如何使用 ESP32 做類比輸出 DAC？做個 80 年代的指針溫濕度表吧！

ESP32 相對於 Raspberry Pi 來說，最大的差異點之一是擁有類比輸出輸入（DAC, ADC）！可以讓我們把現實生活中的訊號（類比）與電路世界的訊號（數位）做一個橋樑。就讓我們為 如何用 ESP32 快速做溫溼度監測？ 使用 DHT sensor 來達成智慧家居！ 中一起做的溫濕度偵測器增加一個 80 年代的指針輸出吧！

這個專案有趣的地方在於，先透過 DHT sensor 把類比溫濕度轉換成數位後進入 ESP32 中處理，再將數值轉換成類比電壓大小輸出，並掛上負載電阻，透過指針電流計測量電流大小顯示溫濕度。因為轉換兩次可能會損失一些精准度，但卻是一個有趣的概念性專案，就讓我們一起來實作吧！

為了方便講解，以下我們以一個類比輸出來顯示濕度作為範例。

Step 1：準備硬體元件

這次製作需要準備的材料為：

1. ESP32 （這邊以 NodeMCU-ESP32 為例）
2. 3.3k 電阻
3. 電流錶頭，最大值為 1mA

註：先前偵測溫濕度的元件就不再註明了，詳細可以參考 如何用 ESP32 快速做溫溼度監測？ 使用 DHT sensor 來達成智慧家居！

Step 2：硬體線路

線路非常簡單

1. 將 VIN 拉到 Vcc，方便起見我們可以直接用 USB 供電
2. 以 GPIO 25 作為類比輸出 pin，拉到 3.3k 電阻的一端
3. 電流計串連電阻，再拉到地

為什麼我們要選用 3.3k 電阻呢？有以下原因

1. ESP32 analog output 最大電壓是 3.3V
2. 我希望最大輸出電流 1mA
3. 簡單計算一下 V = IR，可以得到電阻應該選用 3.3k
4. 因此電流錶頭用最大值為 1mA 的規格

Step 3：如何寫 DAC 程式

首先我們學習如何使用 analog output (DAC)。

在 ESP32 arduino framework 中，使用 dacWrite() 這個函數做輸出。第一個參數給定 pin，第二個參數給定要輸出的電壓的值。其中：

1. 對應的 pin 不用特別宣告他的型態，也就是說不需要透過 pinMode() 函數在 setup 階段做宣告，直接使用 dacWrite() 函數即可
2. 給定輸出的值範圍是 0~255，可以得知他將 3.3V 分成 255 份。255 時輸出 3.3V，3.3 * 128 / 255 的話約為 1.65V

#include <Arduino.h>
#define OUTPUT_PIN 25

void setup() {}

void loop() {
    int value = 128;
    dacWrite(OUTPUT_PIN, value);
}

拿一片尚未接線的 ESP32 跑起來後可以用三用電錶點一下看看是不是 1.65V 左右，如果是表示成功！

Step 4：開始寫程式

我們接續 如何用 ESP32 快速做溫溼度監測？ 使用 DHT sensor 來達成智慧家居！ 的程式範例繼續寫：

1. 增加 define 三個常數，HUMIDITY_PIN, MAX_HUMIDITY 以及 DAC_MAX_VALUE
2. 增加 displayHumidity() 函數，傳入目前濕度值，轉換 0 ~ 100 的濕度範圍為 0 ~ 255 後寫入 DAC
3. 在 loop() 函數中，成功從 DHT22 取得溫濕度，呼叫 displayHumidity() 函數將數值送出

#include <Arduino.h>
#include "DHTesp.h"

// 新增 define
#define HUMIDITY_PIN 25
#define MAX_HUMIDITY 100.0
#define DAC_MAX_VALUE 255

DHTesp dht;

// 新增顯示濕度函數
void displayHumidity(float humidity) {
     int value = (int)(humidity / MAX_HUMIDITY * DAC_MAX_VALUE);
     dacWrite(HUMIDITY_PIN, value);
}

void setup() [
    dht.setup(27, DHTesp::AM2302);
}

void loop() {
    TempAndHumidity data = dht.getTempAndHumidity();

    if (dht.getStatus() != 0) {
        Serial.println("DHT sensor error status: " + String(dht.getStatusString()));
    
    } else if (isnan(data.humidity) || isnan(data.temperature)) {
        Serial.println("Data is NaN!");

    } else {
        Serial.print("Humidity: ");
        Serial.print(data.humidity);
        Serial.print("%  Temperature: ");
        Serial.println(data.temperature);
 
        // 呼叫顯示濕度函數，將濕度傳入
        displayHumidity(data.humidity);
    }

    delay(2000);
}

溫度的部分就留給大家自行嘗試看看囉！

Step 5：上電測試

成功的話會看到電流表指針移動到對應電流值，可以簡單回推一下電壓是否正確，就能驗證程式是否有寫錯。

電流表頭裡面的刻度可以自行重新印一張正確的覆蓋上去，以後讀取就不用再腦中計算電壓反推拉！

延伸閱讀：如何用 ESP32 快速做溫溼度監測？ 使用 DHT sensor 來達成智慧家居！