我的第一个创意作品

作为一名对理工科充满热情的青少年，从初中开始，我就特别想制作一个可显示天气、时间的桌面终端设备，但最终成品未能达到我的期望。上高中后，我自学电路板设计，结合之前学习的3D建模，C++、HTML等知识和经验，重新制作这个作品。

我定下了设计目标：1.能显示日期、天气和文字（座右铭），其中，未来的天气用图表显示；2.可充电，以便长时间使用；3.能使用无线访问接入点（AP）配置Wi-Fi、网络接口（API）申请信息、文字等。

目标确定后，我开始选择电子元件。之前，我偶然了解到一种显示屏——墨水屏，它比OLED显示屏更加省电，且不会发光，人们晚上使用时不会觉得刺眼，于是我选用墨水屏作为显示屏。微控制器我选择了自己比较熟悉的ESP32。电路板的渲染图如图1，上面的电阻电容尽量选用0603封装尺寸，这样更容易焊接。

接下来便是设计程序。天气数据源自“和风天气”数据库。ESP32的实时时钟（RTC）使用网络时间协议（NTP）进行同步。ESP32的唤醒和日期显示均依赖于ESP32内部的实时时钟。刚开始设计时，我使用的是Arduino开发框架，后来发现Arduino无法修改时钟源，造成RTC时间漂移，最终我将Arduino的代码移植到了ESP-IDF上继续开发。

由于ESP32在非睡眠状态时的电能消耗较大，而墨水屏每小时刷新一次，这意味着，ESP32在这一个小时内并不需要运行，为了节约电能，本次程序设计用到了ESP32的深睡眠功能。在这个作品中，被唤醒的可能性有两种，一种是用户自己按下配置按钮进入AP配置模式，另一种是定时整点唤醒。通过计算和实验验证，在装有一颗1200 mAh的电池的条件下，墨水屏天气站能够续航28天。

AP配置方式简单来说就是让ESP32发送一个热点，ESP32充当服务器，用户通过手机等电子产品访问服务器提交Wi-Fi、天气、文字等相关数据。如图2、图3，分别为墨水屏天气站的天气信息配置页面和文字配置页面。

用户界面设计如图4，其中未来5小时天气和未来5天的天气都是用图表展示。

最后便是作品外壳的设计。外壳可提升作品的美观度，保护内部器件。外壳使用3D打印机打印，材质为ABS塑料，正反两面使用3 mm厚的亚克力板，将亚克力板与外壳用8颗M2×5 mm的螺丝连接，电路板与ABS外壳使用M2螺丝连接，使用双面胶将电池固定在电路板上。作品渲染图如图5，实物图如图6。

本作品历时6个月完成。在这一过程中，我不仅解决了一系列技术难题，还获得了宝贵的实践经验。我深刻认识到：实践是检验真理的唯一标准。（指导老师：卢韶仪   彭丽欧   刘燕君）

彩蛋：该作品已在Github、Oshwhub等平台开源，遵循GPL3.0开源协议，欢迎感兴趣的小伙伴复刻或优化。

Github开源地址：https：//github.com/kitten-yyds/Weather_Terminal/tree/main

Oshwhub开源地址：https：//oshwhub.com/kitten_yyds/mo-shui-ping-0402