又一個點陣時鐘開源設計

描述

這可能是一些讀者的想法，什么？另一個點陣時鐘？

2014 年，我設計了我的第一個版本的精確時鐘，它結合了內部/外部溫度計。當時時鐘由 Arduino Mini 控制，并從 DCF 接收器接收時間。DCF77 是德國的本地時間發(fā)射器，但是使用該技術，設備的使用僅限于中歐。當我發(fā)現(xiàn) ESP32 提供的出色選項后，我決定將設計更改為連接 WLAN 的 NTP 時鐘。該時鐘提供了一個 Web 界面，可以在其中配置本地時區(qū)以及要使用的 NTP 服務器。通過這種設計，時鐘可以在世界上任何有 WLAN 的地方使用，如果沒有 WLAN，您可以連接 GPS 接收器模塊進行同步。

我的項目特點
兩個溫度傳感器 DS18B20 或 DS18S20 通過電纜連接以測量內部和外部溫度
一個濕度傳感器 DHT22 用于測量內部濕度
一個 56x32 點的 LED 點陣顯示器，總共 1792 個 LED（28 個 Max7219 模塊）
日期字符串的可配置語言德語、英語或法語
以°F 或°C 為單位的可配置溫度顯示
內置 WLAN 接入點，用于所有設置（尤其是 WLAN）的
初始
配置

調試電路
12V 電源通過 DC 插孔 J1 連接到系統(tǒng)。它通過保險絲 F1 (1A) 為開關 DC/DC 轉換器供電。需要使用開關穩(wěn)壓器（降壓轉換器，而不是線性穩(wěn)壓器）以避免設備過熱。
穩(wěn)壓器必須能夠在 5V 時提供至少 2、5A 的電流。
在連接顯示器和 ESP 之前先測量正確的電壓，確保有 5V！5V 足以運行 28 Max7219、NodeMCU ESP32 和驅動 IC 7408。
NodeMCU 有一個內置穩(wěn)壓器，在 MCU 的 pin1 上提供 3、3V，這用于運行 DHT22 濕度傳感器和兩個用于內部和外部溫度的單線傳感器。這兩者直接從數(shù)據(jù)線獲得功率（“寄生功率”）。對于外部傳感器，電纜長度至少為 10m。
寄生電源通過電阻器 R1 和 R2 提供。光電晶體管 SFH300 測量環(huán)境亮度并通過低通 R3/C1 將其反饋給 MCU 的 IO36。該晶體管是可選的，其他類型的光電晶體管也可以完成這項工作。您可以使用電位器根據(jù)需要調節(jié)亮度。
該電路中的 7408 用作電平轉換器和驅動器，用于向 Max7219 鏈發(fā)送信號。它通常在沒有這樣的驅動程序的情況下工作，但只能達到一定長度的鏈條。在我的測試過程中，如果沒有它，我使用的 28 個模塊的鏈長度將無法工作。IO16 準備從外部 GPS 模塊接收 GPS 數(shù)據(jù)，以防沒有可用的 WLAN 或不應該使用 WLAN。這個是可選的。

顯示屏
有 28 個 LED 矩陣模塊 (8x8)，由 28 個 Max7219 驅動 IC 控制。它們是菊花鏈式的，設置為四行，每行 7 個塊。最初我買了有 4 個塊的模塊并將它們連接起來（每行一個塊被切斷），但由于塊之間的空間，我對結果不滿意，所以我設計了自己的 PCB，它并排放置 7 個塊，沒有可以選擇組合其中的 4 個空格，這樣我的顯示現(xiàn)在就沒有空格了。

這也可以通過隨處可用的標準模塊來完成，也許有一家供應商的 LED 模塊并排放置。您將需要在每一行中切斷一個塊，因此您有四個備用 LED 塊以防萬一以后出現(xiàn)故障。接線是標準的，第一個接收數(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。

軟件
對于軟件設計，我使用了 Visual Studio Code 下的免費 Platform IO。框架是 Arduino，但 VS Code IDE 比 Arduino IDE 更加用戶友好。網(wǎng)上有很多關于如何使用 Platform IO 和 ESP32 IDE 安裝 VS Code 的教程。

當軟件啟動時，它會嘗試連接到顯示其 IP 地址的預配置 WLAN 幾秒鐘，直到它到達 NTP 服務器。首次啟動時未配置任何內容，因此 WLAN 訪問將失敗。在這種情況下，它會切換到接入點 (AP) 模式并充當 192.168.4.1 上的 WLAN AP，您可以使用智能手機或筆記本電腦連接到該 AP。AP 名為“MatrixClock”，密碼為 123456789。要打開配置網(wǎng)頁，請使用 Web 瀏覽器導航至顯示屏顯示的 IP 地址。該網(wǎng)頁允許您配置所需的內容，包括時鐘將連接到的 WLAN 設置。保存設置并單擊“重新啟動”。時間以較大的數(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)滾動顯示日期，月、年和星期幾。內部和外部溫度以及內部濕度交替來回切換，而過渡包括隨機動畫。顯示的時間、日期和溫度位置每 10 分鐘隨機變化一次。

硬件
正如我之前提到的，我制作了特殊的 PCB，可容納 7 個驅動器 IC 和 7 個矩陣 LED 塊。定義亮度的 Max7219 驅動器上的電阻被選為 39K，這是相當高的，例如，我的藍色模塊即使調整到最低水平也太亮了。

如果您使用預建模塊，您可能需要更改默認電阻（每個 LED 塊只有一個，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極的位置。注意：如果您使用我的 PCB 而不是現(xiàn)成的模塊，請務必根據(jù)提供的原理圖使用正確的模塊。如果您使用錯誤的模塊，它將無法正常工作。

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

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