大型自调时钟开源分享

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资料介绍

描述

概述

我已经建立了几个时钟。我喜欢那些连接到互联网并设置自己的。这个应该是有教育意义的，因为它结合了一堆不同的技术来生产一个非常有趣的时钟。

首先，我们使用带有内置 WiFi 和许多强大功能的 ESP32 处理器。凭借其 WiFi 功能，我们从 Internet 获取 NTP 或 Epoch 时间，并使用它来配置 DS3231 RTC（实时时钟）模块。

我们将其与 32x8 灵活的 WS2812B LED 矩阵显示器相结合，并使用 FastLED 库来控制可编程 LED。我编写了自己的矩阵例程 - 即处理从单链可编程 LED（实际上是这个显示器）到由其 XY 坐标寻址的 LED 矩阵的转换的例程。

从技术上讲，由于 ESP32 是 3.3 伏逻辑，LED 矩阵是 5 伏，我们应该为数据线使用电平转换器，但我觉得没有必要。LED 显示屏对 3.3 伏逻辑信号响应良好。

最后，为了在我们的 LED 矩阵上显示时间，我们需要一种适合我们的 32 x 8 LED 矩阵的字体。我们需要软件来在显示屏上显示数字。所以我们的时钟软件做了很多事情来制作这个简单的时钟！

说到滴答声，我们的显示器只够显示小时和分钟。所以我以两种方式处理秒数。首先，闪烁的冒号显示秒。此外，显示屏的颜色会以秒为单位告诉我们大致所处的位置。一分钟开始时，显示为绿色。在前 30 秒内，它逐渐从绿色变为蓝色。在第二个 30 秒内，它逐渐从蓝色变为红色，当分钟变化时又变回绿色。这些颜色变化是使用 256 种彩虹色调完成的，这是 FastLED 库中内置的一项功能。

电源由一个 5 伏的小型墙砖提供，但 ESP32 和 RTC 还需要 3.3 伏。它源自 LM2596 可调降压稳压器模块。它需要调整并设置为 3.3 伏输出。

建筑/硬件

硬件非常简单。我们的 ESP32 板是 Adafruit Huzzah ESP32 Feather，尽管我怀疑任何 ESP32 板都可以工作。示意图如下所示：

时钟示意图

LED 显示器有一个三线输入、一个三线输出（连接到潜在的第二个显示器）和单独的电源连接。就我们的目的而言，我们只需要三线输入，它本身就可以供电。我们只以大约 6% 的最大亮度为 LED 供电，并且任何时候都只有不到一半的时间亮着，因此我们不需要连接单独的电源线。因此，我们到显示器的 3 线输入包括 +5 伏、接地和连接到 ESP32 的数字引脚 21 的单个数据输入。

DS3231 RTC模块有一个电池的地方，可以在时钟关闭时保持时间设置，但由于每次时钟上电时时钟都会将RTC重置为互联网时间，因此电池确实是不必要的。

降压稳压器是 ESP32 和 RTC 使用的 3.3 伏电压源。需要使用板载电位器将其调整为输出 3.3 伏。在连接到处理器之前将电压设置为 3.3 伏，然后在负载下再次检查电压以确认您有 3.3 伏。

上图显示了在安装显示器之前时钟是如何物理连接的。这个盒子是 3D 打印的，顶部有一个凹槽，可以容纳显示器。第二个名为“显示器支架”的 3D 打印件被放置在柔性显示器的后面，以保持其笔直并为其提供一点支撑。包括处理器在内的最终组装中的所有东西都用热胶固定到位。

软件

在我们深入了解软件的任何细节之前，需要注意一些设置项目。这个时钟通过 WiFi 设置自己，所以你需要给它你的 WiFi 凭据：WiFi 服务器名称和密码。您还需要将您的时区指定为与 GMT 的小时偏移量。（例如，我在 MST（山地标准时间），距格林威治标准时间 -7 小时。）如果您愿意，您也可以更改 NTP 时间服务器，但这不是必需的。

另一个需要注意的细节是各种#include。您可能需要安装 Makuna 的 NTPClient、FastLED 和 Rtc。RtcDS3231.h 是最后一个的一部分。您可能已经拥有的其他物品 - 我有。

安装必要的库后，您应该能够编译应用程序。现在让我们谈谈它是如何工作的。

该软件基本上由三个组件组成：

1) 通过 WiFi 连接到 Internet 到 NTP 时间服务器以获取 Epoch 时间，该时间定义为自 1970 年初以来的秒数。

2) 设置 RTC（实时时钟）并使用 Epoch 时间将其设置为正确的时间。

3) 以 24 或 12 小时格式在显示屏上显示时间。这涉及创建一个 XY 矩阵，其中各个 LED 可以通过它们的 XY 坐标来寻址，将时间分解为其组成数字，然后使用 6x8 像素字体来显示这些数字中的每一个。

我们的 setup() 例程必须处理上述所有三个过程。我们的 loop() 例程的任务稍微简单一些，只需从 RTC 读取时间并将其显示在显示器上即可。

有一些辅助例程可以帮助显示时间：

setNUM 例程使用我们的字体将单个数字放置在显示屏上的 4 个位置之一。它通过将显示在显示器上的内容存储在 32 x 8 阵列中来实现这一点。
setColon 例程只是打开或关闭构成闪烁冒号的 8 个 LED。
myHue 例程将显示的颜色作为自最后一分钟更改后的秒数来管理。
最后，refreshDisplay 例程获取 32x8 阵列的内容并将其投影到显示器上，从而纠正了显示器实际上是在 LED 矩阵上来回曲折的单串 LED 的事实。