作者：HelloGitHub-Anthony
這裏是 HelloGitHub 推出的《講解開源項目》系列，本期介紹的是如何用開源硬件開發平臺 Arduino，自己動手做一個溫溼度顯示器。
書接上回，上一章我們知曉了什麼是 Arduino、能用它來做什麼，以及 Hello World 的實現，內容十分簡單和容易上手。沒看過的小夥伴可以點擊閱讀，從而做到無縫連接本章的內容。
接下來，我們將更進一步學習 Arduino 的知識，爲避免枯燥的文字教程，本文將結合實際的開發進行講解。首先會介紹 溫溼度傳感器 和 OLED 屏幕 的開發，接着將這兩部分的知識進行組合，最後你將得到一個有意思的溫溼度顯示器。
不要擔心，本文所有內容均已脫“難”，只要跟着文章一步步進行下去，肯定就能做出來！
下面，就讓我們一起開始製作你的第一個 Arduino 成品吧！
一、溫溼度傳感器
本節我們會用到名爲 DHT 11 的溫溼度傳感器，DHT 11 是一款常用的溫溼度數字傳感器，它雖然精度不是很高但價格低廉，只用到三根線 VCC、GND、DATA 即可工作（簡單），是我們學習使用傳感器的不二之選！
這裏我使用的是進行過二次封裝的 DHT 11 傳感器，它長這個樣子：
1.1 連接傳感器
根據購買的店鋪不同，最終實物可能會有所不同。如果你無法分辨每個引腳具體含義，一定要先諮詢賣家再進行接線，防止燒壞傳感器！
我這裏的三個引腳從左到右依次爲 DATA、VCC、GND，連接方式爲：
- GND -- GND
- VCC -- 5V
- DATA -- Digital 8
1.2 讀取數據
讀取 DHT 11 傳感器的數據方式也非常簡單，我們可以根據 數據手冊 中 4、串行接口 一節提供的信息自行編寫數據解析的程序。
但我認爲這已經超出了初學者的能力範圍而且實現起來也會花不少功夫，所以這時候我們就需要 Arduino 的 Libraries 功能上場了！
Arduino 官方提供了一個 Library 平臺，收集了很多開發者提供的開源支持庫，靈活使用這些庫進行開發，可以節省我們大量的時間以及頭髮。
下面將介紹如何使用 Arduino IDE 的 Libraries 功能。
1.3 DHT 11 支持庫
在這裏我們選擇 Adafruit 提供的 DHT sensor library 支持庫，它還依賴 Adafruit Unified Sensor 庫，下面我們詳細操作：
安裝
點擊左側 Libraries 欄目，在搜索框中輸入 DHT11 找到 DHT sensor library by Adafruit，點擊 INSTALL 進行安裝，然後會提示我們需要安裝一些依賴項目：
這裏 Arduino IDE 自動提示我們想要使用 DHT sensor library 還需要安裝 Adafruit Unified Sensor，我們直接點擊 Install all 讓它自動安裝，成功後可以在輸出界面看到這樣的提示：
使用
安裝好之後我們找到 Arduino IDE 上方選項卡打開：File->Examples->DHT sensor library->DHTtester 即可打開 DHT sensor library 使用例程。
這裏我們只需要根據實際情況修改開頭幾行配置，就能直接編譯到開發板上進行測試啦！
上傳到開發板後打開我們的 Serial Monitor 即可看到 Arduino 正在回傳溫溼度信息：
1.4 傳感器小結
本節我們簡單學習了如何安裝 Arduino 的支持庫、如何查看支持庫提供的例程，以及 DHT11 庫的使用方法。
下一節，我們將學習如何使用 LCD 屏幕顯示內容。
二、OLED 屏幕
本節我們會用到名爲 SH1106 的 1.3寸 OLED 顯示屏，我用的是 SH1106 使用 I2C 方式進行操作，只用到四根線 VCC、GND、SDA、SCL 分辨率爲 128x64 ，它長這個樣子：
1.1 接線
使用時接線爲：
- GND -- GND
- VCC -- 5V
- SDA -- A4
- SCL -- A5
根據使用方式和屏幕不同，實際接線可能會有出入。如果不懂可以搜索關鍵詞：“Arudino+屏幕型號+通信方式”（I2C 或 SPI）
對於顯示屏如果直接進行操作使用起來非常複雜，但好在開源社區爲其提供了強大的支持庫。
1.2 開源庫 U8g2
U8g2 是一個單色顯示屏的開源庫，支持市面上絕大多數單色顯示屏，能非常方便地從庫管理器進行安裝。
安裝
上一節的支持庫安裝方式相同，在 Libraries 頁面進行搜索後安裝即可。
但由於其體積較大或是網絡問題，可能會存在下載緩慢或者失敗等問題。如果一直無法安裝成功，可以手動下載官方版本進行安裝
使用
U8g2 同樣提供了豐富的例程供我們學習，打開 examples 文件夾可以看到如下結構：
需要注意的是 U8g2 提供了兩個版本：U8g2 本身（例程中 full_buffer 與 page_buffer）和 u8x8（例程中 u8x8）。前者支持完整繪圖功能，但是速度一般且需要額外的內存支持，後者只支持顯示字庫中圖形但是速度快不需要額外的內存。
full_buffer 與 page_buffer 的區別在於：
full_buffer：會在內存中維護全部的圖形緩存會佔用大量內存。渲染速度快，但在 UNO 上只有部分例程能夠成功運行。page_buffer：一次只維護一小部分緩存並分批次進行更新。渲染速度稍慢，在 UNO 上全部例程都可成功運行。
大家可以自行運行例程中的代碼，進行一個粗略的瞭解。
每段腳本只需要解除相應屏幕的註釋就能運行，比如我用的 SH1106 128x64 使用 I2C 通信，用到的代碼片段如下：
具體規範只要有屏幕型號、分辨率、連接方式（I2C 還是 SPI）就能輕鬆找到
三、溫溼度顯示器
前面我們已經瞭解瞭如何分別使用溫溼度傳感器和 OLED 屏幕，現在我們只需將它們組合起來。
下面就變得非常非常簡單了，我們只需要將傳感器數據搬運到屏幕上顯示即可。
完整的代碼如下：
#include <Arduino.h>
#include <U8g2lib.h>
#include "DHT.h"
// DHT11 DATA 引腳連接的數字引腳編號
#define DHT_DATA_PIN 8
DHT dht11(DHT_DATA_PIN, DHT11, 1);
U8G2_SH1106_128X64_NONAME_1_HW_I2C oled(U8G2_R0, U8X8_PIN_NONE);
float t, f, h;
float head_index;
const char URL[] = "http://www.HelloGitHub.com";
int url_width = 0;
bool Fahrenheit = false;
void update_data()
{
h = dht11.readHumidity();
t = dht11.readTemperature();
f = dht11.readTemperature(true);
head_index = dht11.computeHeatIndex(t, h, false);
}
void setup()
{
t = f = h = 0;
dht11.begin();
oled.begin();
oled.enableUTF8Print();
oled.setFontMode(0);
url_width = oled.getUTF8Width(URL); # 符號需要啓動
update_data();
}
void loop()
{
static int url_x_pos = -url_width;
oled.firstPage();
do
{
if (millis() % 200 == 0) // 每 200ms 更新一次
update_data();
oled.setFont(u8g2_font_t0_11_mr);
oled.drawBox(0, 0, 128, 17);
oled.setDrawColor(0);
oled.setCursor(url_x_pos, 14);
oled.print(URL);
oled.setDrawColor(1);
oled.setCursor(0, 32);
oled.setFont(u8g2_font_7x13_mf);
oled.print("Temp: ");
if (Fahrenheit) // 每隔一段時間自動切換單位顯示
{
oled.print(f);
oled.print("°F");
}
else
{
oled.print(t);
oled.print("°C");
}
oled.setCursor(0, 47);
oled.print("Humi: ");
oled.print(h);
oled.print(" %");
oled.setCursor(0, 62);
oled.print("HeadIndex: ");
oled.print(head_index);
oled.print("°C");
} while (oled.nextPage());
Fahrenheit = (millis() % 4000 == 0) ? (!Fahrenheit) : Fahrenheit; // 每 4s 更換一次單位
url_x_pos += 3;
if (url_x_pos > 128)
url_x_pos = -url_width;
}
最終效果如下：
結語
如果你跟着本文一步步走下來，到這裏應該已經收穫了自己第一個 Arduino 成品，恭喜你！
其實，本文更側重的是“授人以漁”！畢竟再好的教程也做不到面面俱到，解決你所有的問題，所以解決問題的方法最重要。文中對於如何上手開源庫、查閱文檔、查看代碼示例、搜索資料等方面做了詳盡步驟的講解。相信有了這些知識，你可以打開新的世界，而不是僅限於本文所講的例子。
下面你就可以發揮想象力，結合所學到的知識和方法，自己動手做出好玩的電子產品啦！如果你做出了好玩的東西可以發給我，如果作品夠多的話我可以做一期 Arduino 作品秀！把你做的讓人眼前一亮的作品，讓更多的人發現和喜歡。
本期的內容就是這些，這裏是 HelloGitHub 分享 GitHub 上有趣、入門級的開源項目。
感謝您的閱讀！您的每個點贊、留言、分享，都是對我們最大的鼓勵～我們下期再見！