主包在此记录的第一个小项目，这个项目的功能相对简单，主控连接上WiFi后，首先进行实践同步，同步成功后显示在屏幕上。也就是一个简单的桌面小型时钟吧。同时我还连接了一个DHT11 温湿度模块来检测环境的温湿度。当然，这几个功能就略显得简单了，后续主包还会在上面添加比如闹钟、天气显示等功能来添加可玩性。

主要硬件介绍

  本次带来的项目选用了尚视界科技的串口彩屏模块SF-035，3.5寸大小。与传统的LCD+触摸屏方案相比，这一块串口屏可以通过自带的sHMI设计 工具，通过拖拽的方式来设计页面元素，不需要编写复杂的图形库。同时屏幕与ESP32-S3开发板的链接仅依靠2条通讯线:RX、TX，这样减少了引脚的占用。同时与LVGL相比，这种方案的资源占用较低，主控只需要通过UART发送指令即可控制显示内容，这样大大节约了MCU的资源。

硬件连接

这里使用ESP32-S3的UART1里的GPIO17和GPIO18与屏幕的TX、RX相连接。DHT11温湿度模块的DAT线连在了GPIO4。这里串口使用到的波特率为115200。这里想起来遇到的一道笔试题：波特率115200代表了什么意思，主包当时没想起来，结果就被刷掉了。

项目信息

硬件：ESP32-S3、SF035-HVGA-ST-01-V02

开发环境：ESP-IDF v5.5.0

页面设计

以下是主包设计的UI界面：

设计这个主界面这样子主要是写的时候已近马年春节，祝看到这里的朋友春节快乐。

这个软件的sHMI设计软件的使用还是比较方便的，基本包含了常见的控件。这里我使用了标签来显示文本内容，曲线用来显示当前的温湿度变化，码表我设计成钟表的样式来显示时间。

软件架构设计

作为一个完整的项目，我没有把所有代码都堆在main.c里，而是将代码按功能模块进行了划分：

这样分层有几个好处：1. 职责清晰：每个模块只做一件事，比如uart_comm只负责收发数据；2. 易于测试：可以单独测试每个模块；3. 方便扩展：要加新功能只需要添加新模块，不用改动原有代码；4. 便于维护：出问题时能快速定位到具体模块

核心功能实现

1. WiFi连接与NTP时间同步

WiFi连接流程

这部分我使用了ESP-IDF提供的WiFi API，主要步骤如下：

1. 初始化WiFi

2. 连接WiFi

3. 等待连接成功

这里使用了FreeRTOS的事件组来等待WiFi连接：

NTP时间同步

WiFi连接成功后，就可以进行时间同步了：

遇到的问题

问题1：时间同步一直失败

原因：防火墙拦截了UDP 123端口

解决：换了个NTP服务器（ntp.aliyun.com）就好了

问题2：时区不对，显示的是UTC时间

解决：设置时区为中国标准时间

2. 串口屏通信协议

串口屏通信协议

这是整个项目的十分重要的部分，也是我花时间最多的地方。

协议格式

SF035串口屏使用固定的帧格式，所有指令均为大端序：

其中帧尾固定为：FF FC FF FF

常用指令实现

文本显示指令

这是最常用的，主包在这个项目中用它用来更新时间、日期等文本：

要注意单次发送的文本不宜过长，建议控制在100字节以内，不然会爆。

曲线控件指令

主包用曲线控件来显示温湿度变化曲线：

注意：

 1.曲线控件支持多条曲线，通过曲线ID区分（这里主包用0表示温度，1表示湿度）

 2.数据会自动滚动推移，无需手动管理历史数据

 3.建议采样间隔不要太短，5秒左右比较合适

码表控件指令

这个是我觉得很帅的功能，可以做出模拟时钟效果，这里需要说明的是：

 1.控件ID: 钟表控件的ID

 2.角度: 0-359度

 3.指针ID: 0=时针, 1=分针, 2=秒针

其中还包含了角度的计算问题

这里开发的时候要注意：

1. 1.角度计算需要考虑控件的初始朝向，主包当时选择的控件12点方向对应180度
2. 2.时针角度 = (小时%12) * 30 + 分钟/2 + 偏移量
3. 3.分针角度 = 分钟 * 6 + 偏移量
4. 4.刷新频率1秒即可，过快会增加串口负担

页面ID查询机制

这是主包在开发中遇到的一个重要问题的解决方案。

问题：切换到其他页面后，原页面的控件仍在刷新，导致串口拥塞和画面干扰。就比如我在页面2的控件里看到了本应该在页面1更新的数据。这是因为

控件修改指令时没有页面ID导致不同页面的ID串通的现象。因此主包使用了页面ID查询机制，因为屏幕支持页面ID的查询，在查询当前页面后得到页面

ID后，根据页面ID启停不同的数据发送任务。这个机制大大提升了系统的稳定性和响应速度。这里需要在设计界面打开“触摸控件输出坐标点”

按钮事件处理

1.按钮事件帧格式

串口屏的按钮被按下时，会通过UART回传事件帧：

2.事件解析实现

我使用了一个专门的按钮处理模块：

应用场景：

1. 页面切换：通过按钮在不同页面间跳转
2. LED控制：按钮控制WS2812 RGB灯的开关
3. 计算器输入：数字和运算符按钮

遇到的问题

问题1：中文乱码

原因：编码格式不对，我以为是GBK，所以出现了乱码，在查询了说明书后发现其实是UTF-8

解决：确保源文件保存为UTF-8编码

问题2：指令发送后没反应

排查过程：

  1. 用串口打印日志发现帧尾少了一个字节

  2. 检查代码，发现数组越界了

解决：增加缓冲区大小，添加边界检查

问题3：频繁发送导致屏幕卡顿

问题：每秒发送太多数据，屏幕响应变慢

解决：

  1. 只在数据变化时才发送

  2. 不同页面只发送当前页面需要的数据

  3. 降低刷新频率（温湿度从1秒改为5秒）

3.多任务设计

FreeRTOS多任务设计

ESP32-S3基于FreeRTOS，我充分利用了多任务的优势。

任务划分

我创建了以下几个任务：

优先级设置

高优先级(5)：串口接收任务，需要及时响应按钮事件

中优先级(3)：时间更新和钟表刷新，保证显示流畅

低优先级(2)：传感器采集，不需要太实时

任务同步

使用互斥锁保护共享资源：

为什么要用多任务？

如果不用多任务，代码会变成这样：

这样就会出现，所有功能都在一个循环里，耦合严重；同时延时会影响所有功能的响应速度；最后就是难以控制每个功能的更新频率。而使用了多任务后，每个功能独立运行，互不影响；还可以为每个任务设置不同的更新频率；而且高优先级任务可以抢占低优先级任务。

4.调试与优化

调试过程与优化

1. ESP-IDF监视器

可以实时查看日志，非常方便。

2. 指令调试

sHMI设计软件还提供了专门的指令调试功能，可以用来分析发出的指令是否正确

实际应用

功能页面

我的项目实现了3个功能页面：

Page 0 - 主页面

1. 1.WiFi连接状态显示
2. 2.实时时间显示（年月日时分）
3. 3.模拟时钟显示
4. 4.时针、分针实时走动
5. 5.星期显示（中文）
6. 6.温湿度曲线实时显示

Page 1 - 控制页面

1. 1.LED灯控制按钮
2. 2.页面跳转按钮

数据更新策略

针对不同类型的数据，我采用了不同的更新策略：

这样的策略既保证了显示的实时性，又避免了串口带宽浪费。

性能优化

优化1：减少串口发送频率

优化前：每秒发送所有数据、串口利用率80%以上、屏幕有时会卡顿

优化后：只在数据变化时发送、根据页面ID控制发送内容、串口利用率降到30%以下

优化2：内存优化

问题：频繁malloc/free导致内存碎片

解决:

优化3：任务栈大小调整

问题：某些任务栈溢出导致重启

解决：

写在最后

这是我第一次完整地做一个嵌入式项目，虽然功能还比较简单，但整个过程让我收获很多。

从一开始的迷茫，到慢慢理清思路，再到最后看到屏幕上显示出时间的那一刻，那种成就感是无法用言语形容的。

当然，这个项目还有很多需要改进和拓展的地方。希望这篇文章能帮到正在学习的你。如果有任何问题，欢迎交流讨论！

最后，祝大家春节快乐，马年大吉！

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