OLED и датчики: метео-панель в реальном времени

Панель из трёх значений я впервые склеил наивно: заголовок, три println подряд — готово. Час экран жил хорошо, вторые сутки — мучительно: влажность 9.5 % сменялась 10.25 %, строка удлинялась на знак, столбец цифр гулял, и глазу не было за что зацепиться. Хуже того, я печатал поверх без очистки, и старые цифры оставляли призраки: десятибалльное давление сменялось девятибалльным, а справа висела лишняя цифра от прошлого часа. Переверстал по зонам с фиксированной шириной — прибор стал читаться с прохода, не подходя.

Правило, которое из той переделки выросло: у каждого значения — своя строка, свой столбец и своя заранее посчитанная ширина. Метки стоят слева, значения — на одном столбце; взгляд выхватывает столбец цифр, не читая надписей, — так сделаны все приборы, которые вы видели в лабораториях.

Источники данных — три разных ритма. Температура в симуляторе приходит честно — из DS3231, у модуля есть свой компенсационный термометр. Влажность и давление в симуляторе крутятся ползунками макетки: потенциометр A0 и фоторезистор A1 играют роль заглушек, а на плате их место займут DHT22 — его подключение разбирали в разделе про DHT — и датчик давления BMP280. Чтение ползунков — тот же analogRead с потенциометром, что вы гоняли на основах.

И про иерархию — правило одного героя: крупным шрифтом на панели живёт ровно одно значение, самое важное для вашей задачи. Size 2 оставляет всего четыре строки на экран: три крупных значения съедят всю сетку, и панель превратится в три будильника без воздуха. У меня героем стала температура — на даче она главная; если ваш прибор про давление, меняйте местами смело, схема зон от этого не ломается.

Мелкий шрифт даёт сетку 21 символ на восемь строк — для трёх значений её хватает с избытком, вопрос только в дисциплине. Мой расклад: шапка на строке ноль, крупная температура двойным шрифтом — герой экрана, под ней влажность и давление мелким, подвал — для служебной строки с ритмом обновления. Точную карту зон я свёл в таблицу ниже; скопируйте её себе и правьте под свой корпус, а не под мой.

Вторая половина дисциплины — ширина. Строка каждого значения собирается целиком из метки и числа и печатается одним print на зону — курсор после print и println мы уже знаем по уроку про текстовый слой. Ширина закладывается под худший случай: минус добавляет знак, 995 миллиметров растягивается в 1032 — четыре знака; место под максимум стоит одного подсчёта, зато столбец значений стоит как вбитый.

Строки у меня выходят примерно на шестнадцать-семнадцать символов из двадцати одного: метка из девяти-десяти, пробел, значение из четырёх-пяти знаков. Правый хвост из четырёх-пяти символов остаётся под статус — ON, STALE, погодную метку. Когда я попытался втиснуть длинные русские подписи целиком, влезло впритык, а отрицательная температура съела запас — короткие метки не эстетика, а техническое условие.

Экран и датчики живут в разных темпах, и смешивать их — верный способ получить тормоза. Экран у меня перерисовывается раз в 500 мс: clearDisplay, печать зон, display() — полный кадр одной посылкой, никакого мерцания, потому что полукадров не бывает. Датчики медленнее: у DHT22 паспортный минимум — раз в две секунды, само чтение занимает миллисекунды; BMP280 по I2C можно опрашивать хоть каждый кадр; DS3231 и вовсе отдаёт температуру мгновенно.

Склеивает оба ритма кэш: значения живут в переменных, экран каждые 500 мс рисует то, что лежит в кэше, а датчики обновляют кэш по собственному таймеру — два независимых интервала в одном loop без единого delay. Это уже не трюк, а схема: периодические задачи на millis я разбирал в отдельном уроке про планировщик — здесь тот же планировщик, только с двумя задачами. Прикиньте масштаб: за сутки панель собирает кадр сто семьдесят две тысячи раз, и если каждый раз дёргать DHT22, датчик не успеет конвертировать — кэш и разнесённые ритмы придуманы не для красоты, а из физики датчика.

Инициализация на одной шине — короткая рутина: display.begin() запускает I2C, rtc.begin() садится следом, порядок не критичен, но единый шаблон setup — сначала экран, потом датчики — экономит от забытых begin. Пара экран плюс часы собирается из урока про установку GFX и SSD1306 и урока про первый RTC — здесь к ним добавляется только разметка зон.

Прикинем цену кадра в этом ритме: полный кадр — около 92 мс по шине на 100 кГц, раз в 500 мс — то есть пятая часть шины уходит на стекло. Соседи по I2C такой темп переживают спокойно — между кадрами остаётся по 400 мс тишины; а если хочется плотнее, разгон до 400 кГц сжимает кадр до 23 мс — уже пять процентов. Числа те же, что в часах и игре, — просто подставьте свой интервал и разделите.

Про ширину значений — один подсчёт, который стоит сделать до кода. Диапазон температуры моей дачи — от −12.5 до +30.0: худший случай занимает пять знаков против четырёх у летнего, и именно под пять знаков я оставляю место, а не под красивые 25.0 из окна IDE. Давление — четыре знака всегда: 995 и 1032 одинаково широки, влажность — целое число процентов, два знака. Когда каждое значение знает свою максимальную ширину, панель перестаёт дышать и становится таблицей.

Оговорка честности про симулятор: ползунки — не датчики, и это даже удобно. Потенциометр позволяет проиграть сутки погоды за десять секунд — резкий скачок влажности проверяет, не гуляет ли столбец, а фоторезистор на давлении проверяет четырёхзначную ширину. На плате ползунки заменяются чтениями DHT22 и BMP280 из код-блока — скелет, зоны и ритмы остаются теми же до байта.

И про выбор датчика — пара цифр, чтобы не переплатить и не разочароваться. DHT11 вчетверо грубее: точность ±2 °C против ±0.5 у DHT22, и минусов он не видит вовсе — дачная зима для него за пределами паспорта. Для панели на веранде я ставлю DHT22 без вариантов, а DHT11 оставляю на комнаты, где и два градуса погоды не меняют решения.

Панель собрана по всем правилам раздела: зоны размечены до кода, ширина — под худший случай, два ритма живут в одном loop без delay, и хвосты старых цифр отсечены чистым кадром. Три урока этой партии сложились в линию: время показывать, в игру играть, за погодой следить — а каркас один и тот же: буфер, зоны, display() по расписанию. Панель из симулятора переносится на веранду одной заменой ползунков на датчики — проверено на двух моих приборах.

Задание на плату: прикрутите настоящий датчик вместо ползунка и оставьте панель на сутки — по утрам вы увидите то, чего не покажет ни один ползунок: как холодный подъём температуры приходит на экран раньше, чем термометр на стене. Заодно проверите ритм 500 мс вживую: глаз отделяет плавность кадра от суеты опроса, и это ощущение останется с вами во всех будущих дашбордах. Дальше по разделу — интерактив на этом каркасе: меню на кнопках и свои шрифты, где разметка зон из этого урока станет основой навигации.