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使用的软件

• 对于 VS Code，请按照这个 链接，看看我如何搭建一个基础项目。
• PlatformIO
• Brackets
• Arduino IDE
• MIT App Inventor 2

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小组作业

其他小组作业请前往 小组作业页面。

这项作业完全由我完成，因为今年我是 Algarve FabFarm 唯一的学生。

应用

MIT App Inventor

MIT App Inventor 是一个出色、简单、免费的工具，可以设计手机应用。它有两个版本：一个需要安装，另一个是最新的版本，完全在线。

文件

源代码

APK

步骤：

1. 要访问在线版本，请前往这个 链接。
2. 接下来，用你的 Google 账号登录。
3. 点击“Start new project”。

   

4. 给项目起个名字。我的叫“groupproject”。

   

5. 中间的 #1 是保留给应用设计的区域；#2 在你想要多个屏幕时会用到；#3 在左侧，是组件面板，包含按钮或视频播放器等所有用于可视化搭建应用的对象；在 #4，也就是右侧区域，可以编辑每个对象的属性；#5 切换到块编辑区，应用的逻辑就在这里创建。

   

6. 在这个快速示例中，我把一个按钮从左侧拖到屏幕上。

   

7. 这里我也演示了如何像按钮那样添加文本，不过我的应用里不会用到这个文本。

   

8. 我用 Windows 10 的 Paint 3D 应用，很快画了一个大红色按钮。

   

9. 接下来，我把红色按钮上传到 MIT App Inventor。每次使用媒体元素时都会走这个流程。

   

10. 然后我编辑它的属性，比如高度、宽度和文本。在 #3 中我指定用作按钮的图片，在我的例子里就是那个大红色按钮。

    

11. 然后我把一个声音对象拖到屏幕区域。把这个对象关联到媒体的流程和之前一样。我也会对视频重复一遍。

    

12. 接下来，我切换到右上角的块编辑器区域。点击按钮会打开可以添加到应用逻辑中的块。然后我添加一个按钮点击块。

    

13. 点击声音块并从选项中选“call sound1.play”，我就能给按钮添加一条在它被点击时执行的命令。

    

14. 我像之前一样操作，添加一个视频，然后让它全屏打开。

    

15. 应用完成后，我生成一个 APK，并保存到手机的文件系统里，以便安装程序。

    

    

    

16. 在手机上，我找到保存 APK 的位置并安装。Play Protect 会尝试阻止这个应用，但可以忽略。

    

    

17. 这就是小组作业中做出来的应用。

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文件

1. 代码

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简介

这项作业是我 最终项目开发的一部分。

因为我的最终项目改成了灌溉系统，所以我开始开发它的网页界面。

要把各项能力分开、只在这里留下我项目中与界面有关的部分，真的很难，所以有些地方会涉及其他周的主题。

主视觉图（hero shot）

到目前为止的设计就是上面这个。我还需要为最终项目修改它，因为我不想让它只是启停水泵，我还想要按区域排程等功能。

下面我会整理走到这一步的步骤，其中一部分与我的 项目更新2重叠。

在我写这段文字的时候，还没有当前的设计文件，只有一份代码草稿，还有一个面包板上的原型！

另一方面，硬件和软件都有需求：

软件需求与阶段

1. 通过创建更多函数来简化代码；
2. 尝试把 HTML 部分分离出来，让代码更干净；
3. 改进代码的外观/界面；
4. 向 HTML 添加读数；
5. 添加事件日志，比如过流；
6. 为设备增加更多安全保护；
7. 添加手机界面（APP）；
8. 添加设置当前时间的功能；
9. 为每个继电器添加重命名功能，这样可以把它关联到关注的区域，或者至少把继电器改成农场实际区域的名称。

开发

2020年6月7日

到今天，2020年6月7日，开发进度是这样的。

我一开始用的系统在 Uno 上能跑，在 ESP8266 上却是折磨；此外它还有触电危险，而且因为进水损坏，我需要更换一些继电器。

这套装置上运行的代码可以在 Fabfarm 的 GitHub 上找到： Autovalve。

我们的一位志愿者 Shakeel 成功做出了一个能在 ESP8266 上运行的版本，可以在同一个仓库的 这里找到。由于疫情，他匆匆离开了我们，没来得及测试自己的代码，所以代码虽然能跑但不稳定：他英勇地尝试让模拟引脚与 WiFi 共用，导致 WiFi 掉线，系统几乎无法使用。我就是从这份代码开始的。

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2020年6月8日

在花了很多小时理解代码之后，我成功把 Shakeel 的代码移植到 ESP32 上，并且把文件拆开，让每个函数放在单独的文件里。

在这个视频里，我展示到目前为止在合并代码并让它在 ESP32 上运行方面取得的进展。

高分辨率版本见 YouTube

把代码移植到 ESP32 对程序员来说也许很简单，但花了我很多小时。

步骤：

1. 把所有已经是函数的部分分到各自的文件里，让代码更易读；
2. 然后打开另一个 Arduino IDE 会话，开始把代码的每一部分逐行复制到新会话中；在这个会话里，我把主文件重命名为“esp32irrigation”；
3. 把引脚重新映射到 ESP32 的引脚；
4. 在 Brackets 里对 HTML 运行 Beautify；
5. 整理代码，让引脚定义放在顶部；
6. 为 RTC 引脚创建变量；
7. 注释掉向串口监视器打印错误的部分。

代码太大，没法在 HTML 里展示，所以我留下一个链接，指向今天清晨时的代码状态： 代码在这里。

在这个视频里，你可以看到农场当前灌溉系统的测试装置。

高分辨率版本见 YouTube

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2020年6月9日

今天，在测试继电器之后，我发现有些继电器能用，有些不能用。直接在实验室电源上测试、给信号引脚加 5 伏之后，我认为这是因为 ESP32 提供的电压太低，或者是信号电压的问题。

然后我看了 Great Scott 在 YouTube 上关于 继电器和光耦的视频。

我会确保继电器至少有 5 伏电源，这是 数据手册要求的工作电压。信号用 3.3 V 应该没问题。会在现场测试。

另一个问题是电流读数，完全不对。为了让灌溉系统能工作，我会先在不测电流的情况下运行它，直到调试好。

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2020年6月10日

测试之后，关于电压问题的结论是：ESP32 不应该给继电器供电；那应该由外部电源提供，设为 5 伏。信号可以原样从 ESP32 出来，但 ESP32 必须共用同一个地。

代码里的更多改动：

1. 把显示时间的间隔从 3000 ms 增加到 5000 ms（5 s），改的是变量 RTCtimeInterval；
2. 把显示设置的间隔从 10000 ms 增加到 30000 ms（30 s），改的是变量 configTimeInterval；
3. 在继电器的 HTML 界面里设置了容易识别的名称；
4. 进一步清理了串口监视器，从设置显示中去掉了秒。

今天早上我会把装置重新投入使用，为每次灌溉设定时间，并对 ESP32 灌溉模块做现场测试。

奇怪的是，外部 RTC 时钟走时不准。我会研究在断电时用外部电池配合内部时钟。

根据 ESP 的 GitHub 仓库里这个已关闭的 issue 讨论，以及这个 ESP 精度话题，内部时钟会有漂移：“Internal RTC clock frequency error is about 5%”。这可以通过按下面原理图组装一个外部 32.768 kHz 晶振来解决：

另一个解决方案是让 ESP 始终连接互联网，从互联网获取时间更新，以补偿不准确。

醒来后的更新：

今天我去安装了临时的测试装置。我排查了几个问题。

1. 断开电脑时装置不工作。解决办法：电源接线不对；我最后接了两根 USB 线，一根给 ESP32，另一根给继电器，两者共用同一个地。我可能也用同样的办法解决了 RTC 时钟问题。

原型现在看起来是这样：

还需要接水泵和电磁阀。

希望黄蜂不介意这次入侵

给系统接线

测试中……测试中……

测试之后，我又回到代码做更多定制。

我先看了一系列 YouTube 视频，讲如何真正创建函数，然后开始创建更多函数。

基本上，我去研究了如何减少代码重复，以及如何把值传给函数。

根据现有代码，我创建了这个函数：

void turnOffRelay(int valveHere){
  // wait then turn valve relay OFF
  Serial.print("Waiting ");
  Serial.print(waitTimeValveOff / 1000);
  Serial.println("s before deactivating Valve Relay 3.");
  delay(waitTimeValveOff);
  digitalWrite(valveHere, LOW);
  valveHere = 0;
  Serial.print("*** Valve Relay ");
  Serial.print(valveHere);
  Serial.println("3 turned OFF ***");
}

警告： valveHere = 0; 会在 Serial.print(valveHere); 之前运行，所以无论哪个阀，消息总是输出“Valve Relay 03 turned OFF”。“3”在两条消息里也是写死的。请在把 valveHere 清零之前打印它（或者删掉那一行），并把写死的“3”从字符串中去掉。

每次我想调用这个函数，我就用：

      {
        int valveHere = valveRelay3;
        turnOffRelay (valveHere);
      }

我用 {} 的原因是我必须声明局部变量 valveHere；这样每次调用函数时我只要替换那一小段代码。

从技术上说，调用那个函数只需要这段代码 turnOffRelay (valveHere);，但单独这样不行，因为我总是在用 int valveHere = valveRelay3;

警告： 这些 {} 和局部变量都不需要：引脚会作为参数传入，所以只 turnOffRelay(valveRelay3); 就能完成同样的事。

我还没测试实际行为，但至少能编译 :-)

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2020年6月9日

我把它烧录到 ESP32，行为不符合预期。函数一直反复打印。我觉得我需要返回一个变量的状态，但我没这么做。我会尝试用代码 return variable; 来做到这一点，然后再测试，不过在此之前我会再看一遍关于函数的视频，以便更好地理解。

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2020年6月13日

唉……好吧，好久没更新了。嗯，最后上传的代码能工作，我也有了一些函数，但我还不满意，因为它在 Arduino 上能跑，在 PlatformIO 上却不行。到目前为止我学到的是，Arduino IDE 在背后做了很多事，而在 PlatformIO 里你需要更详细地配置。

阅读以下内容：

• PlatformIO 社区帖子
• PlatformIO 文档

最后我成功用 PlatformIO 把一个文件写入 SPIFFS。我之前已经能用 Arduino 做到，但没真正理解是怎么做到的。现在我想我可能懂了：为此我必须设置 platformio.ini 文件并按照一系列步骤建立目录树，那么来看看：

1. 我在 PlatformIO 的“Projects”标签区域创建了一个新项目文件；
2. 然后我在与 src 文件夹同级的位置创建了一个 data 文件夹。另一种选择是在 platformio.ini 文件中为 data 文件夹指定不同的路径；
3. 然后，在开发板连接的情况下，我运行 pio run -t uploadfs；
4. 我不得不从 PlatformIO 中移除 Time 库，因为它与 ESPAsyncWebServer 冲突，我是在 这里 找到相关信息的。

成功了。

通过这件事，我开始明白自己之前并不知道自己在做什么。我一开始用的代码把 HTML 放进了 Arduino sketch 里。这让我很困扰。现在有了新的理解，我可以把它与 sketch 文件分开。

然后我找到了这个教程： 使用 SPIFFS 的 ESP32 网络服务器

还有 这个，以防我想用 Arduino IDE 插件来完成上传。

我真希望自己早点更好地理解这些！我在上面花了那么多天！

到目前为止的 C++ 代码。

            /****************************************************************************
            *                                  Aknowledments                           * 
            *                                  by LucioPGN                             * 
            ****************************************************************************/
           /*  Up to this date: 07th of June 2020 I don't consider myself a programer 
            *  so I need to stand on top of giants sholders for my programing projects:
            *  A Portion of this code was based on Rui Santos Code;
            *  A Portion of this code was based on losely based Shakeels code for ESP8266;
            *  A Portion of this code was based on several websites I lost track of....!
            *  My contributions: 
            *     -So far I made it work on platformio :), that took me quite a lot of time
            *     -That means:
            *        +created a new project;
            *        +created a folder named data under the main folder (fabfarm_irrigation)
            *        +linked the platformio.ini to the folder of the project + the data folder
            *        +linked the needed libraries to their github repo in the platformio.ini
            *        +found a conflict with time library and ESPAsyncWebserverLibrary can be solved by renaming time library or by removing it
            *        +Made it work with a separate HTML file under the data folder using SPIFFS
            *        +I can load the data to Spiffs inside platformio
            *  Things I still want to program for my final project:
            *    -so far I ported Shakeels code into ESP32;
            *    -simplify the code creating functions rather than repeating the code;
            *    -try to separate the HTML part for a cleaner code (this applies to maybe mix up the other previous code to this);
            *    -Improve the appearance/Interface of the code
            *    -Add readings to HTML
            *    -Add a log of occurrences like over current
            *    -Add more safety for the equipment
            *    -Add a phone interface (APP)
            *    -Add function to set current time
            *    -Add renaming function to each relay so one can relate the relay to the area of interest or at least rename relays to actual areas of the farm.
            * 
            ****************************************************************************/
            
           
           //Required Libraries
           #include "WiFi.h"
           #include "ESPAsyncWebServer.h"
           #include "SPIFFS.h"
           #include <AsyncTCP.h>
           
           // Network Credentials
           const char* ssid = "rato";
           const char* password = "imakestuff";
           
           //Start the Async Web Server listening on port 80
           AsyncWebServer server(80);
           
           // Set to true to define Relay as Normally Open (NO)
           #define RELAY_NO false
           
           // Set number of relays, will be used in the array
           #define NUM_RELAYS  4
           
           // Assign each GPIO to a relay
           int relayGPIOs[NUM_RELAYS] = {26, 25, 33, 32};
           
           //
           const char* PARAM_INPUT_1 = "relay";  
           const char* PARAM_INPUT_2 = "state";
           
           // Replaces placeholder with button section in your web page
           String processor(const String& var){
             //Serial.println(var);
             if(var == "BUTTONPLACEHOLDER"){
               String buttons ="";
               for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){
                 String relayStateValue = relayState(i);
                 //Here parts of the HTML will be parsed to index.html like Relay # followed by its value in variable for the GPIO numbers
                 buttons+= "<h4>Turn on water on " + String(i) + "</h4><h4>Valve (relay) #" + String(i) + " - GPIO " + relayGPIOs[i-1] + "</h4><label class=\"switch\"><input type=\"checkbox\" onchange=\"toggleCheckbox(this)\" id=\"" + String(i) + "\" "+ relayStateValue +"><span class=\"slider\"></span></label>";
               }
               return buttons;
             }
             return String();
           }
           
           String relayState(int valveRelayNum){
             if(RELAY_NO){
               if(digitalRead(relayGPIOs[valveRelayNum-1])){
                 return "";
               }
               else {
                 return "checked";
               }
             }
             else {
               if(digitalRead(relayGPIOs[valveRelayNum-1])){
                 return "checked";
               }
               else {
                 return "";
               }
             }
             return "";
           }
           
           void setup(){
             // Serial port for debugging purposes
             Serial.begin(9600);
             // Initialize SPIFFS
             if(!SPIFFS.begin(true)){
               Serial.println("An Error has occurred while mounting SPIFFS");
               return;
             }
             // Set all relays to off when the program starts - if set to Normally Open (NO), the relay is off when you set the relay to HIGH
             for(int i=1; i<=NUM_RELAYS; i++){
               pinMode(relayGPIOs[i-1], OUTPUT);
               if(RELAY_NO){
                 digitalWrite(relayGPIOs[i-1], HIGH);
               }
               else{
                 digitalWrite(relayGPIOs[i-1], LOW);
               }
             }
             
             // Connect the ESP to the Wi-Fi using the credentials entered before
             WiFi.begin(ssid, password);
             while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
               delay(1000);
               Serial.println("Connecting to WiFi..");
             }
           
             // Print ESP32 Local IP Address
             Serial.println(WiFi.localIP());
           
           /*
           *Now we are going to configure the route where server will be listening for incoming HTTP requests 
           and a function that will be executed when a request is received on that route.
           We specify this by calling the "on" method on the server object. With server.on(){}; 
           As first input, this method receives a string with the path where it will be listening. 
           We are going to set it to listen for requests on the "/" route. This could be anything. 
           It is basically what you write after the ip adress when in the browser or an APP.
           This website has a great explanation of the ESP32 Arduino: Asynchronous HTTP web server
           https://techtutorialsx.com/2017/12/01/esp32-arduino-asynchronous-http-webserver/
           So... 
           - First parameter here is: "/" thats the root directory.
           - Second parameter is HTTP_GET thats an enum of type WebRequestMethod a method defined in the library here --> https://github.com/me-no-dev/ESPAsyncWebServer/blob/63b5303880023f17e1bca517ac593d8a33955e94/src/ESPAsyncWebServer.h
           - Third parameter is a the function AsyncWebServerRequest
           So there is this c++ lambda function used here. My litle understanding is that they are locally declared unamed function this means they dont have a name and are declared locally :-)
            I don't grasp the concept fully haha.
            the syntax is [captures](params){body} where in here [] is empity
           */
           
             // Route for root / web page
             server.on("/", HTTP_GET, [](AsyncWebServerRequest *request){
               request->send(SPIFFS, "/index.html", String(), false, processor);
             });
           
            // Send a GET request to <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>&state=<inputMessage2>
             server.on("/update", HTTP_GET, [] (AsyncWebServerRequest *request) {
               String inputMessage;
               String inputParam;
               String inputMessage2;
               String inputParam2;
               // GET input1 value on <ESP_IP>/update?relay=<inputMessage>
               if (request->hasParam(PARAM_INPUT_1) & request->hasParam(PARAM_INPUT_2)) {
                 inputMessage = request->getParam(PARAM_INPUT_1)->value();
                 inputParam = PARAM_INPUT_1;
                 inputMessage2 = request->getParam(PARAM_INPUT_2)->value();
                 inputParam2 = PARAM_INPUT_2;
                 if(RELAY_NO){
                   Serial.print("NO ");
                   digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], !inputMessage2.toInt());
                 }
                 else{
                   Serial.print("NC ");
                   digitalWrite(relayGPIOs[inputMessage.toInt()-1], inputMessage2.toInt());
                 }
               }
               else {
                 inputMessage = "No message sent";
                 inputParam = "none";
               }
               Serial.println(inputMessage + inputMessage2);
           
               //This is the last part of the lambda function. 
               //This method receives as first input the HTTP response code, which will be 200 in our case.  This is the HTTP response code for "OK".
               request->send_P(200, "text/plain", "OK");
             });
           
             // Start server here
             server.begin();
           }
           
           void loop(){
           
           }
        

警告： hasParam(PARAM_INPUT_1) & hasParam(PARAM_INPUT_2) 使用的是 & 的按位形式；逻辑与是 &&。对两个 bool 来说结果恰好相同，但它不会短路，正确的运算符是 &&。

此代码的当前版本（GitHub 上的 E-SPlash）

到目前为止的 HTML 代码。

<!DOCTYPE HTML><html>
<head>
  <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
  <style>
    html {font-family: Arial; display: inline-block; text-align: center;}
    h2 {font-size: 3.0rem;}
    p {font-size: 3.0rem;}
    body {max-width: 600px; margin:0px auto; padding-bottom: 25px;}
    .switch {position: relative; display: inline-block; width: 120px; height: 68px} 
    .switch input {display: none}
    .slider {position: absolute; top: 0; left: 0; right: 0; bottom: 0; background-color: #ccc; border-radius: 34px}
    .slider:before {position: absolute; content: ""; height: 52px; width: 52px; left: 8px; bottom: 8px; background-color: #fff; -webkit-transition: .4s; transition: .4s; border-radius: 68px}
    input:checked+.slider {background-color: #2196F3}
    input:checked+.slider:before {-webkit-transform: translateX(52px); -ms-transform: translateX(52px); transform: translateX(52px)}
  </style>
</head>
<body>
  <h2>Fab Farm Irrigation System</h2>
  %BUTTONPLACEHOLDER%
<script>function toggleCheckbox(element) {
  var xhr = new XMLHttpRequest();
  if(element.checked){ xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=1", true); }
  else { xhr.open("GET", "/update?relay="+element.id+"&state=0", true); }
  xhr.send();
}</script>
</body>
</html>
                

HTML 文件需要放在名为“data”的文件夹中，或者在 platformio.ini 中指定其他地址。

此代码的当前版本（GitHub 上的 E-SPlash）

它目前看起来是这样：

现在的外观和代码与 Random Nerd Tutorials 网站上用 ESP32 控制继电器的内容非常相似。

与原代码的主要区别是，它运行在 VS Code 的 PlatformIO 上，而且 HTML 文件使用了单独的文件夹结构，该文件被写入 ESP 的 SPIFFS。

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2020年6月14日

在经历了所有这些个人突破之后，我决定需要从零开始写代码，只使用农场现有灌溉系统的总体算法。原因是代码太乱、重复太多；昨天那些资料里的做法让我意识到，把功能一个一个加到最新代码里，比从农场正在运行的代码重新编写一切要快。

今天我会尝试添加更新后的信息，比如温度和湿度。我再次基于 Rui Santos 的工作 ，在这个关于气象站的页面上。用这种方法，我相信我也能用 RTC 时钟加入一天中的时间。

连接 DHT22 的原理图来自他的网站：

它使用一个 4.7k 欧姆电阻作为上拉电阻。

经过一番工作，页面现在看起来是这样：

我认为温度现在变成负数，是因为温湿度传感器坏了，或者我的接线有点松。我相信，等我自己铣一块电路板并焊好所有东西，而不是插在面包板上，这会可靠得多。不管怎样，我现在能读到数值，也能在网页界面上显示它们。

在串口监视器上，我目前能显示互联网时间和网络信息；现在我需要找到一种方法获取时间值并在网页界面中显示。目前我在代码里发送 TESTE 这个词，显示出来的就是它，而不是时间。

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2020年6月15日

今天我会专注于把时间显示在网页界面上，也许还会创建一个在指定时间打开继电器的函数。

20:44 更新：

- 经过一整天的尝试，我成功显示了机器时间和灌溉系统（ESP32）的时间。

现在界面看起来是这样：

我长大以后想当程序员 :-)，而不是把一整天花在别人几行代码就能搞定的东西上！

多亏了一位圣人，我的痛苦才结束，靠的是 这个回答，在 Arduino Stack Exchange 上。

下面是当时贴出的原始函数：

void printLocalTime()
{
  time_t rawtime;
  struct tm timeinfo;
  if(!getLocalTime(&timeinfo))
  {
    Serial.println("Failed to obtain time");
   return;
  }
  char timeStringBuff[50]; //50 chars should be enough
  strftime(timeStringBuff, sizeof(timeStringBuff), "%A, %B %d %Y %H:%M:%S", &timeinfo);
  //print like "const char*"
  Serial.println(timeStringBuff);

  //Optional: Construct String object 
  String asString(timeStringBuff);
}

经过小幅修改，把它从 void 函数变成 String 函数，并添加一个 return，我把它命名为“timeAsAString”：

//this function was found here https://arduino.stackexchange.com/questions/52676/how-do-you-convert-a-formatted-print-statement-into-a-string-variable
//I did a minor change so instead of a void function it now returns a string to be used to show time in the webinterface
String printFarmTime()
{
  time_t rawtime;
  struct tm timeinfo;
  getLocalTime(&timeinfo);
  char timeStringBuff[50]; //50 chars should be enough
  strftime(timeStringBuff, sizeof(timeStringBuff), "%A, %B %d %Y %H:%M:%S", &timeinfo);
  //print like "const char*"
  Serial.println(timeStringBuff);

  //Construct to create the String object
  String timeAsAString(timeStringBuff);
  return timeAsAString;
}

警告： 这个版本去掉了 if(!getLocalTime(&timeinfo)) 检查，所以如果 NTP 还没有响应，它会格式化出一个空的（垃圾）时间。保留这个检查，并在失败时返回类似 "time not set" 的内容。

那么，既然这个解决了，我会尝试创建按照计划时间开关继电器的函数。看看我今天能不能完成……

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结论

至于这项作业，我对目前所处的进度很满意，但我会为最终项目进一步开发网页界面。你可以从这项作业结束的地方继续，往下看 项目开发页面里的 2020年6月16日。

我和我的朋友 Jeff Knight 开了一次会，他是一名专业程序员，他帮我起草了一份计划草图，说明我想把最终项目带到哪里、我们现在在哪里。它在下面，是我为最终项目所写软件创建的 GitHub 页面的 README.md 的一部分。

下面的视频展示了功能。

高分辨率版本见 YouTube

这是最终项目网页界面的第一版计划，等你读到这段文字时，它已经发展得更多了。

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相关：网络与通信、项目开发、最终项目