ESP HMI 智能屏方案介绍


随着智能化设备的普及,现代化的人机交互(HMI)取代了传统的按钮和开关,允许用户通过轻触屏幕或语音来控制其他设备。乐鑫充分发挥 ESP32 系列芯片在人机交互领域的能力,面向各垂直市场,推出单芯片 HMI 智能解决方案,用户仅用一颗芯片即可实现设备联网与多样化的 HMI 功能,可广泛适用于智能家庭、大小家电、医疗健康、工业控制和教育玩具等领域。

1 接口与性能

乐鑫 ESP32 系列芯片为屏幕显示应用提供了丰富的外设支持,包含的接口类型有 I2C、SPI、8080(MCU)和 RGB,能够驱动 OLED、TFT-LCD、墨水屏和 LED 点阵屏等多种类型的屏幕,支持的典型显示分辨率从 128x64 到 800x480,支持屏幕的物理尺寸可达到 7 英寸。
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ESP32-S3 驱动 7 英寸、分辨率为 800x480 的 LCD 屏幕

乐鑫面向 RGB 接口和 SPI 接口,分别推出了基于 ESP32-S3 和 ESP32-C3 SoC 的 HMI 智能屏方案。其中,ESP32-S3 使用 RGB 接口,在显示分辨率为 800x480 的情况下,接口帧率能够达到 50 fps 以上;ESP32-C3 使用 SPI 接口,在显示分辨率为 240x240 的情况下,接口帧率能够达到 80 fps 以上。

2 UI 开发框架

乐鑫采用 LVGL 作为主要的 UI 开发框架,这是一款非常流行的免费开源嵌入式图形库,可供用户创建出功能强大、样式美观的图形用户界面(GUI)。通过乐鑫官方推出的包管理器工具,可以直接将 LVGL 及相关移植组件添加到用户工程,结合乐鑫官方的 IoT 开发框架 ESP-IDF,可以方便地实现图形交互功能。
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ESP32-S3 运行 LVGL Music demo

除此之外,LVGL 官方还推出了一款可视化的拖拽式 UI 编辑器——SquareLine Studio,通过它可以快速轻松地为应用绘制出漂亮的 GUI。SquareLine Studio 还支持一键生成开发板工程和 UI 代码文件,其最新版本包含了 ESP-BOX 和 ESP32-S3-LCD-EV-BOARD 在内的多款乐鑫的 HMI 开发板,方便用户快速验证 GUI 功能。
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SquareLine Studio 中支持的多款乐鑫 HMI 开发板

3 典型应用方案

3.1 智能语音触控面板

乐鑫 ESP32-S3 智能语音触控面板(86 盒)方案,板载 ESP32-S3-WROOM-1 模组以及 3.95 英寸、480x480 分辨率的 RGB 接口屏,单芯片集成 Wi-Fi、BLE、离线语音、RGB 显示。语音识别可同时支持 200 条离线命令词,更支持设备唤醒后进行连续语音识别。

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ESP32-S3 智能语音 86 盒触控面板(语音唤醒与识别演示)

3.2 电子可视门铃

乐鑫 ESP32-S3 电子可视门铃方案,使用原生 USB 对接通用 USB 摄像头(CDC),在单颗 SoC 上同时实现摄像头数据流读取、JPEG 解码和 RGB 接口屏实时显示,无需增加额外的 USB 芯片,本地视频解码及屏幕刷新分辨率可达 800x480@15 FPS。

ESP32-S3 电子可视门铃演示

3.3 智能屏控开关

乐鑫 ESP32-S3 智能屏控开关方案,通过多点触摸屏实现双指叩击、拍一拍等手势动作识别,可用于智能家庭中的快捷开关控制,如场景模式切换和灯开关。结合 Wi-Fi CSI 人体接近感应功能,还可以实现屏幕接近亮屏和远离息屏的自动开关控制。
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ESP32-S3 智能屏控开关(双指叩击与接近亮屏演示)

3.4 旋钮屏

乐鑫 ESP32-S3 2.1 英寸旋钮屏方案,屏幕采用 2.1 英寸、480x480 分辨率的 RGB 接口屏,旋钮部分采用带按压开关的旋转编码器。用户不仅可以基于 Wi-Fi 或蓝牙进行无线连接,还能够通过硬件接口实现串口、USB 等通信。该方案适用于空气净化器、微波炉、空气炸锅、洗衣机等大型家电应用中的旋钮屏和显示屏的应用场景。

乐鑫 ESP32-C3 1.28 英寸旋钮屏方案,屏幕采用 1.28 英寸、240x240 分辨率的 SPI 接口屏,旋钮部分采用带按压开关的旋转编码器。ESP32-C3 小封装使得硬件结构紧凑,采用单芯片、单 PCB 设计,具有安全稳定、低功耗以及低成本的优势。该方案适用于小型家电应用中的旋钮屏和小尺寸显示屏的应用场景。
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ESP32-C3 旋钮屏演示

4 常见问题


问:我应该使用哪个版本的 ESP-IDF 进行显示屏应用的开发?

答:整体来看,首先需要保证您的 ESP-IDF 为 4.4 及以上版本,如果您使用 ESP32-S3 来驱动 RGB 接口屏,推荐使用 release/v5.0 分支并保持向上更新。


问:目前适配了哪些显示屏或触摸屏的驱动 IC?

答:对于显示屏,已经适配了包含 Sitronix(如 ST7789)、ILITEK(如 ILI9341)、Galaxycore(如 GC9A01)、Solomon Systech(如 SSD1306)等常见厂商的驱动 IC;对于触摸屏,已经适配了包含 FocalTech(如 FT5X06)、Goodix(如 GT911)等常见厂商的驱动 IC。用户可以利用包管理器工具查看所需驱动 IC 是否已适配,并快速导入代码组件到工程,如果还未适配,用户也可以基于 esp_lcd 和 esp_lcd_touch 驱动自行编写代码进行适配。


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