# esp32-s3-2.16

**Repository Path**: LMLM8090/esp32-s3-2.16

## Basic Information

- **Project Name**: esp32-s3-2.16
- **Description**: 2.16版本测试，私有
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: Not specified
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 1
- **Created**: 2026-10-12
- **Last Updated**: 2026-10-12

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# ESP32-S3 Touch AMOLED 2.16 — PC Monitor + Audio Spectrum + 1024 Game + Calendar

基于 **ESP32-S3-Touch-AMOLED-2.16** 开发板的桌面小工具，通过 BLE 接收 Mac/PC 系统数据并在 480x480 AMOLED 圆形触摸屏上实时显示。

## 功能特性

- **代码雨页面**：Matrix 风格数字/字母代码雨动画（40×30 网格，头部白绿→尾部暗绿渐变），Arduino_GFX 全帧离屏 canvas + PSRAM 缓冲 + 增量绘制（整帧一次性推屏，约 60fps）
- **PC 监控页面**：CPU / 内存 / 磁盘 / 温度 / 网络速度，LVGL 进度条 + 电池图标（百分比 + 充电扫描动画）
- **音频频谱页面**：60 频段圆形 FFT 频谱可视化，圆心位于屏幕正中心，整体顺时针旋转 180°，无频率刻度文字，实时柱状图动画（含自适应增益 AGC）
- **心率页面**：通过 BLE 连接小米手环 9 Pro，实时显示 BPM 大字、心率区间彩条、MIN/MAX/AVG 统计
- **1024 游戏页面**：经典 1024 数字合并游戏，IMU 倾斜-释放手势控制（板子向哪边翻转，方块往哪边滑），120ms 滑动/合并动画，标准配色
- **日历页面**：时钟 / 日期 / 日历网格（今日高亮）+ 手动设时弹窗，顶部显示 WiFi 状态与时间来源
- **WiFi 配网 + NTP 校时**：AP 热点 `ESP32-S3-Config` + Captive Portal 网页配网（192.168.4.1），连接成功后自动 NTP 同步时间
- **RTC 掉电保持**：PCF85063A 实时时钟（I2C 0x51），断网断电后仍能保持时间
- **触摸翻页**：左右滑动切换六个页面（代码雨 → 监控 → 频谱 → 游戏 → 心率 → 日历）
- **IMU 控制**：QMI8658 加速度计倾斜检测控制游戏方块移动
- **电源管理**：AXP2101 PMU 电池电量/温度监控，短按电源键亮屏/熄屏，长按 3 秒关机
- **低功耗模式**：短按熄屏后自动进入 Light Sleep——挂起音频、停止 BLE/WiFi/心率扫描、关闭音频 IC 供电，200ms 定时唤醒轮询按键，任意按键唤醒恢复全部外设
- **BLE 无线传输**：电脑端 Python 脚本通过 BLE 推送系统数据；心率页另作 BLE Client 连接手环
- **上电防闪屏**：启动时先黑屏再亮，消除 AMOLED 上电闪一下的问题

## 硬件需求

| 组件 | 说明 |
|------|------|
| ESP32-S3-Touch-AMOLED-2.16 | 主开发板（480x480 AMOLED + CST92xx 触摸 + AXP2101 PMU + QMI8658 IMU） |
| ES7210 ADC | 板载 4 通道 24-bit 音频 ADC（I2C 地址 0x40） |
| ES8311 DAC | 板载音频 DAC（I2C 地址 0x18） |
| QMI8658 IMU | 板载 6 轴 IMU（I2C 地址 0x6B），用于 1024 游戏倾斜控制 |
| PCF85063A RTC | 实时时钟（I2C 地址 0x51），掉电保持时间 |
| 小米手环 9 Pro | 心率数据源（BLE Client 连接，广播名含 "BAND 9"，心率服务 UUID 180d / 特征 2a37） |
| 麦克风 | 连接 ES7210 的模拟输入 |

## 快速开始

### 1. 烧录固件

使用 Arduino IDE 打开 `esp32-s3-2.16.ino`，选择开发板 **ESP32-S3**，烧录即可。

所需 Arduino 库：
- [Arduino_GFX](https://github.com/moononournation/Arduino_GFX) — CO5300 AMOLED 驱动
- [LVGL](https://lvgl.io/) v8.4 — UI 框架
- [XPowersLib](https://github.com/lewisxhe/XPowersLib) — AXP2101 电源管理
- [SensorLib](https://github.com/lewisxhe/SensorLib) — QMI8658 IMU 驱动
- ESP32 BLE Arduino — 内置 BLE 库

### 2. 运行 Mac 监控脚本

```bash
# 一键启动（自动创建虚拟环境、安装依赖）
chmod +x run_monitor.sh
./run_monitor.sh

# 或手动运行
python3 -m venv ~/bleak-env
source ~/bleak-env/bin/activate
pip install psutil bleak
python3 mac_monitor.py
```

脚本会自动扫描 BLE 设备 `ESP32-S3-PC`，连接后每秒推送一次系统数据。

Intel Mac 用户可直接使用 `packaging/` 打包的一键安装包（`PC Monitor.dmg`），无需安装 Python 环境。

### 3. 使用

- 开机后自动进入 **代码雨页面**
- 手机/电脑端 BLE 连接后监控页数据开始刷新
- **左右滑动** 切换页面：代码雨 → 监控 → 频谱 → 1024 游戏 → 心率 → 日历
- **心率页面**：切到该页后设备停止 PC 广播、开始扫描并连接小米手环，稳定显示实时心率；离开心率页时释放连接、恢复 PC 广播（广播与扫描按页面互斥，避免 BLE 崩溃）
- **1024 游戏**：倾斜设备后回正（倾斜-释放手势）控制方块移动，板子向哪边翻转方块往哪边滑，合并相同数字，目标达到 1024；方块滑动与合并带 120ms 动画
- **WiFi 配网**：手机连接热点 `ESP32-S3-Config`（密码 `12345678`）→ 浏览器打开 `192.168.4.1` → 选择自家 WiFi 并输入密码 → 设备自动连接并 NTP 校时，凭据保存在 NVS 重启不丢
- **日历页面**：显示时钟 / 日期 / 日历与 WiFi 状态；点 **Set Time** 弹窗手动设时（时间自动写入 RTC，断电保持）；时间源优先级：NTP > BLE > RTC > 默认 2026-01-01
- **短按电源键** 熄屏并进入低功耗模式（任意按键唤醒）
- **长按电源键 3 秒** 关机（熄屏状态下任意按键唤醒）

## 文件结构

```
esp32-s3-2.16/
├── esp32-s3-2.16.ino      # 主入口（setup + loop，六页面分发）
├── config.h                # 引脚定义、常量配置、游戏/IMU参数
├── ble_manager.h/.cpp      # BLE 服务（Server）、连接管理、PC 数据接收、广播互斥
├── hr_client.h/.cpp         # 心率 BLE Client（连小米手环）、扫描/连接/重连、统计
├── ui_heartrate.h/.cpp      # 心率页面 LVGL UI（BPM 大字、区间条、统计）
├── pmu_manager.h/.cpp      # AXP2101 电源管理、电池监控、屏幕开关
├── audio_codec.h/.cpp      # ES7210 + ES8311 寄存器初始化（带错误检测）
├── audio_processor.h/.cpp  # I2S、FFT、频谱处理、音频任务
├── display_driver.h/.cpp   # GFX/LVGL 初始化、触摸驱动、频谱绘制
├── ui_monitor.h/.cpp       # PC 监控页面 LVGL UI
├── imu_manager.h/.cpp      # QMI8658 IMU 初始化、倾斜方向检测
├── game_1024.h/.cpp        # 1024 游戏逻辑（4×4网格、合并、分数）
├── ui_game.h/.cpp          # 1024 游戏 LVGL UI（方块渲染、胜负覆盖层）
├── code_rain.h/.cpp        # Matrix 代码雨页面（Arduino_GFX 直接绘制）
├── wifi_manager.h/.cpp     # WiFi AP+STA 配网、Captive Portal、NTP 校时、BLE 功率自适应
├── rtc_manager.h/.cpp      # PCF85063A 实时时钟（读写、掉电保持）
├── ui_calendar.h/.cpp      # 日历页面 LVGL UI（时钟/日历/手动设时）
├── lv_conf.h               # LVGL 配置文件
├── mac_monitor.py          # macOS BLE 监控脚本
├── run_monitor.sh          # 一键启动脚本
├── packaging/              # macOS 一键安装包（Intel Mac dmg，构建脚本见 packaging/README.md）
├── README.md               # 项目说明文档
└── AGENTS.md               # 技术架构文档
```

## BLE 数据协议

ESP32 作为 BLE GATT Server，Mac 端作为 Client 通过 Write 发送 JSON：

```json
{"cpu":12.3,"mem":45.6,"disk":67.8,"net_down":1.234,"net_up":0.567,"temp":52.1}
```

| 字段 | 类型 | 单位 | 说明 |
|------|------|------|------|
| cpu | float | % | CPU 使用率 |
| mem | float | % | 内存使用率 |
| disk | float | % | 磁盘使用率 |
| net_down | float | MB/s | 网络下载速度 |
| net_up | float | MB/s | 网络上传速度 |
| temp | float | °C | CPU 表面温度（通过 AppleSMC 读取） |

## 技术细节

- **双核架构**：Core 0 运行音频采集 + FFT，Core 1 运行 LVGL + 显示渲染
- **音频采样率**：24kHz，FFT 窗口 512 点，60 频段对数映射
- **显示**：480x480 RGB565 AMOLED，QSPI 接口；代码雨使用 PSRAM 全帧离屏 canvas + 增量绘制（整帧一次性推屏，约 60fps），圆形频谱使用 Arduino_GFX 直接绘制
- **触摸**：CST92xx 电容触摸，I2C 通信，支持滑动手势翻页（300ms/30px 阈值）
- **1024 控制**：QMI8658 IMU 倾斜-释放手势，触发阈值约 0.7g（≈45°），回正后稳定 80ms 才派发一次移动，避免临界抖动误触
- **1024 动画**：方块移动/合并使用 LVGL `lv_anim` 做 120ms 位置 + 透明度插值；每轮动画前先把 16 个 tile 对象吸附回各自格子坐标，避免合并后位置漂移导致方块消失/错位
- **LVGL 时间源**：`esp_timer` 1ms 周期定时器驱动 `lv_tick_inc`，与 `loop()` 解耦，动画更平滑
- **LVGL 内存（PSRAM）**：LVGL 对象堆与渲染缓冲全部走 PSRAM——`LV_MEM_SIZE=128KB` 经 `LV_MEM_POOL_ALLOC` → `lvgl_pool_alloc()`（`heap_caps_malloc(SPIRAM)`）分配，渲染缓冲优先 PSRAM（失败回退 DMA）。曾把 `LV_MEM_SIZE` 降到 16KB 省内存，但 6 页 ~75+ 控件（含日历 42 天格子）创建时触发 `LV_ASSERT_MALLOC` 的 `while(1)` 死锁，表现为启动后黑屏、日志停在 `[Rain] PSRAM canvas OK`
- **WiFi + NTP**：AP+STA 双模（AP 先启动），Captive Portal 在 192.168.4.1 配网；`configTime(UTC+8)` 从 `pool.ntp.org` / `ntp.aliyun.com` 校时；WiFi TX 全功率（78 = 19.5dBm），WiFi 连接时 BLE 功率自动降 P3、断开恢复 P9 以抑制 2.4GHz 干扰
- **日历与时间**：日历页时钟 / 日历 / 手动设时，时间自动写入 PCF85063A RTC；时间源优先级 NTP > BLE > RTC > 默认 2026-01-01
- **平滑动画**：频谱柱状图使用上升 0.06 / 下降 0.90 的指数平滑
- **频谱布局**：圆心 (240,240) 精确位于 480×480 屏幕正中心，整体顺时针旋转 180°（`displayInit()` 中柱角度 `+M_PI`）；频率数字标签已移除，频谱页只显示圆形频谱
- **频谱 AGC**：归一化基准 `global_peak` 采用慢攻击/慢释放峰值表，稳定反映当前环境音量，不会因历史峰值偏高而越显越小（下限 8.0f 防静音噪点）
- **BLE 双角色（Server + Client）**：ESP32 同时作 Server（被 PC 连）和 Client（连手环）。广播与扫描/连接不能稳定并存，故按页面互斥——监控/频谱/游戏页开 PC 广播，心率页关广播开心率扫描；切页带 600ms 防抖，连接前显式停广播，断开时真正 `disconnect()` 释放 client 再重连，规避 `xQueueGenericSend` 断言崩溃
- **上电防闪屏**：`displayInit()` 先 `setBrightness(0)` → 黑屏 → 再 `setBrightness(128)`，消除 AMOLED 上电闪屏
- **BLE 连接**：断开后自动重新广播（仅非心率页），最大功率发射，数据范围验证
- **电源管理**：电池电压/百分比/温度监控，充电状态检测，每 10 秒更新
- **电源控制**：短按 PWR 熄屏 + 进入低功耗模式，长按 3 秒关机，低功耗状态任意按键唤醒恢复，串口记录操作日志
- **低功耗模式**：短按熄屏后自动进入 Light Sleep——`vTaskSuspend` 挂起 Core 0 音频任务，`bleServerStop/wifiStop/setHRPageActive(false)` 停止射频外设，`enterLowPower()` 关闭 ALDO1-4 切断音频 IC 供电 + PA 拉低，`esp_light_sleep_start(200ms)` 定时唤醒轮询 PMU 按键；唤醒时 `exitLowPower()` 恢复 ALDO/PA/亮度 + 全部外设；松键 IRQ 通过 `clearIrqStatus()` + 100ms 去抖抑制；外设轮询已移到 `!screen_on` 检查之后，低功耗期间只运行 `pmuPoll()`
- **电池图标**：30x14 紧凑轮廓 + 百分比文字同一行显示，充电时填充条做 ping-pong 扫描动画（2px→24px→2px，每程 1.2 秒），非充电时填充条宽度 = 实际电量对应宽度；仅在监控页面显示
- **错误处理**：所有初始化函数返回成功/失败状态，系统健康检查
- **系统监控**：每 30 秒检查 BLE 连接、电池状态、音频队列

## License

MIT