Монитор погоды на электронной бумаге

Отображает текущую погоду и почасовой прогноз погоды на 48 часов с OpenWeatheMap.org.
Используется готовый модуль LilyGo EPD 4.7“, с контроллером ESP32 и 4.7“ E-paper дисплеем 540 х 960 точек.
Подключается к интернету через WiFi, период обновления данных 30 минут, время автономной работы около 90 суток.
Ориентирован для тех кто поводит время на открытом воздухе: прогулки, спорт, путешествия, отдых на природе.

Мотивация

Я катаюсь на велосипеде круглый год, езжу на работу и на природу. Поэтому мне интересен наглядный прогноз погоды с почасовым уровнем и вероятностью осадков, графиками температуры и точки росы, направление и скорость ветра. Удобно, когда цифры и графики визуально совмещены по шкале времени. Еще интересна информация насколько градусов в предстоящие сутки теплее или холоднее чем в предыдущие. Это помогает планировать поездки и подбирать экипировку.

Особенности:

Единая шкала времени для таблицы и графиков.
График почасового прогноза температуры воздуха и точки росы.
График почасового прогноза атмосферного давления.
Столбиковая диаграмма почасового уровня и вероятности осадков.
Сравнение средней температуры за текущие и предыдущие сутки.
Сравнение текущего атмосферного давления и среднего за последние 8 часов.
Открытый исходный код имеет большой потенциал для модернизации.

Распространяется под MIT License. Для тех кто не читал: можете распоряжаться исходным кодом на свое усмотрение, но оставляйте упоминание об авторе и первоисточнике.

C++ не мой родной язык, поэтому прошу снисхождения за код. Конструктивные замечания и предложения принимаются.

Если на основе этого проекта у вас получилось что-то свое, поделитесь пожалуйста своими идеями, пришлите ссылочку.

Экран

Экран визуально разделен на две зоны:

Слева: информация о текущем состоянии погоды и астрономические данные.
Справа: почасовой прогноз погоды на 2-е суток в виде таблицы и графиков с единой шкалой времени.

face-1

Текущая погода

Дата и время получения погоды
Пиктограмма погоды
- Величина осадков в течении ближайшего часа
- Текущая влажность
- Облачность
- Видимость
Температура текущая
- Максимальная температура сегодня
- Минимальная температура сегодня
- Изменение средней температуры за текущие и предыдущие сутки (на сколько сегодня теплее или холоднее чем вчера)
- Точка росы текущее значение
Ветер
- Направление
- Скорость
- Порывы
Давление
- Текущее
- Сравнение текущего со средним значением за последние 8 часов (на сколько изменилось за 8 часов)
Астрономические данные
- Время восхода и захода Солнца
- Возраст луны
- Процент светимости луны в предстоящую полночь (на 24:00). Стрелка и знаки ± показывает растёт или убывает луна.
- Время восхода и захода Луны

Прогноз погоды на 48 часов

Прогноз погоды скомпонован в виде таблицы и графиков с единой шкалой времени.

Таблица прогноза

Таблица размерностью 8 колонок на 8 строк. Каждая колонка соответствует 6 часам прогноза, и того 48 часов.

Описание строк таблицы:

Сокращенное название дня недели и время прогноза. Время + 3 часа от начала прогноза каждой колонки.
Пиктограмма погоды. Из почасового прогноза выбирается преобладающая пиктограмма.
Пиктограмма осадков. Зонт или снежинка в случае если снега больше чем дождя. Суммарный уровень всех осадков за 6 часов и максимальная вероятность осадков в % за 6 часов.
Температура максимальная и минимальная за 6 часов. Если минимальная и максимальная температура совпадают, то выводится одно значение.
Направление ветра в виде стрелки-пиктограммы. Средняя скорость ветра за 6 часов и максимальная скорость порывов ветра.
Уровень облачности в %. Вычисляется среднее значение за 6 часов.
Видимость. Выбирается минимальное значение за 6 часов.
Относительная влажность в %. Вычисляется среднее значение за 6 часов.

Графики прогноза

График температуры окружающего воздуха и точки росы.
График атмосферного давления и столбиковая диаграмма уровня осадков на каждый час. Вероятность осадков кодируется яркостью столбика.

Для зимнего периода нет однозначного перевода уровня осадков из мм водного столба в уровень выпавшего снега, на это влияет многих различных факторов, но приблизительно можно считать что 1 мм осадков это примерно 1 — 1,5 см снега.

Кнопки

На плате контроллера имеется 5 кнопок. Слева на право:

Reset - аппаратный сброс;
D - не используется, её невозможно задействовать в проекте;
C - двойным нажатием листает страницы “Weather”, “Logo”, “Icons” (если не в режиме сна);
B - пока ничего не делает;
A - пробуждает контроллер из глубокого сна, долгий клик (~2c) инициирует запрос на получение погоды.

После аппаратного сброса Reset или пробуждения по кнопке A контроллер ожидает нажатия кнопок пользователем, если в течении 30 секунд нажатий не происходило, устройство переходит в режим глубокого сна до следующего сеанса получения и отображения данных о погоде.

Сборка проекта

Проект собирался с следующих средах с установленной поддержкой ESP32:

Arduino IDE
Visual Strudio Code & PlatformIO

Инструкция как установить поддержку ESP32 используя Arduino IDE или PlatformIO

Настройка Arduino IDE для ESP32

Библиотеки

Что нужно настроить

Переименовать файл Private.sample.h в Private.h

Внести в Private.h следующие изменения:

Задать SSID и пароль своего WiFi ;
Задать широту и долготу местности;
Рекомендуется получить собственный ключ API, зарегистрировав бесплатную учетную запись разработчик по ссылке. Ключ указанный в файле найден в интернете, он может быть аннулирован в любое время либо можно столкнуться с ограничением лимита запросов.

Можно изменить единицы измерения в файлах Lang.h и Format.c

Используемые шрифты

Проблемы

Кнопка A не генерирует события долгого нажатия.

Планы

Более точное соответствие иконок и погодных условий.
Подключить датчики температуры и влажности в помещении.

Лицензия

Публикуется на условии MIT license.

Благодарности

David Bird https://github.com/G6EJD/ за идею и вдохновение.

История изменений

Версия 1.2b 2023-09-22

Частичная компенсация ухода времени глубокого сна.
Исправление расчета уровня заряда аккумулятора.

Версия 1.1b 2022-09-14

Отображение времени восхода и захода Луны.
Исправлен азимут стрелки направления ветра.
Информация о часовом поясе получается из прогноза погоды.

Версия 1.0b 2022-08-30

Первая публичная версия