描述

這可能是一些讀者的想法，什么？另一個(gè)點(diǎn)陣時(shí)鐘？

2014 年，我設(shè)計(jì)了我的第一個(gè)版本的精確時(shí)鐘，它結(jié)合了內(nèi)部/外部溫度計(jì)。當(dāng)時(shí)時(shí)鐘由 Arduino Mini 控制，并從 DCF 接收器接收時(shí)間。DCF77 是德國(guó)的本地時(shí)間發(fā)射器，但是使用該技術(shù)，設(shè)備的使用僅限于中歐。當(dāng)我發(fā)現(xiàn) ESP32 提供的出色選項(xiàng)后，我決定將設(shè)計(jì)更改為連接 WLAN 的 NTP 時(shí)鐘。該時(shí)鐘提供了一個(gè) Web 界面，可以在其中配置本地時(shí)區(qū)以及要使用的 NTP 服務(wù)器。通過(guò)這種設(shè)計(jì)，時(shí)鐘可以在世界上任何有 WLAN 的地方使用，如果沒(méi)有 WLAN，您可以連接 GPS 接收器模塊進(jìn)行同步。

我的項(xiàng)目特點(diǎn)
兩個(gè)溫度傳感器 DS18B20 或 DS18S20 通過(guò)電纜連接以測(cè)量?jī)?nèi)部和外部溫度
一個(gè)濕度傳感器 DHT22 用于測(cè)量?jī)?nèi)部濕度
一個(gè) 56x32 點(diǎn)的 LED 點(diǎn)陣顯示器，總共 1792 個(gè) LED（28 個(gè) Max7219 模塊）
日期字符串的可配置語(yǔ)言德語(yǔ)、英語(yǔ)或法語(yǔ)
以°F 或°C 為單位的可配置溫度顯示
內(nèi)置 WLAN 接入點(diǎn)，用于所有設(shè)置（尤其是 WLAN）的
初始
配置

調(diào)試電路
12V 電源通過(guò) DC 插孔 J1 連接到系統(tǒng)。它通過(guò)保險(xiǎn)絲 F1 (1A) 為開(kāi)關(guān) DC/DC 轉(zhuǎn)換器供電。需要使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器（降壓轉(zhuǎn)換器，而不是線(xiàn)性穩(wěn)壓器）以避免設(shè)備過(guò)熱。
穩(wěn)壓器必須能夠在 5V 時(shí)提供至少 2、5A 的電流。
在連接顯示器和 ESP 之前先測(cè)量正確的電壓，確保有 5V！5V 足以運(yùn)行 28 Max7219、NodeMCU ESP32 和驅(qū)動(dòng) IC 7408。
NodeMCU 有一個(gè)內(nèi)置穩(wěn)壓器，在 MCU 的 pin1 上提供 3、3V，這用于運(yùn)行 DHT22 濕度傳感器和兩個(gè)用于內(nèi)部和外部溫度的單線(xiàn)傳感器。這兩者直接從數(shù)據(jù)線(xiàn)獲得功率（“寄生功率”）。對(duì)于外部傳感器，電纜長(zhǎng)度至少為 10m。
寄生電源通過(guò)電阻器 R1 和 R2 提供。光電晶體管 SFH300 測(cè)量環(huán)境亮度并通過(guò)低通 R3/C1 將其反饋給 MCU 的 IO36。該晶體管是可選的，其他類(lèi)型的光電晶體管也可以完成這項(xiàng)工作。您可以使用電位器根據(jù)需要調(diào)節(jié)亮度。
該電路中的 7408 用作電平轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)器，用于向 Max7219 鏈發(fā)送信號(hào)。它通常在沒(méi)有這樣的驅(qū)動(dòng)程序的情況下工作，但只能達(dá)到一定長(zhǎng)度的鏈條。在我的測(cè)試過(guò)程中，如果沒(méi)有它，我使用的 28 個(gè)模塊的鏈長(zhǎng)度將無(wú)法工作。IO16 準(zhǔn)備從外部 GPS 模塊接收 GPS 數(shù)據(jù)，以防沒(méi)有可用的 WLAN 或不應(yīng)該使用 WLAN。這個(gè)是可選的。

顯示屏
有 28 個(gè) LED 矩陣模塊 (8x8)，由 28 個(gè) Max7219 驅(qū)動(dòng) IC 控制。它們是菊花鏈?zhǔn)降?，設(shè)置為四行，每行 7 個(gè)塊。最初我買(mǎi)了有 4 個(gè)塊的模塊并將它們連接起來(lái)（每行一個(gè)塊被切斷），但由于塊之間的空間，我對(duì)結(jié)果不滿(mǎn)意，所以我設(shè)計(jì)了自己的 PCB，它并排放置 7 個(gè)塊，沒(méi)有可以選擇組合其中的 4 個(gè)空格，這樣我的顯示現(xiàn)在就沒(méi)有空格了。

這也可以通過(guò)隨處可用的標(biāo)準(zhǔn)模塊來(lái)完成，也許有一家供應(yīng)商的 LED 模塊并排放置。您將需要在每一行中切斷一個(gè)塊，因此您有四個(gè)備用 LED 塊以防萬(wàn)一以后出現(xiàn)故障。接線(xiàn)是標(biāo)準(zhǔn)的，第一個(gè)接收數(shù)據(jù)的模塊位于右下位置，數(shù)據(jù)總是從右到左，從下到上流動(dòng)。

軟件
對(duì)于軟件設(shè)計(jì)，我使用了 Visual Studio Code 下的免費(fèi) Platform IO。框架是 Arduino，但 VS Code IDE 比 Arduino IDE 更加用戶(hù)友好。網(wǎng)上有很多關(guān)于如何使用 Platform IO 和 ESP32 IDE 安裝 VS Code 的教程。

當(dāng)軟件啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)嘗試連接到顯示其 IP 地址的預(yù)配置 WLAN 幾秒鐘，直到它到達(dá) NTP 服務(wù)器。首次啟動(dòng)時(shí)未配置任何內(nèi)容，因此 WLAN 訪問(wèn)將失敗。在這種情況下，它會(huì)切換到接入點(diǎn) (AP) 模式并充當(dāng) 192.168.4.1 上的 WLAN AP，您可以使用智能手機(jī)或筆記本電腦連接到該 AP。AP 名為“MatrixClock”，密碼為 123456789。要打開(kāi)配置網(wǎng)頁(yè)，請(qǐng)使用 Web 瀏覽器導(dǎo)航至顯示屏顯示的 IP 地址。該網(wǎng)頁(yè)允許您配置所需的內(nèi)容，包括時(shí)鐘將連接到的 WLAN 設(shè)置。保存設(shè)置并單擊“重新啟動(dòng)”。時(shí)間以較大的數(shù)字顯示，溫度、濕度和日期以較小的文本顯示。日期從右到左連續(xù)滾動(dòng)顯示日期，月、年和星期幾。內(nèi)部和外部溫度以及內(nèi)部濕度交替來(lái)回切換，而過(guò)渡包括隨機(jī)動(dòng)畫(huà)。顯示的時(shí)間、日期和溫度位置每 10 分鐘隨機(jī)變化一次。

硬件
正如我之前提到的，我制作了特殊的 PCB，可容納 7 個(gè)驅(qū)動(dòng)器 IC 和 7 個(gè)矩陣 LED 塊。定義亮度的 Max7219 驅(qū)動(dòng)器上的電阻被選為 39K，這是相當(dāng)高的，例如，我的藍(lán)色模塊即使調(diào)整到最低水平也太亮了。

如果您使用預(yù)建模塊，您可能需要更改默認(rèn)電阻（每個(gè) LED 塊只有一個(gè)，易于定位）。光電晶體管“看”向觀察者的方向，環(huán)境光越多，亮度就會(huì)增加。

8x8 LED 模塊有不同顏色可供選擇，我能夠找到紅色、綠色和藍(lán)色，但不確定是否有其他顏色可用。重要提示：LED 模塊有兩種不同的引腳輸出。基本的區(qū)別是行和列引腳的位置以及陰極和陽(yáng)極的位置。注意：如果您使用我的 PCB 而不是現(xiàn)成的模塊，請(qǐng)務(wù)必根據(jù)提供的原理圖使用正確的模塊。如果您使用錯(cuò)誤的模塊，它將無(wú)法正常工作。

整個(gè)電路覆蓋在與 LED 相同顏色的大型有機(jī)玻璃下方。它安裝在一個(gè)手工制作的膠合板盒中，一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形背板，帶有四個(gè)側(cè)壁。NodeMCU 和 7408 與 5V 穩(wěn)壓器和保險(xiǎn)絲一起焊接在一塊面包板上。溫度傳感器通過(guò) 3、5 毫米插孔和電纜連接。在這個(gè)特定的時(shí)鐘中，我沒(méi)有包含 DHT22，但是我測(cè)試了它的功能并且它工作正常。

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