AI助力，快速学习墨水屏开发

以前读书的时候挺排斥编程这门课程，但是工作之后发觉如果做IT领域的工作，不触碰代码是不可能的；好在目前随着AI的快速发展，程序员的工作内容不少都可以替代了，利用AI平台学习编程开发成了一条捷径。

这次我突发奇想，想自制一个家用的天气预报站，作为摆件放置在书桌上，既好玩又实用。

之前玩树莓派的时候还有不少闲置传感器，比如可以检测室内温度、湿度、大气压的BME280也可以连接上去，同时显示家中的温度情况。

这种天气预报站其实并不需要持续刷屏显示，所以选择墨水屏就非常合适，省电节能。

主要配件都购自淘宝：

这家买的墨水屏和驱动板。

价格还挺便宜的，十几块钱的全新三色墨水屏，还提供视频教程和代码。

ESP32开发板，淘宝很容易买到，十几块到二十几块都有。

杜邦线家里有闲置的，这次额外买了根，用于将开发板3V的引脚一分二。

配件准备好，下面就是安装开发工具。

这里使用Arduino IDE，这一软件在Windows和Mac平台都可以下载。下载地址

因为我的主控是ESP32，所以要选择对应的首选项：

添加对应开发板的网址。

在库管理中选择Arduino ESP32的库，添加安装。国内网络较慢，也可以选择离线安装包。

将EPS32通过USB口连接电脑，按照我购买的开发板的介绍文档，选择开发板为ESP32 Dev Module和对应的端口。

可以查看串口监视器没有报错，就说明开发板以及USB连线没有问题。

下面要准备EPS32及其其他配件的连线。

驱动板连接4.2寸墨水屏，这里是不区分金手指的上下方向的，排线为24p。

然后再将墨水屏的驱动板和ESP32通过杜邦线连接，再将BME280也一并连接。

引脚连线不少是可以自定义的，只要在代码中注明即可。

// 引脚定义

#define CS_PIN 5

#define DC_PIN 15

#define RST_PIN 2

#define BUSY_PIN 19

#define SDA_PIN 21

#define SCL_PIN 22

#define I2C_ADDRESS 0x77

BME280的传感器看文档是只支持3.3v供电的，也没有看到有降压模块；而ESP32只有一个3.3v引脚，一个5v引脚，但是我自己测试了接5v似乎也可以正常工作，不过为了以防万一，我还是接了1分2杜邦线把3.3v引出两根分别连接了墨水屏驱动板和BME280.

代码部分我完全是让ChatGPT帮我写的，4.2寸墨水屏使用GxEPD2_420c_GDEY042Z98对象。

// 定义显示对象

GxEPD2_3C display(GxEPD2_420c_GDEY042Z98(CS_PIN, DC_PIN, RST_PIN, BUSY_PIN));

// 定义 BME280 对象

Adafruit_BME280 bme;

天气预报的API网上有很多，但是大多是付费的，或者至少要绑定信用卡支付方式。我利用AI推荐了一些免费的，比如open-meteo，足够个人使用了。

完整的代码如下，记得将WIFI的连接名和密码修改掉。

#include

#include

#include

#include

#include // 添加 ArduinoJson 库

#include "time.h"

#include

#include

#include

// 引脚定义

#define CS_PIN 5

#define DC_PIN 15

#define RST_PIN 2

#define BUSY_PIN 19

#define SDA_PIN 21

#define SCL_PIN 22

#define I2C_ADDRESS 0x77

// 定义显示对象

GxEPD2_3C display(GxEPD2_420c_GDEY042Z98(CS_PIN, DC_PIN, RST_PIN, BUSY_PIN));

// 定义 BME280 对象

Adafruit_BME280 bme;

const char* ssid = WIFI名称;

const char* password = WIFI密码;

const char* ntpServer1 = "pool.ntp.org";

const char* ntpServer2 = "time.google.com";

const long gmtOffset_sec = 8 * 3600;

const int daylightOffset_sec = 0;

// 定义常量

#define DAILY_FORECAST 4

#define HOURLY_FORECAST 4

const char* weekdays[] = {"Sun", "Mon", "Tue", "Wed", "Thu", "Fri", "Sat"};

void setup() {

Serial.begin(115200);

display.init();

display.setRotation(0);

display.fillScreen(GxEPD_WHITE);

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setFont(&FreeMonoBold9pt7b);

connectWiFi();

configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer1, ntpServer2);

if (!syncTime()) {

Serial.println("❌ Time sync failed");

}

Wire.begin(SDA_PIN, SCL_PIN);

if (!bme.begin(I2C_ADDRESS)) {

Serial.println("❌ BME280 not detected!");

while (1);

}

updateDisplay();

}

void loop() {

delay(3600000); // 每小时更新

updateDisplay();

}

void connectWiFi() {

WiFi.begin(ssid, password);

int attempts = 0;

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED && attempts < 20) {

delay(500);

Serial.print(".");

attempts++;

}

if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {

Serial.println("nConnected to WiFi");

} else {

Serial.println("n❌ WiFi connection failed");

}

}

bool syncTime() {

struct tm timeinfo;

int attempts = 0;

while (!getLocalTime(&timeinfo) && attempts < 10) {

Serial.println("Waiting for time sync...");

delay(1000);

attempts++;

}

return getLocalTime(&timeinfo);

}

void drawWeatherIcon(int x, int y, int weatherCode) {

display.setTextColor(GxEPD_RED);

switch (weatherCode) {

case 0: display.fillCircle(x + 8, y + 8, 6, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 8, y, x + 8, y + 2, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 8, y + 14, x + 8, y + 16, GxEPD_RED); display.drawLine(x, y + 8, x + 2, y + 8, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 14, y + 8, x + 16, y + 8, GxEPD_RED); break;

case 1: case 2: case 3: display.fillRect(x + 2, y + 4, 12, 6, GxEPD_RED); display.fillRect(x + 4, y + 10, 8, 4, GxEPD_RED); break;

case 51: case 53: case 55: display.drawLine(x + 4, y + 4, x + 4, y + 8, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 8, y + 6, x + 8, y + 10, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 12, y + 4, x + 12, y + 8, GxEPD_RED); break;

case 61: case 63: case 65: display.fillRect(x + 2, y + 2, 12, 4, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 4, y + 8, x + 4, y + 12, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 10, y + 8, x + 10, y + 12, GxEPD_RED); break;

case 80: case 81: case 82: display.fillRect(x + 2, y + 2, 12, 4, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 2, y + 8, x + 2, y + 12, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 6, y + 8, x + 6, y + 12, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 10, y + 8, x + 10, y + 12, GxEPD_RED); break;

case 95: display.fillRect(x + 2, y + 2, 12, 4, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 8, y + 6, x + 4, y + 12, GxEPD_RED); display.drawLine(x + 4, y + 12, x + 12, y + 12, GxEPD_RED); break;

default: display.drawLine(x + 8, y + 2, x + 8, y + 6, GxEPD_RED); display.drawPixel(x + 8, y + 8, GxEPD_RED); break;

}

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

}

void updateDisplay() {

struct tm timeinfo;

char dateStr[20];

if (!getLocalTime(&timeinfo)) {

strcpy(dateStr, "Time N/A");

} else {

strftime(dateStr, sizeof(dateStr), "%Y-%m-%d %H:%M", &timeinfo);

}

String weatherData = getWeatherData();

DynamicJsonDocument doc(4096);

bool weatherValid = (weatherData != "" && deserializeJson(doc, weatherData) == DeserializationError::Ok);

float temp = bme.readTemperature();

float hum = bme.readHumidity();

float pres = bme.readPressure() / 100.0F;

display.fillScreen(GxEPD_WHITE); // 白色背景

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

// 1. 顶部显示时间（黑色）

display.setCursor(10, 20);

display.print("Updated: ");

display.print(dateStr);

// 2. 每日天气预报（今天+未来3天）

display.drawRect(5, 40, 390, 120, GxEPD_BLACK); // 黑色边框

display.drawLine(5, 70, 395, 70, GxEPD_BLACK);

display.drawLine(120, 40, 120, 160, GxEPD_BLACK);

display.drawLine(200, 40, 200, 160, GxEPD_BLACK);

display.drawLine(280, 40, 280, 160, GxEPD_BLACK);

display.setCursor(25, 60);

display.print("Date");

display.setCursor(130, 60);

display.print("Max");

display.setCursor(210, 60);

display.print("Min");

display.setCursor(310, 60);

display.print("Weather");

if (weatherValid) {

JsonArray dailyTime = doc["daily"]["time"];

JsonArray dailyTempMax = doc["daily"]["temperature_2m_max"];

JsonArray dailyTempMin = doc["daily"]["temperature_2m_min"];

JsonArray dailyWeatherCode = doc["daily"]["weathercode"];

time_t now;

time(&now);

struct tm currentTime;

localtime_r(&now, &currentTime); // 修正为指针

for (int i = 0; i < DAILY_FORECAST; i++) {

String dateStr = String(dailyTime[i]).substring(5);

float tempMax = dailyTempMax[i];

float tempMin = dailyTempMin[i];

int weatherCode = dailyWeatherCode[i];

String weatherDesc = getWeatherDescription(weatherCode);

int weekdayIndex = (currentTime.tm_wday + i) % 7;

String weekday = weekdays[weekdayIndex];

int yPos = 70 + i * 20 + 15;

// 日期和星期（黑色）

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(10, yPos);

display.print(dateStr);

display.print(" ");

display.print(weekday);

// 最高温（红色）

display.setTextColor(GxEPD_RED);

display.setCursor(130, yPos);

display.print(String(tempMax, 1));

display.print("C");

// 最低温（黑色）

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(210, yPos);

display.print(String(tempMin, 1));

display.print("C");

// 天气描述（黑色）+ 图标（红色）

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(290, yPos);

display.print(weatherDesc);

drawWeatherIcon(370, yPos - 12, weatherCode); // 红色图标

if (i < DAILY_FORECAST - 1) {

display.drawLine(5, 70 + (i + 1) 20, 395, 70 + (i + 1) 20, GxEPD_BLACK);

}

}

// 3. 小时天气预报

display.drawRect(5, 170, 390, 60, GxEPD_BLACK);

display.drawLine(5, 200, 395, 200, GxEPD_BLACK);

JsonArray hourlyTime = doc["hourly"]["time"];

JsonArray hourlyTemp = doc["hourly"]["temperature_2m"];

JsonArray hourlyWeatherCode = doc["hourly"]["weathercode"];

int currentHour = currentTime.tm_hour;

// 标题（黑色）

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

for (int i = 0; i < HOURLY_FORECAST; i++) {

int hourIndex = currentHour + i * 2;

if (hourIndex >= 24) hourIndex -= 24;

String timeStr = String(hourIndex) + ":00";

int xPos = 15 + i * 95;

display.setCursor(xPos, 195);

display.print(timeStr);

}

// 数据行（温度黑色，图标红色）

for (int i = 0; i < HOURLY_FORECAST; i++) {

float hourlyTempVal = hourlyTemp[i * 2];

int hourlyWeather = hourlyWeatherCode[i * 2];

int xPos = 15 + i * 95;

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(xPos, 220);

display.print(String(hourlyTempVal, 1));

display.print("C");

drawWeatherIcon(xPos + 60, 208, hourlyWeather); // 红色图标

}

} else {

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(10, 100);

display.print("Weather data unavailable");

}

// 4. BME280数据（温度红色，其他黑色）

display.drawRect(5, 240, 390, 30, GxEPD_BLACK);

display.setTextColor(GxEPD_BLACK);

display.setCursor(10, 260);

display.print("Indoor: T=");

display.setTextColor(GxEPD_RED); // 温度红色

display.print(String(temp, 1));

display.print("C");

display.setTextColor(GxEPD_BLACK); // 湿度、气压黑色

display.print(" H=");

display.print(String(hum, 1));

display.print("% P=");

display.print(String(pres, 0));

display.print("hPa");

display.display();

}

String getWeatherData() {

HTTPClient http;

String url = "https://api.open-meteo.com/v1/forecast?latitude=31.23&longitude=121.47&daily=temperature_2m_max,temperature_2m_min,weathercode&hourly=temperature_2m,weathercode&timezone=Asia/Shanghai";

http.begin(url);

int attempts = 0;

int httpCode = -1;

while (attempts < 3 && httpCode <= 0) {

httpCode = http.GET();

if (httpCode > 0) {

String payload = http.getString();

http.end();

return payload;

} else {

Serial.print("HTTP request failed, code: ");

Serial.println(httpCode);

delay(1000);

attempts++;

}

}

http.end();

return "";

}

String getWeatherDescription(int code) {

switch (code) {

case 0: return "Clear";

case 1: case 2: case 3: return "Cloudy";

case 51: case 53: case 55: return "Drizzle";

case 61: case 63: case 65: return "Rain";

case 80: case 81: case 82: return "Showers";

case 95: return "Thunderstorm";

default: return "Unknown";

}

}

点击上传按钮，将代码烧录到ESP32开发板上。

可以根据实际显示结果告知ChatGPT，让AI帮我调整代码。

电脑上调试没问题，就可以将开发板接上电池直接作为桌面摆件使用。

淘宝上买了个充电电池，Type-C接口。

摆件还需要有个外壳，有条件的可以用3D打印，我这里用了8mm的微积木，淘宝上只要几块钱，大概用了600颗。

把所有配件都塞到外壳中去。

最后显示效果是这样：

最上方是今天，及未来三天的天气预报；下方是当前，及未来6小时的天气预报；最下方是BME280监测到的室内温度、湿度和大气压。

摆件的背面我把BME280给引出来以避免影响监测精度，还有充电口也给拉出来了。

其实墨水屏的显示非常省电，而且代码设定为每隔1个小时刷新一次，电池充满电可以用很长一段时间。

通过这个实例我深切感受到AI写代码能力的强大，让普通人也能成为资深程序猿，可以自己开发一些小的应用，买块大一点的墨水屏，自己DIY一个电纸书应该也没什么问题吧。