ESP32-S2設計網(wǎng)絡(luò )/FM兩用收音機

這是一位工程師基于硬禾學(xué)堂"暑期一起練"的ESP32-S2平臺實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )收音機、FM收音機的功能，項目開(kāi)源在電子森林的項目頁(yè)面（點(diǎn)擊左下角的“閱讀原文”）。

以下是該項目的內容

實(shí)現的基本功能：

• 可以通過(guò)WiFi接收網(wǎng)絡(luò )上的電臺，也可以通過(guò)FM模塊接收空中的電臺，并可以通過(guò)按鍵進(jìn)行切換、選臺

• 在OLED顯示屏上顯示網(wǎng)絡(luò )電臺的IP地址、節目名字等相關(guān)信息或FM信號的頻段

• 系統能夠自動(dòng)校時(shí)，開(kāi)機后自動(dòng)調節到準確的時(shí)間（年、月、日、時(shí)、分、秒）

項目環(huán)境：

• Arduino v1.8.16: 一款便捷靈活、方便上手的開(kāi)源電子原型平臺

• VS code v1.60.0: 微軟開(kāi)發(fā)的跨平臺源代碼編輯器

• Vscode-Arduino: VScode開(kāi)發(fā)Arduino的插件

• arduino-esp32 v2.0.0: ESP32平臺的Arduino開(kāi)發(fā)庫

• u8g2: Arduino使用I2C或SPI控制屏幕的庫

• RDA5807: Arduino使用I2C控制收音機模塊的庫

硬件：

• ESP32-S2-MINI-1：ESP32-S2-FH4的芯片，320K的DRAM,無(wú)PSRAM。

• FM模塊：RDA5807M

一. 如何使用

1. 使用編譯好的二進(jìn)制程序

• 下載編譯好的二進(jìn)制程序:eetree.ino.esp32s2.bin

• 安裝CH340串口驅動(dòng)

• 使用Arduino將二進(jìn)制程序上傳到開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)板上

2. 使用源碼編譯燒錄

• 設置wifi賬號密碼

  const char* SSID   = "sxxx";
  const char* PASSWD = "xxx";

• 設置網(wǎng)絡(luò )收音機的IP和端口

  const char* WEBSERVERIP "192.168.1.55"
  const char* WEBSERVERPORT 8888

• 在searchFM()函數中設置開(kāi)始頻率

  void searchFM() {
     ...
     rx.setFrequency(9600); 
     ...

• 安裝CH340串口驅動(dòng)

• 使用Arduino編譯燒錄到開(kāi)發(fā)板上

二. 運行現象

• 開(kāi)機是會(huì )進(jìn)入顯示John Radio的Logo頁(yè)面

• 開(kāi)機后會(huì )總有有三個(gè)頁(yè)面時(shí)間顯示, FM收音機, 網(wǎng)絡(luò )收音機, 通過(guò)按鍵1可以進(jìn)行切換

• 進(jìn)入到時(shí)間顯示頁(yè)面: 會(huì )顯示和服務(wù)器校對好的時(shí)間

• 進(jìn)入到FM收音機的頁(yè)面: 會(huì )顯示當前的收音機頻率, 通過(guò)點(diǎn)擊按鍵2可以切換不同的頻率

• 進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò )收音機的頁(yè)面, 會(huì )顯示當前連接的網(wǎng)絡(luò )收音機IP及端口

1. 編譯日志

項目使用了 722978 字節，占用了 (55%) 程序存儲空間。最大為 1310720 字節。
全局變量使用了37348字節，(11%)的動(dòng)態(tài)內存，余留290332字節局部變量。最大為327680字節。
esptool.py v3.1
Serial port /dev/ttyUSB0
Connecting....
Chip is ESP32-S2FH32
Features: WiFi, Embedded 4MB Flash, 105C temp rating, ADC and temperature sensor calibration in BLK2 of efuse
Crystal is 40MHz
MAC: 7c:df:a1:97:44:da
Uploading stub...
Running stub...
Stub running...
Changing baud rate to 460800
Changed.
Configuring flash size...
Auto-detected Flash size: 4MB
Flash will be erased from 0x0000e000 to 0x0000ffff...
Flash will be erased from 0x00001000 to 0x00004fff...
Flash will be erased from 0x00010000 to 0x000c0fff...
Flash will be erased from 0x00008000 to 0x00008fff...
Compressed 8192 bytes to 47...
Writing at 0x0000e000... (100 %)
Wrote 8192 bytes (47 compressed) at 0x0000e000 in 0.1 seconds (effective 755.2 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 13600 bytes to 9358...
Writing at 0x00001000... (100 %)
Wrote 13600 bytes (9358 compressed) at 0x00001000 in 0.4 seconds (effective 274.5 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 723360 bytes to 484945...
Writing at 0x00010000... (3 %)
Writing at 0x00019c43... (6 %)
...
Writing at 0x000bd11f... (100 %)
Wrote 723360 bytes (484945 compressed) at 0x00010000 in 11.4 seconds (effective 505.4 kbit/s)...
Hash of data verified.
Compressed 3072 bytes to 128...
Writing at 0x00008000... (100 %)
Wrote 3072 bytes (128 compressed) at 0x00008000 in 0.0 seconds (effective 511.0 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...

2. 運行串口日志

192.168.43.143
Search FM8710:0
Search FM8720:0
Search FM8730:1
Search FM8740:1
Good Frequency: 8760
Search FM8770:0
Search FM8780:1
Search FM8790:1
Search FM8800:1
Good Frequency: 8810
Search FM8820:0
Search FM8830:0
Good Frequency: 8860
...
Good Frequency: 10370
info: FM Radio Page
info: Net Radio Page
info: Datetime Page

3. 開(kāi)發(fā)板運行情況

三. 已知BUG

• 上電時(shí)如果沒(méi)有連接wifi失敗會(huì )停留在Logo界面

• 上電時(shí)如果沒(méi)有成功連接到時(shí)間服務(wù)器上回停留在Logo界面

• 長(cháng)按按鈕會(huì )出現連按的問(wèn)題, 會(huì )在不同的界面里面循環(huán)跳轉

• 即使關(guān)閉了揚聲器的輸出, FM收音機依然也會(huì )在耳機中輸出

四. 筆記

1. 項目前瞻

• 競爭力: 相較于手機來(lái)說(shuō), 此產(chǎn)品的成本更低, 續航更高, 專(zhuān)一性更強, 更加小巧

• 改進(jìn):

  • 可以增加一塊電池, 增加便攜性

  • 增加一塊藍牙模塊, 增加藍牙功能

2. 開(kāi)發(fā)環(huán)境的部署

• 下載Arduino

  https://www.arduino.cc/en/software

• 安裝VScode

  https://code.visualstudio.com/download

• 下載VS Code插件 Arduino

• 在VScode的設置中, 添加ESP32 Arduino開(kāi)發(fā)板庫

  {
      "arduino.path": "C:\Program Files (x86)\Arduino",
      "arduino.ignoreBoards": [
  
      
      ],
      "editor.insertSpaces": true,
      "files.autoGuessEncoding": true,
      "arduino.logLevel": "info",
      "explorer.confirmDelete": false,
      "editor.detectIndentation": false,
      "arduino.additionalUrls": [
          "http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json",
          "https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_dev_index.json"
      ],
      "editor.quickSuggestions": true,
      "C_Cpp.clang_format_style": "{ BasedOnStyle: LLVM, UseTab: Never, IndentWidth: 4, TabWidth: 4, BreakBeforeBraces: Attach, AllowShortIfStatementsOnASingleLine: true, IndentCaseLabels: false, ColumnLimit: 0, AccessModifierOffset: -4, NamespaceIndentation: All }",
      "C_Cpp.default.includePath": [
          "${workspaceFolder}/**",
          "C:\Program Files (x86)\Arduino\lib**",
          "C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\esp\arduino-esp32-master\**",
          "C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\esp\arduino-esp32-master\tools\**",
          "C:\Program Files (x86)\Arduino\libraries**",
          "C:\Users\{yourname}\Documents\Arduino\libraries\**"
      ],
      "C_Cpp.default.intelliSenseMode": "clang-x64",
      "C_Cpp.intelliSenseEngine": "Tag Parser",
      "remote.portsAttributes": {
      
      },
      
  }

• 下載u8g2,RDA5807第三方庫

3. 開(kāi)發(fā)思路

• 上電: 進(jìn)行屏幕, FM, WIFI等功能的初始化

     pinMode(41, OUTPUT);
     pinMode(42, OUTPUT);
  
     digitalWrite(41, LOW);
     digitalWrite(42, LOW);
     Serial.begin(115200);
     mointorInit();
     displayWelcome();
     Serial.println("connect wifi");
     IPAddress = WifiConnecttion();
     Serial.println(IPAddress.c_str());
     fmInit();
     searchFM();
     SetFMFrequency();
     configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);
     pinMode(button1, INPUT_PULLUP);
     pinMode(button2, INPUT_PULLUP);
     pinMode(button3, INPUT_PULLUP);
     pinMode(button4, INPUT_PULLUP);

• 循環(huán): 監聽(tīng)按鍵的輸入, 并且對用戶(hù)的輸入進(jìn)行響應

     num=0;
     displayMessage();
     if (digitalRead(button1) == LOW) {
         delay(50);
         if (digitalRead(button1) == LOW) {
             buttonFlag = 1;
        }
    }
     if (digitalRead(button2) == LOW) {
         delay(50);
         if (digitalRead(button2) == LOW) {
             buttonFlag = 2;
        }
    }
     if (digitalRead(button3) == LOW) {
         delay(50);
         if (digitalRead(button3) == LOW) {
             buttonFlag = 3;
        }
    }
     if (digitalRead(button4) == LOW) {
         delay(50);
         if (digitalRead(button4) == LOW) {
             buttonFlag = 4;
        }
    }
     if (buttonFlag != 0) {
         FunctionUp();
         delay(1000);
    }
     if (curr_sour == 2) {
         playMusic();
    }
     buttonFlag = 0;

• 時(shí)間校對

  configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

• WIFI連接

    WiFi.mode(WIFI_STA);
    WiFi.begin(SSID, PASSWD);
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(400); 
   }

• FM的搜索

   uint16_t i = 0;
   uint8_t num = 0;
   rx.setFrequency(9600);
   while (i < 210) {
       delay(100);
       if (rx.isStereo() && rx.getRssi() > 20) {
           fmstation[num++] = findMaxSing(rx.getFrequency(), rx.getRssi());
           Serial.print("Good Frequency: ");
           Serial.println(rx.getFrequency());
           if (num >= MAX_STATIONS) return ;
      }
       rx.setFrequencyUp();
       i++;
       Serial.print("Search FM");
       Serial.print(rx.getFrequency());
       Serial.print(":");
       Serial.print

4. 遇到的問(wèn)題Windows版本的Arduino編譯速度慢的問(wèn)題

1/ 因為活動(dòng)接近尾聲, 希望快點(diǎn)開(kāi)發(fā)出項目出來(lái), 所以選擇了Arduino作為開(kāi)發(fā)工具.

高效的編輯器, 緩慢的編譯器

但是Arduino的編輯器實(shí)在是太差了, 于是使用了VScode作為編輯器. 但是用VScode編譯的二次速度比Arduino的要慢一點(diǎn). 后面再網(wǎng)上找到了解決方案, 在工程目錄的".vscode"中設置了一個(gè)Build選項, 就可以大大提高二次編譯的編譯速度

擁抱Linux的懷抱

不過(guò)隨著(zhù)時(shí)間的推移, 發(fā)現編譯的速度還是跟不上調試的速度, 因為我是做軟件的出身, 主要語(yǔ)言還是使用Python這樣的可以即使運行的語(yǔ)言, 于是想有沒(méi)有辦法再把編譯的速度提升上去呢.

之前就有了解到Linux上面的Arduino比Windows上面要快不少, 之前一直覺(jué)得在Linux上面安裝東西太麻煩了, 這次就這這個(gè)機會(huì )嘗試著(zhù)安裝了一下, 其實(shí)也只是下載安裝包, 解壓, 執行安裝腳本三步, 并且通過(guò)一些SSH軟件可以直接在命令行打開(kāi)編輯窗口, 十分方便.

結果編譯速度提升了80%, 之后可以繼續嘗試把VScode安裝在Linux上面, 使用純Linux進(jìn)行開(kāi)發(fā)

2/ VS code對ESP32的庫提示庫不存在

艱難的安裝

我的Arduino ESP32庫安裝了好多次都有問(wèn)題. 主要是網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)題, 在下載arduino-esp32的Git hub 倉庫的時(shí)候就打不開(kāi)了

后面我Clone倉庫下載解壓到安裝目錄, 造成了之后的問(wèn)題

VS code的嚎叫

在A(yíng)rduino中可以使用, 之后我轉戰VScode, 結果發(fā)現VScode又不能正常使用ESP32, 直接在開(kāi)發(fā)板管理工具里面找不到了

最后只能刪掉庫, 在VScode的開(kāi)發(fā)板管理工具里面重新安裝才可以完成

解決網(wǎng)絡(luò )的問(wèn)題

如果網(wǎng)絡(luò )有問(wèn)題, 可以根據命令行的提示, 在github上面找到對應的zip包, 解壓到C://user/username/Appdata/Arduino15/staging/package中, Arduino會(huì )直接使用下載好的包, 這樣就可以大大減少重新安裝的時(shí)間和避免網(wǎng)絡(luò )比穩定到時(shí)下載失敗的情況. 比如說(shuō)可以使用一些下載工具先進(jìn)行下載.

總是感覺(jué)Arduino作為編輯器還是有很多不足的地方, 比如代碼提示, 庫的安裝之類(lèi)的. 以后進(jìn)行開(kāi)發(fā)我會(huì )優(yōu)先使用Linux下的VSCode