基于STM32的WiFi聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)鐘設(shè)計(jì)

以下文章來源于電子電路開發(fā)學(xué)習(xí) ，作者wcc149

項(xiàng)目概述：

之前在uFUN試用群里看到管理員說試用活動(dòng)快結(jié)束了，要抓緊完成評測總結(jié)，看大家的評測總結(jié)也都寫了，我也不能落后?。≌米罱龅臄U(kuò)展板到手了，于是趕緊進(jìn)行調(diào)試，做了一個(gè)不用校準(zhǔn)的時(shí)鐘，時(shí)鐘這種小設(shè)計(jì)應(yīng)該說是爛大街了吧！

我一開始學(xué)習(xí)51的時(shí)候做了個(gè)可按鍵校準(zhǔn)，帶鬧鐘功能的時(shí)鐘，學(xué)習(xí)STM32的時(shí)候做。了個(gè)可以手機(jī)藍(lán)牙APP校準(zhǔn)的時(shí)鐘，現(xiàn)在又用uFUN開發(fā)板做了個(gè)時(shí)鐘。不過，時(shí)鐘這個(gè)的英文聯(lián)網(wǎng)校準(zhǔn)的由于之前做過桌面天氣預(yù)報(bào)時(shí)鐘，如下圖所示：

所以，這個(gè)聯(lián)網(wǎng)校準(zhǔn)時(shí)鐘的小項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)起來還是很順利的，底板是使用的uFUN開發(fā)板，擴(kuò)展板是自己設(shè)計(jì)的，使用PCIe的接口和uFUN開發(fā)板進(jìn)行通訊。使用ESP8266 WiFi模塊獲取北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，然后對STM32內(nèi)部的RTC進(jìn)行校準(zhǔn)，再通過OLED顯示出來。

我知道，這個(gè)小項(xiàng)目無論是PCB的設(shè)計(jì)，還是控制程序的編寫，對于論壇里一些有著多年經(jīng)驗(yàn)的大佬來說，這個(gè)小項(xiàng)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！

擴(kuò)展板資源簡介：

0.96寸OLED屏，IIC接口，128 * 64像素，通過外部電路的修改，可支持8080并口，SPI接口。

W25Q128，SPI接口，可以用來存儲(chǔ)字庫，配合uFUN開發(fā)板的SD卡功能，可以實(shí)現(xiàn)字庫的更新

AT24C02，EEPROM，IIC接口，掉電不丟失，可以用來保存一些用戶數(shù)據(jù)

SHT20，IIC接口溫濕度傳感器。

5個(gè)LED，1個(gè)電源指示，4個(gè)用戶LED，這四個(gè)LED都連接到了定時(shí)器的通道，可通過PWM占空比控制亮度

1個(gè)光敏電阻，把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為AD電壓值，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)外界亮度控制OLED屏的亮度。

1個(gè)OLED模塊接口，可外插IIC接口的OLED模塊

藍(lán)牙/ WiFi的模塊兼容接口設(shè)計(jì)，可支持HC-05藍(lán)牙模塊，或者是原子的ESP8266模塊。

1個(gè)DHT11溫濕度傳感器模塊接口

擴(kuò)展板原理圖設(shè)計(jì)：

電源電路

從uFUN的原理圖可以看出，的PCIe擴(kuò)展口中有5V電源，數(shù)字地，模擬3.3V，模擬地，而沒有引出數(shù)字3.3V電源，為了不干擾模擬3.3V，擴(kuò)展板的3.3V電源來自5V經(jīng)過AMS117穩(wěn)壓，AMS117-3.3是一款比較常用的LDO電源芯片，最大可提供1A的輸出電流，對于擴(kuò)展板來說是足夠用了。

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，因?yàn)橹皼]用過IIC總線掛載多個(gè)從機(jī)，為了避免調(diào)不通，所以O(shè)LED的IIC接口使用了獨(dú)立的管教，同時(shí)上拉4.7K電阻。

W25Q128電路

W25Q128是采用的SPI通訊協(xié)議，正好擴(kuò)展接口中有SPI接口，所以就用了STM32的硬件SPI2接口，當(dāng)然也可以軟件模擬。

AT24C02電路

實(shí)際上焊接的是ST公司的M24C64，目前讀寫還沒調(diào)通，和底板的LIS3DH共用一組IIC總線。

SHT20電路

正好上次做板子，買的SHT20還剩幾片，所以在這個(gè)擴(kuò)展板上，也使用了這款傳感器，這款數(shù)字溫濕度傳感器體積非常小，只有3 * 3 * 1.1mm，和底板的LIS3DH共用一組IIC總線，后面調(diào)試正常，可以獲取到溫濕度數(shù)據(jù)。

無線藍(lán)牙兼容接口

偶然發(fā)現(xiàn)HC-05和原子的ESP8266模塊接口幾乎一樣，所以這部分設(shè)計(jì)成了兼容兩種模塊的接口，如下圖所示：

其他電路

4路LED都連接到了STM32的定時(shí)器輸出通道，可以用來控制亮度，另外也充分利用了擴(kuò)展口留出的模擬電源和模擬地，通過簡單的分壓原理，可以把光照強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為AD電壓值，還增加了OLED模塊接口和DHT11溫濕度傳感器接口。

擴(kuò)展板PCB設(shè)計(jì)：

結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

SHT20官方推薦的放置方式是在板子邊緣挖個(gè)島出來，然后把傳感器放進(jìn)去，這樣能最大程度的減少板子熱量的傳遞，從而提高精度，但是，由于擴(kuò)展板面積較小，再挖個(gè)島出來，看著太難看了，就沒有挖。

板子的整體結(jié)構(gòu)圖來自于前一段時(shí)間，@張進(jìn)東張工在uFUN試用群里分享的AD版本的PCB圖，那個(gè)圖是這樣的：

我進(jìn)行了稍微的修改，把安裝孔右邊多余的部分去掉了，而且為了和底板一致，我把擴(kuò)展板改成了圓角，但是接口和安裝孔的相對位置沒動(dòng)，板子的TOP面：

封裝的選擇

電阻電容封裝的選擇上，一開始覺得板子空間比較小，怕放不下所有的元器件，幾乎所有的電阻和電容都選擇了0402封裝，同時(shí)也出現(xiàn)了一個(gè)比較尷尬的事，就是有1種電容和1種電阻，嘉立創(chuàng)SMT的基礎(chǔ)庫里沒有，擴(kuò)展庫里才有，而如果使用擴(kuò)展庫里的元件，需要加每種20元的換料費(fèi)，所以最終打板多花了40元，這一點(diǎn)也是我沒有考慮到的。等投板之后，我又嘗試著把所有的電阻電容封裝都換成0603的，發(fā)現(xiàn)也能放得下。

元件的布局布線

元件布局方面，為了防止元器件放在背面和底板的部分元件沖突，同時(shí)也為了滿足嘉立創(chuàng)只能單面貼片的工藝要求，我把所有的元件都放在了TOP面，BOTTOM面只放了OLED裸屏的接口，為了方便連接外部的模塊，把接口都放在了板子的邊緣，LED也放在了板子邊緣，由于SHT20是DFN封裝，為了方便后面使用風(fēng)槍進(jìn)行焊接，周圍留出了一點(diǎn)空間。

板子的BOTTOM面：

3D效果顯示：

我用的是AD9版本，3D效果渲染的還是挺不錯(cuò)的。

PCB的打樣和調(diào)試：

不知道今年是不是板材降價(jià)了，各大PCB板廠都在降價(jià)，去年做畢業(yè)設(shè)計(jì)的板子時(shí)還是50元5片1010cm以內(nèi)，今年就是30元5片1010以內(nèi)，而且連彩色油墨費(fèi)都不收了。PCB打樣和SMT貼片還是選擇了之前用過的嘉立創(chuàng)，5片全貼，一共花了191大洋！

生產(chǎn)工藝方面時(shí)，由于嘉立創(chuàng)只支持綠油進(jìn)行SMT，所以只能用看著比較LOW的綠色油墨，其實(shí)我更喜歡藍(lán)色油墨，而且和底板很搭！其他的工藝如過孔蓋油、有鉛噴錫，由于只是樣板，就沒有選擇鍍金工藝了，所以金手指成了錫手指，外加倒斜邊，倒斜邊是金手指板卡常用的一種工藝，是為了能夠方便的插到插槽里面。

還要注意非常非常重要的一點(diǎn)：PCB板的厚度，其實(shí)這個(gè)我一開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就考慮過，使用之前做的1.6mm的板子試著往里面插了一下，發(fā)現(xiàn)根本插不進(jìn)，網(wǎng)上也沒搜到PCIe的板子應(yīng)該做多厚，所以就選擇了比1.6稍微薄一點(diǎn)的1.2mm厚度。詳細(xì)的生產(chǎn)工藝：

PCB生產(chǎn)進(jìn)度和SMT進(jìn)度：

由于板子比較簡單，從下單到發(fā)貨大概用了3天的時(shí)間吧，實(shí)際的樣板圖片：

板子拿回來一插，發(fā)現(xiàn)還是稍微厚了點(diǎn)，不能完全插進(jìn)PCIe座里面，而且底板的銅柱還不能對準(zhǔn)擴(kuò)展板的安裝孔。

后來請教了 @張進(jìn)東 張工，原來只需要1.0mm就夠了，斜著插進(jìn)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(qiáng)能用一個(gè)螺絲固定好，安裝效果如文章第一張圖：

就這么不完美的解決了，不過還是有幾個(gè)管腳接觸不良，如DHT11接口的那個(gè)引腳，稍微松動(dòng)一點(diǎn)就不能用，不過已經(jīng)板載了溫濕度傳感器，倒也影響不大。然后就試著點(diǎn)亮了OLED屏，先顯示個(gè)uFUN的LOGO吧：

到這里覺得應(yīng)該沒啥問題了吧，開始調(diào)試WiFi接口，使用的是引出的串口3來和WiFi模塊進(jìn)行通訊，由于之前的程序是用的串口2，所以又稍微改了一下，調(diào)了半天，還是不通，就把同樣的程序下載到其他板子上，沒問題??！難道是接觸不好，最后一查，是uFUN的原理圖中PB10和PB11的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)也反了，導(dǎo)致擴(kuò)展板的TX和RX反了，這可怎么辦呢？

又舍不得浪費(fèi)板子??！所以把原來TX和RX連接的兩根線割斷，重新飛了兩根線，完美解決！這線飛的可沒有uFUN開發(fā)板上的那根飛線漂亮！

另外，擴(kuò)展板IIC總線上的24C02讀寫一直沒調(diào)通，不知道是物料的問題還是讀寫時(shí)序的問題，而同是IIC總線上的SHT20溫濕度傳感器就沒問題。另外由于本項(xiàng)目中沒有用到過多的中文，所以SPI Flash也沒用到。

控制程序的設(shè)計(jì)：

可能是由于字庫文件沒有進(jìn)行精簡，所以整個(gè)程序占用了非常多的空間，總是報(bào)內(nèi)存不足的錯(cuò)誤，為了能跑起來，我把單片機(jī)型號(hào)改成了STM32F103RE系列，由于RE系列比RC系列的存儲(chǔ)空間要大的多，并沒有報(bào)錯(cuò)誤，而且程序可以正常運(yùn)行，雖然都是大容量產(chǎn)品，程序可以兼容，但這是一種非常不推薦的方式。

實(shí)現(xiàn)思路：

實(shí)現(xiàn)原理就是：STM32驅(qū)動(dòng)ESP8266 GET北京時(shí)間的接口，得到一串JSON數(shù)據(jù)，然后STM32調(diào)用cJSON庫進(jìn)行解析，獲取到時(shí)間信息，然后把這個(gè)時(shí)間信息寫入到RTC寄存器，STM32內(nèi)部RTC從當(dāng)前時(shí)間開始運(yùn)行，然后顯示到OLED屏上，程序中設(shè)置的是每隔10分鐘，獲取一次時(shí)間。北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間的來源使用了K780數(shù)據(jù)的API接口，地址：

http://api.k780.com:88/?app=life.time&appkey=10003&sign=b59bc3ef6191eb9f747dd4e83c99f2a4&format=json

這是JSON格式的，數(shù)據(jù)的解析使用了開源的JSON解析庫cJSON，只有兩個(gè)文件，使用起來還是比較簡單的。

主要功能：

STM32 RTC的使用。

OLED的驅(qū)動(dòng)，支持68 ASCII碼顯示，816 ASCII碼顯示，16*32數(shù)字0-9和冒號(hào):的顯示，漢字“周一二三四五六日”的顯示。

ESP8266的驅(qū)動(dòng)，和北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間服務(wù)器接口建立TCP連接。

cJSON庫解析接收的JSON數(shù)據(jù)，獲取北京時(shí)間，年月日，時(shí)分秒。

關(guān)于JSON格式的說明和cJSON庫的使用，可以參考我之前寫的兩篇文章：

使用cJSON庫解析JSON

JSON簡介

很多API接口的數(shù)據(jù)格式都是JSON格式的，如我之前做的桌面天氣預(yù)報(bào)時(shí)鐘，使用的是心知天氣的數(shù)據(jù)源，就是JSON格式，網(wǎng)上也有很多免費(fèi)的API接口，可以做出很多好玩的東西，就看你的想象力了！

不足之處：

斷電不能走時(shí)

這算是這個(gè)程序最大的一個(gè)BUG吧，雖然uFUN開發(fā)板有超級電容備用電池接著，但一直沒調(diào)通斷電走時(shí)的功能，這種情況帶來的一個(gè)問題就是，如果不插WiFi模塊的情況下重新上電，是不能從上次保存的時(shí)間繼續(xù)運(yùn)行的。

程序不夠精簡

為了能讓程序運(yùn)行起來，把單片機(jī)改成大容量型號(hào)，應(yīng)該從根本上精簡字庫，優(yōu)化程序大小。

GET請求偶爾會(huì)失敗

偶爾會(huì)出現(xiàn)發(fā)送GET請求，接收不到數(shù)據(jù)的情況，可能是內(nèi)存分配的問題。

總結(jié)：

這個(gè)小項(xiàng)目總得來說，硬件調(diào)試方面比較坎坷，又是飛線，又是割板子的。而軟件調(diào)試方面，由于之前做過類似的設(shè)計(jì)，所以還是比較順利的。由于評測活動(dòng)的時(shí)間關(guān)系，本次評測的大作業(yè)我只做了這個(gè)簡單的聯(lián)網(wǎng)校準(zhǔn)時(shí)鐘。

其實(shí)，有了WiFi/藍(lán)牙模塊接口和OLED屏，就可以做很多好玩的東西了，比如選擇一個(gè)開放的云平臺(tái)，如中移OneNET等等，然后和云臺(tái)進(jìn)行一些交互，如采集溫濕度上傳到云平臺(tái)做個(gè)溫濕度遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，或者是遠(yuǎn)程控制LED或者蜂鳴器，桌面天氣預(yù)報(bào)等。

下面這幾個(gè)界面是我去年在學(xué)校時(shí)，使用中移OneNET云平臺(tái)做的一些界面：

對于uFUN開發(fā)板的整體評測過程來說，雖然配套的文檔存在一些瑕疵，在之前的評測文章中，我也都有提到，但是不影響新手入門STM32，況且論壇里還有那么多的入門教程，也希望我的這些評測文章能對那些剛?cè)腴TSTM32的小伙伴們有一些幫助，少走一些彎路。據(jù)說2.0版本的開發(fā)板已經(jīng)在進(jìn)行緊鑼密鼓的開發(fā)中了，當(dāng)然，如果能有幸得到2.0版本開發(fā)板的使用機(jī)會(huì)，我會(huì)試著做一些遠(yuǎn)程控制相關(guān)的小項(xiàng)目。期待ing。。。