ESP32 Emotive Eyes

ESP32 + ST7796 TFT（320×240）上的过程式表情眼睛。所有面部几何都由 CPU 实时计算，不依赖任何预渲染图片资源，适合做成桌面 AI 宠物或互动小设备的“脸”。

运行效果

开机先闭眼，2 秒后睁眼醒过来；之后开始随机眨眼、视线移动和表情切换。触摸屏幕可以立刻互动，串口会输出每一次手势和运行状态：

=== ESP32 TFT Eyes — Pure Procedural ===
[OK] TFT ready (SPI=60MHz)
[OK] Touch ready (XPT2046 CS=33, shared SPI, threshold=350)
[TOUCH] Tap #1
[TOUCH] Tap #2
[TOUCH] Tap #3
[TOUCH] Angry face triggered by taps
[STATS] state=ACTIVE bl=100 interval=33ms temp=42.0C

特性

• 18 种表情预设：Normal、Angry、Glee、Happy、Sad、Worried、Focused、Annoyed、Surprised、Skeptic、Frustrated、Unimpressed、Sleepy、Suspicious、Squint、Furious、Scared、Awe
• 随机眨眼、视线跟随与权重化表情切换，全部基于 millis() 时间基准，帧率无关
• 4 级电源状态机：ACTIVE → RELAX → IDLE → SLEEP，背光平滑渐变
• XPT2046 触摸：单击反馈、双击复位、三连击触发 Angry、长按复位
• 芯片温度保护：≥70°C 强制降入 IDLE，≥80°C 强制进入 SLEEP
• 事件驱动渲染：画面静止时停止 SPI 传输，降低待机功耗

快速开始

需要先安装 PlatformIO（VS Code 扩展或 CLI）。

pio run
pio run --target upload
pio device monitor -b 115200

TFT_eSPI 已通过 lib_deps 自动下载，屏幕引脚和构建开关都在 platformio.ini 中，无需修改 User_Setup.h。

硬件接线

组件	型号
MCU	ESP32（ESP32-WROOM-32 系列）
屏幕	ST7796 SPI TFT，320×240
触摸	XPT2046，与 TFT 共用 SPI 总线
背光	GPIO27（低电平关，高电平开）

信号	GPIO
TFT_SCLK / TOUCH_CLK	GPIO14
TFT_MOSI / TOUCH_MOSI	GPIO13
TFT_MISO / TOUCH_MISO	GPIO12
TFT_CS	GPIO15
TFT_DC	GPIO2
TFT_RST	GPIO4
TFT_BL	GPIO27
TOUCH_CS	GPIO33

SPI 频率为 60MHz，RGB 顺序为 TFT_BGR。

渲染管线

每一帧按顺序经过 5 级变换，输出链式传递：

Transition → Transformation → Variation1 → Variation2 → Blink → FinalConfig → EyeDrawer::Draw()

• Transition：表情切换，500ms 从 Snapshot 插值到目标配置
• Transformation：视线方向与透视缩放，200ms 平滑过渡
• Variation：呼吸、脉冲等微表情
• Blink：眨眼，100ms → 50ms → 100ms 的梯形波形
• EyeDrawer：浮点贝塞尔边界 + 扫描线填充，写入 320×120 的 TFT_eSprite 双缓冲后一次性推送到屏幕

电源管理

状态	进入条件（距上次交互）	背光	刷新率	表情行为
ACTIVE	0–60 秒	100%	33ms（30fps）	完整动画 + 随机表情
RELAX	60 秒	50%	41ms（约 24fps）	固定表情、慢速视线、偶发哈欠
IDLE	3 分钟	25%	66ms（约 15fps）	固定 Normal、视线回中、偶发眨眼
SLEEP	5 分钟	0%	不渲染，200ms 触摸轮询	Sleepy 闭眼静态画面

任意触摸都会回到 ACTIVE 并重置空闲计时。背光使用 Gamma 2.2 感知曲线，状态切换时以 20ms/档平滑渐变，避免亮度跳变。

触摸手势

手势	动作
单击	快速眨眼作为反馈，重置空闲计时
双击（300ms 内）	回到 Normal 表情
三连击（1.5s 内）	触发 Angry 表情
长按（2s）	回到 Normal 表情

按压力度阈值默认 TOUCH_PRESSURE_THRESHOLD = 350，不同面板可能需要微调。

构建开关

以下开关都定义在 platformio.ini：

开关	默认	说明
POWER_BATTERY_SENSE_ENABLED	0	GPIO34 接好 2:1 分压后改为 1，启用电池电压采样
POWER_LIGHT_SLEEP_ENABLED	0	GPIO36 补 10kΩ 上拉后改为 1，启用 LightSleep
POWER_LIGHT_SENSOR_ENABLED	0	GPIO35 光敏自动调光（实测动态范围偏窄，默认停用）
POWER_TEMP_PROTECT_ENABLED	1	芯片温度保护

项目结构

ESP32-demo/
├── platformio.ini
├── partitions.csv
├── README.md
├── assets/readme/
│   └── hero.svg
├── docs/
│   ├── 技术文档.md
│   ├── ESP32-WROOM-32_引脚参考手册.md
│   └── ESP32-WROOM-32_引脚功能图解.md
└── src/
    ├── main.cpp
    ├── PowerManager.h
    ├── PowerManager.cpp
    ├── FacePower.h
    └── _build.py

已知限制

• LightSleep 唤醒依赖 GPIO36 触摸 IRQ，目前需补上拉电阻并显式开启构建开关
• 电池电压采样需要 GPIO34 接两个 100kΩ 分压电阻
• GPIO35 光敏电阻动态范围偏窄，自动调光默认关闭
• 触摸阈值和 SPI 频率可能因具体面板需要调整

许可

GPL-3.0