使用Arduino和OLED显示屏制作月相计算器

风筝

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。

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

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。

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。

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"
   
5. 
   
6. U8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(U8G_I2C_OPT_NONE); // I2C setup u8g object
   
7. 
   
8. RTC_DS1307 RTC;
   
9. 
   
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 };
    
21. 
    
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 };
    
33. 
    
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 };
    
45. 
    
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 };
    
57. 
    
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 };
    
69. 
    
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 };
    
81. 
    
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 };
    
93. 
    
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
     
107. 
     
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. }
     
121. 
     
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. }
     
131. 
     
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. }
     
177. 
     
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;
     
196. 
     
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;
     
203. 
     
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)
     
214. 
     
215. return j;
     
216. }

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