript。
3. **后台管理页面：** 为了简化 WiFi 连接，我们设计了后台管理页面。首次启动单片机时会进入 AP 模式，用户可以通过手机连接单片机的热点，访问后台管理界面，扫描周围的 WiFi 并输入密码进行连接。该管理界面使用 Vite 脚手架开发，主要语言为 TypeScript，开发完成后打包为单文件 HTML，并写入单片机的 LittleFS 文件系统，供用户访问。
   ![image-20250418185439668](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185439668.png)
4. **物联网服务端：** 由于单片机性能和可维护性限制，我们在云服务器上搭建了后端，负责对时和获取天气数据。具体实现包括调用`ip.sb`服务获取 IP 对应的经纬度，调用彩云天气获取天气数据，并使用 OpenAI 的服务处理天气数据，生成单片机可显示的英语自然语言。后端开发使用 Fastify 框架，主要语言为 TypeScript。
   ![image-20250418185454421](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418185454421.png)

![image-20250418194508675](./ESP8266%E5%A4%A9%E6%B0%94%E6%97%B6%E9%92%9F%E2%80%94%E2%80%94%E9%A1%B9%E7%9B%AE%E5%B1%95%E7%A4%BA.assets/image-20250418194508675.png)