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使用Arduino和OLED显示屏制作月相计算器 [复制链接]

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月相 Moon Phase DS3231 OLED

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风筝
发表于: 2020-4-11 17:36:13 | 显示全部楼层
楼主

在本篇文章中，我们将讨论如何使用Arduino开发板和OLED显示屏制作月相计算器。该项目在0.96英寸OLED显示屏上显示月相。显示了八个月相，并附有简短说明，还显示了临近满月的剩余天数。


本篇文章使用了实时时钟RTC模块DS3231或DS1307提供日期。该日期将转换为农历日期。通过选择一个已知满月的日期（在本例中为1972年1月1日），可以轻松计算从该起点到现在的天数。


为什么月亮有相位？

月球具有相位，因为它绕地球旋转，这导致我们看到的照明部分发生了变化。月球绕地球运行需要27.3天，但月相周期（从新月到新月）为29.5天。月球花费了额外的2.2天“追赶”时间，因为在月球完成绕地球一周的轨道运行期间，地球绕太阳行进了约4500万英里。

phases-of-moon.gif


在新的月相中，月亮是靠近天空中的太阳，以至于没有一个面向地球的侧面被照亮（插图中的位置1）。换句话说，月亮在地球和太阳之间。在第一部分，半昏暗的月亮在日落时是天空中最高的，然后大约六个小时后落下（3）。在满月时，月球相对于太阳在太空中位于地球后面。随着太阳落山，月亮升起，而面对地球的一面则完全暴露在阳光下（5）。


所需的组件

●    0.96英寸OLED显示屏

●    Arduino UNO开发板

●    RTC模块DS3231或DS1307

●    面包板

●    连接跳线


连接电路图

Circuit-Diagram.png

OLED和RTC模块DS3231均由5V电源供电。 OLED和DS3231的SCL和SDA引脚连接到Arduino的SCL和SDA引脚，即A4和A5。


设计月相计算器

月亮需要29.53天才能完成从一个满月到下一个满月的周期，因此，如果将1972年1月1日以来的天数除以29.53，则余数就是距离这一个满月剩余的天数。

moon-phase.jpg

程序代码将农历月份分为八个部分，从满月开始，然后是残月、下弦月、娥眉月、新月、上弦月、渐盈凸月、渐亏凸月，然后就是下一个满月。还显示到下一个满月的天数。


结果与显示

一旦将代码上传到Arduino UNO开发板上，将显示月相，并且日期也将显示为1、2、3、4……..28，如图所示下面。

1.jpg


源代码/程序

首先添加两个库，即U8glib库和RTC库，否则代码将无法编译。

●    下载U8glib库

●    下载RTClib库

  1. #include "U8glib.h"
  2. #include <SPI.h>
  3. #include <Wire.h>
  4. #include "RTClib.h"

  6. U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE); // I2C setup u8g object

  8. RTC_DS1307 RTC;

  10. static unsigned char full_moon_bits[] = {
  11. 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00, 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00,
  12. 0x80, 0xff, 0x7f, 0x00, 0xe0, 0xff, 0xff, 0x01, 0xf0, 0xff, 0xff, 0x03,
  13. 0xf0, 0xff, 0xff, 0x03, 0xf8, 0xff, 0xff, 0x07, 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f,
  14. 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f, 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f, 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f,
  15. 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f,
  16. 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f,
  17. 0xfe, 0xff, 0xff, 0x1f, 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f, 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f,
  18. 0xfc, 0xff, 0xff, 0x0f, 0xf8, 0xff, 0xff, 0x07, 0xf0, 0xff, 0xff, 0x03,
  19. 0xf0, 0xff, 0xff, 0x03, 0xe0, 0xff, 0xff, 0x01, 0x80, 0xff, 0x7f, 0x00,
  20. 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00 };

  22. static unsigned char waning_gibbous_bits[] = {
  23. 0x00, 0xf8, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00, 0x80, 0xff, 0xff, 0x00,
  24. 0xe0, 0xff, 0xff, 0x00, 0xf0, 0xff, 0x7f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x7f, 0x00,
  25. 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x1f, 0x00,
  26. 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xff, 0xff, 0x0f, 0x00,
  27. 0xff, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00,
  28. 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00,
  29. 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00,
  30. 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x1f, 0x00,
  31. 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xf0, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xe0, 0xff, 0xff, 0x00,
  32. 0x80, 0xff, 0xff, 0x00, 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x1f, 0x00 };

  34. static unsigned char last_quarter_bits[] = {
  35. 0x00, 0xf8, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x07, 0x00, 0x80, 0xff, 0x01, 0x00,
  36. 0xe0, 0xff, 0x01, 0x00, 0xf0, 0xff, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x7f, 0x00, 0x00,
  37. 0xf8, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00,
  38. 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00,
  39. 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00,
  40. 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00,
  41. 0xff, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00,
  42. 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x3f, 0x00, 0x00,
  43. 0xf8, 0x7f, 0x00, 0x00, 0xf0, 0xff, 0x00, 0x00, 0xe0, 0xff, 0x01, 0x00,
  44. 0x80, 0xff, 0x01, 0x00, 0x00, 0xff, 0x07, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x0f, 0x00 };

  46. static unsigned char crescent_old_bits[] = {
  47. 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00, 0x00, 0xff, 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00,
  48. 0xe0, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xf0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x01, 0x00, 0x00,
  49. 0xf8, 0x01, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00,
  50. 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00,
  51. 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00,
  52. 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00,
  53. 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00,
  54. 0x7e, 0x00, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x00, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x01, 0x00, 0x00,
  55. 0xf8, 0x01, 0x00, 0x00, 0xf0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xe0, 0x0f, 0x00, 0x00,
  56. 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x00, 0xff, 0x00, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00 };

  58. static unsigned char new_moon_bits[] = {
  59. 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00, 0x00, 0x07, 0x38, 0x00, 0x80, 0x00, 0x40, 0x00,
  60. 0x60, 0x00, 0x80, 0x01, 0x10, 0x00, 0x00, 0x02, 0x08, 0x00, 0x00, 0x04,
  61. 0x08, 0x00, 0x00, 0x04, 0x04, 0x00, 0x00, 0x08, 0x02, 0x00, 0x00, 0x10,
  62. 0x02, 0x00, 0x00, 0x10, 0x02, 0x00, 0x00, 0x10, 0x01, 0x00, 0x00, 0x20,
  63. 0x01, 0x00, 0x00, 0x20, 0x01, 0x00, 0x00, 0x20, 0x01, 0x00, 0x00, 0x20,
  64. 0x01, 0x00, 0x00, 0x20, 0x01, 0x00, 0x00, 0x20, 0x01, 0x00, 0x00, 0x20,
  65. 0x01, 0x00, 0x00, 0x20, 0x02, 0x00, 0x00, 0x10, 0x02, 0x00, 0x00, 0x10,
  66. 0x02, 0x00, 0x00, 0x10, 0x04, 0x00, 0x00, 0x08, 0x08, 0x00, 0x00, 0x04,
  67. 0x08, 0x00, 0x00, 0x04, 0x10, 0x00, 0x00, 0x02, 0x60, 0x00, 0x80, 0x01,
  68. 0x80, 0x00, 0x40, 0x00, 0x00, 0x07, 0x38, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00 };

  70. static unsigned char crescent_new_bits[] = {
  71. 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00, 0x00, 0xc0, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00,
  72. 0x00, 0x00, 0xfc, 0x01, 0x00, 0x00, 0xf0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xe0, 0x07,
  73. 0x00, 0x00, 0xe0, 0x07, 0x00, 0x00, 0xc0, 0x0f, 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f,
  74. 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f,
  75. 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f,
  76. 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f,
  77. 0x00, 0x00, 0x00, 0x3f, 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f,
  78. 0x00, 0x00, 0x80, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xc0, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xe0, 0x07,
  79. 0x00, 0x00, 0xe0, 0x07, 0x00, 0x00, 0xf0, 0x03, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x01,
  80. 0x00, 0x00, 0x7e, 0x00, 0x00, 0xc0, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x07, 0x00 };

  82. static unsigned char first_quarter_bits[] = {
  83. 0x00, 0xfc, 0x07, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xe0, 0x7f, 0x00,
  84. 0x00, 0xe0, 0xff, 0x01, 0x00, 0xc0, 0xff, 0x03, 0x00, 0x80, 0xff, 0x07,
  85. 0x00, 0x00, 0xff, 0x07, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f,
  86. 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f,
  87. 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f,
  88. 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x3f,
  89. 0x00, 0x00, 0xfe, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f,
  90. 0x00, 0x00, 0xfe, 0x1f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x0f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x07,
  91. 0x00, 0x80, 0xff, 0x07, 0x00, 0xc0, 0xff, 0x03, 0x00, 0xe0, 0xff, 0x01,
  92. 0x00, 0xe0, 0x7f, 0x00, 0x00, 0xf8, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfc, 0x07, 0x00 };

  94. static unsigned char waxing_gibbous_bits[] = {
  95. 0x00, 0xfc, 0x07, 0x00, 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xc0, 0xff, 0x7f, 0x00,
  96. 0xc0, 0xff, 0xff, 0x01, 0x80, 0xff, 0xff, 0x03, 0x80, 0xff, 0xff, 0x07,
  97. 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x1f,
  98. 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x3f,
  99. 0x00, 0xfc, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f,
  100. 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f,
  101. 0x00, 0xf8, 0xff, 0x3f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f,
  102. 0x00, 0xfc, 0xff, 0x1f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x0f, 0x00, 0xfe, 0xff, 0x07,
  103. 0x00, 0xff, 0xff, 0x07, 0x00, 0xff, 0xff, 0x03, 0xc0, 0xff, 0xff, 0x01,
  104. 0xc0, 0xff, 0x7f, 0x00, 0x00, 0xff, 0x3f, 0x00, 0x00, 0xfe, 0x07, 0x00 };
  105. //
  106. String nfm = ""; // days to next full moon

  108. void setup() {
  109. Serial.begin(9600);
  110. RTC.begin();
  111. if (! RTC.isrunning()) {
  112. Serial.println("RTC is NOT running!");
  113. }
  114. // following line sets the RTC to the date & time this sketch was compiled
  115. // un REM the line below to set clock, then re REM it
  116. // and upload this sketch again
  117. //RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
  118. //
  119. Wire.begin();
  120. }

  122. void loop() {
  123. //draw loop
  124. u8g.firstPage();
  125. do {
  126. drawMoon();
  127. } while( u8g.nextPage() );
  128. // rebuild the picture after some delay
  129. delay(50);
  130. }

  132. void drawMoon(void){
  133. DateTime now = RTC.now();
  134. u8g.setFont(u8g_font_profont12);
  135. u8g.setFont(u8g_font_5x7);
  136. u8g.drawStr(15,10, "Moon Phase Calculator");
  137. u8g.drawLine(0,13,128,13);
  138. int mp = moon_phase();
  139. u8g.setFont(u8g_font_profont15);
  140. switch (mp){
  141. case 0:
  142. u8g.drawStr(15,61, " Full Moon ");
  143. u8g.drawXBM(45,18,30,30,full_moon_bits);
  144. break;
  145. case 1:
  146. u8g.drawStr(15,61, "Waning Gibbous");
  147. u8g.drawXBM(45,18,30,30,waning_gibbous_bits);
  148. break;
  149. case 2:
  150. u8g.drawStr(15,61, " Last Quarter ");
  151. u8g.drawXBM(45,18,30,30,last_quarter_bits);
  152. break;
  153. case 3:
  154. u8g.drawStr(15,61, " Old Crescent ");
  155. u8g.drawXBM(45,18,30,30,crescent_old_bits);
  156. break;
  157. case 4:
  158. u8g.drawStr(15,61, " New Moon ");
  159. u8g.drawXBM(45,18,30,30,new_moon_bits);
  160. break;
  161. case 5:
  162. u8g.drawStr(15,61, " New Crescent ");
  163. u8g.drawXBM(45,18,30,30,crescent_new_bits);
  164. break;
  165. case 6:
  166. u8g.drawStr(15,61, " First Quarter");
  167. u8g.drawXBM(45,18,30,30,first_quarter_bits);
  168. break;
  169. case 7:
  170. u8g.drawStr(15,61, "Waxing Gibbous");
  171. u8g.drawXBM(45,18,30,30,waxing_gibbous_bits);
  172. break;
  173. }
  174. const char* newNfm = (const char*) nfm.c_str();
  175. u8g.drawStr(110,30, newNfm);
  176. }

  178. int moon_phase(){
  179. // calculates the age of the moon phase(0 to 7)
  180. // there are eight stages, 0 is full moon and 4 is a new moon
  181. DateTime now = RTC.now();
  182. double jd = 0; // Julian Date
  183. double ed = 0; //days elapsed since start of full moon
  184. int b= 0;
  185. jd = julianDate(now.year(), now.month(), now.day());
  186. //jd = julianDate(1972,1,1); // used to debug this is a new moon
  187. jd = int(jd - 2244116.75); // start at Jan 1 1972
  188. jd /= 29.53; // divide by the moon cycle
  189. b = jd;
  190. jd -= b; // leaves the fractional part of jd
  191. ed = jd * 29.53; // days elapsed this month
  192. nfm = String((int(29.53 - ed))); // days to next full moon
  193. b = jd*8 +0.5;
  194. b = b & 7;
  195. return b;

  197. }
  198. double julianDate(int y, int m, int d){
  199. // convert a date to a Julian Date}
  200. int mm,yy;
  201. double k1, k2, k3;
  202. double j;

  204. yy = y- int((12-m)/10);
  205. mm = m+9;
  206. if(mm >= 12) {
  207. mm = mm-12;
  208. }
  209. k1 = 365.25 *(yy +4172);
  210. k2 = int((30.6001 * mm) + 0.5);
  211. k3 = int((((yy/100) + 4) * 0.75) -38);
  212. j = k1 +k2 + d + 59;
  213. j = j-k3; // j is the Julian date at 12h UT (Universal Time)

  215. return j;
  216. }
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