描述

概述

我已經建立了幾個時鐘。我喜歡那些連接到互聯網并設置自己的。這個應該是有教育意義的，因為它結合了一堆不同的技術來生產一個非常有趣的時鐘。

首先，我們使用帶有內置 WiFi 和許多強大功能的 ESP32 處理器。憑借其 WiFi 功能，我們從 Internet 獲取 NTP 或 Epoch 時間，并使用它來配置 DS3231 RTC（實時時鐘）模塊。

我們將其與 32x8 靈活的 WS2812B LED 矩陣顯示器相結合，并使用 FastLED 庫來控制可編程 LED。我編寫了自己的矩陣例程 - 即處理從單鏈可編程 LED（實際上是這個顯示器）到由其 XY 坐標尋址的 LED 矩陣的轉換的例程。

從技術上講，由于 ESP32 是 3.3 伏邏輯，LED 矩陣是 5 伏，我們應該為數據線使用電平轉換器，但我覺得沒有必要。LED 顯示屏對 3.3 伏邏輯信號響應良好。

最后，為了在我們的 LED 矩陣上顯示時間，我們需要一種適合我們的 32 x 8 LED 矩陣的字體。我們需要軟件來在顯示屏上顯示數字。所以我們的時鐘軟件做了很多事情來制作這個簡單的時鐘！

說到滴答聲，我們的顯示器只夠顯示小時和分鐘。所以我以兩種方式處理秒數。首先，閃爍的冒號顯示秒。此外，顯示屏的顏色會以秒為單位告訴我們大致所處的位置。一分鐘開始時，顯示為綠色。在前 30 秒內，它逐漸從綠色變為藍色。在第二個 30 秒內，它逐漸從藍色變為紅色，當分鐘變化時又變回綠色。這些顏色變化是使用 256 種彩虹色調完成的，這是 FastLED 庫中內置的一項功能。

電源由一個 5 伏的小型墻磚提供，但 ESP32 和 RTC 還需要 3.3 伏。它源自 LM2596 可調降壓穩壓器模塊。它需要調整并設置為 3.3 伏輸出。

建筑/硬件

硬件非常簡單。我們的 ESP32 板是 Adafruit Huzzah ESP32 Feather，盡管我懷疑任何 ESP32 板都可以工作。示意圖如下所示：

時鐘示意圖

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LED 顯示器有一個三線輸入、一個三線輸出（連接到潛在的第二個顯示器）和單獨的電源連接。就我們的目的而言，我們只需要三線輸入，它本身就可以供電。我們只以大約 6% 的最大亮度為 LED 供電，并且任何時候都只有不到一半的時間亮著，因此我們不需要連接單獨的電源線。因此，我們到顯示器的 3 線輸入包括 +5 伏、接地和連接到 ESP32 的數字引腳 21 的單個數據輸入。

DS3231 RTC模塊有一個電池的地方，可以在時鐘關閉時保持時間設置，但由于每次時鐘上電時時鐘都會將RTC重置為互聯網時間，因此電池確實是不必要的。

降壓穩壓??器是 ESP32 和 RTC 使用的 3.3 伏電壓源。需要使用板載電位器將其調整為輸出 3.3 伏。在連接到處理器之前將電壓設置為 3.3 伏，然后在負載下再次檢查電壓以確認您有 3.3 伏。

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上圖顯示了在安裝顯示器之前時鐘是如何物理連接的。這個盒子是 3D 打印的，頂部有一個凹槽，可以容納顯示器。第二個名為“顯示器支架”的 3D 打印件被放置在柔性顯示器的后面，以保持其筆直并為其提供一點支撐。包括處理器在內的最終組裝中的所有東西都用熱膠固定到位。

軟件

在我們深入了解軟件的任何細節之前，需要注意一些設置項目。這個時鐘通過 WiFi 設置自己，所以你需要給它你的 WiFi 憑據：WiFi 服務器名稱和密碼。您還需要將您的時區指定為與 GMT 的小時偏移量。（例如，我在 MST（山地標準時間），距格林威治標準時間 -7 小時。）如果您愿意，您也可以更改 NTP 時間服務器，但這不是必需的。

另一個需要注意的細節是各種#include。您可能需要安裝 Makuna 的 NTPClient、FastLED 和 Rtc。RtcDS3231.h 是最后一個的一部分。您可能已經擁有的其他物品 - 我有。

安裝必要的庫后，您應該能夠編譯應用程序。現在讓我們談談它是如何工作的。

該軟件基本上由三個組件組成：

1) 通過 WiFi 連接到 Internet 到 NTP 時間服務器以獲取 Epoch 時間，該時間定義為自 1970 年初以來的秒數。

2) 設置 RTC（實時時鐘）并使用 Epoch 時間將其設置為正確的時間。

3) 以 24 或 12 小時格式在顯示屏上顯示時間。這涉及創建一個 XY 矩陣，其中各個 LED 可以通過它們的 XY 坐標來尋址，將時間分解為其組成數字，然后使用 6x8 像素字體來顯示這些數字中的每一個。

我們的 setup() 例程必須處理上述所有三個過程。我們的 loop() 例程的任務稍微簡單一些，只需從 RTC 讀取時間并將其顯示在顯示器上即可。

有一些輔助例程可以幫助顯示時間：

• setNUM 例程使用我們的字體將單個數字放置在顯示屏上的 4 個位置之一。它通過將顯示在顯示器上的內容存儲在 32 x 8 陣列中來實現這一點。
• setColon 例程只是打開或關閉構成閃爍冒號的 8 個 LED。
• myHue 例程將顯示的顏色作為自最后一分鐘更改后的秒數來管理。
• 最后，refreshDisplay 例程獲取 32x8 陣列的內容并將其投影到顯示器上，從而糾正了顯示器實際上是在 LED 矩陣上來回曲折的單串 LED 的事實。

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