又一个点阵时钟开源设计

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资料介绍

描述

这可能是一些读者的想法，什么？另一个点阵时钟？

2014 年，我设计了我的第一个版本的精确时钟，它结合了内部/外部温度计。当时时钟由 Arduino Mini 控制，并从 DCF 接收器接收时间。DCF77 是德国的本地时间发射器，但是使用该技术，设备的使用仅限于中欧。当我发现 ESP32 提供的出色选项后，我决定将设计更改为连接 WLAN 的 NTP 时钟。该时钟提供了一个 Web 界面，可以在其中配置本地时区以及要使用的 NTP 服务器。通过这种设计，时钟可以在世界上任何有 WLAN 的地方使用，如果没有 WLAN，您可以连接 GPS 接收器模块进行同步。

我的项目特点
两个温度传感器 DS18B20 或 DS18S20 通过电缆连接以测量内部和外部温度
一个湿度传感器 DHT22 用于测量内部湿度
一个 56x32 点的 LED 点阵显示器，总共 1792 个 LED（28 个 Max7219 模块）
日期字符串的可配置语言德语、英语或法语
以°F 或°C 为单位的可配置温度显示
内置 WLAN 接入点，用于所有设置（尤其是 WLAN）的
初始
配置

调试电路
12V 电源通过 DC 插孔 J1 连接到系统。它通过保险丝 F1 (1A) 为开关 DC/DC 转换器供电。需要使用开关稳压器（降压转换器，而不是线性稳压器）以避免设备过热。
稳压器必须能够在 5V 时提供至少 2、5A 的电流。
在连接显示器和 ESP 之前先测量正确的电压，确保有 5V！5V 足以运行 28 Max7219、NodeMCU ESP32 和驱动 IC 7408。
NodeMCU 有一个内置稳压器，在 MCU 的 pin1 上提供 3、3V，这用于运行 DHT22 湿度传感器和两个用于内部和外部温度的单线传感器。这两者直接从数据线获得功率（“寄生功率”）。对于外部传感器，电缆长度至少为 10m。
寄生电源通过电阻器 R1 和 R2 提供。光电晶体管 SFH300 测量环境亮度并通过低通 R3/C1 将其反馈给 MCU 的 IO36。该晶体管是可选的，其他类型的光电晶体管也可以完成这项工作。您可以使用电位器根据需要调节亮度。
该电路中的 7408 用作电平转换器和驱动器，用于向 Max7219 链发送信号。它通常在没有这样的驱动程序的情况下工作，但只能达到一定长度的链条。在我的测试过程中，如果没有它，我使用的 28 个模块的链长度将无法工作。IO16 准备从外部 GPS 模块接收 GPS 数据，以防没有可用的 WLAN 或不应该使用 WLAN。这个是可选的。

显示屏
有 28 个 LED 矩阵模块 (8x8)，由 28 个 Max7219 驱动 IC 控制。它们是菊花链式的，设置为四行，每行 7 个块。最初我买了有 4 个块的模块并将它们连接起来（每行一个块被切断），但由于块之间的空间，我对结果不满意，所以我设计了自己的 PCB，它并排放置 7 个块，没有可以选择组合其中的 4 个空格，这样我的显示现在就没有空格了。

这也可以通过随处可用的标准模块来完成，也许有一家供应商的 LED 模块并排放置。您将需要在每一行中切断一个块，因此您有四个备用 LED 块以防万一以后出现故障。接线是标准的，第一个接收数据的模块位于右下位置，数据总是从右到左，从下到上流动。

软件
对于软件设计，我使用了 Visual Studio Code 下的免费 Platform IO。框架是 Arduino，但 VS Code IDE 比 Arduino IDE 更加用户友好。网上有很多关于如何使用 Platform IO 和 ESP32 IDE 安装 VS Code 的教程。

当软件启动时，它会尝试连接到显示其 IP 地址的预配置 WLAN 几秒钟，直到它到达 NTP 服务器。首次启动时未配置任何内容，因此 WLAN 访问将失败。在这种情况下，它会切换到接入点 (AP) 模式并充当 192.168.4.1 上的 WLAN AP，您可以使用智能手机或笔记本电脑连接到该 AP。AP 名为“MatrixClock”，密码为 123456789。要打开配置网页，请使用 Web 浏览器导航至显示屏显示的 IP 地址。该网页允许您配置所需的内容，包括时钟将连接到的 WLAN 设置。保存设置并单击“重新启动”。时间以较大的数字显示，温度、湿度和日期以较小的文本显示。日期从右到左连续滚动显示日期，月、年和星期几。内部和外部温度以及内部湿度交替来回切换，而过渡包括随机动画。显示的时间、日期和温度位置每 10 分钟随机变化一次。

硬件
正如我之前提到的，我制作了特殊的 PCB，可容纳 7 个驱动器 IC 和 7 个矩阵 LED 块。定义亮度的 Max7219 驱动器上的电阻被选为 39K，这是相当高的，例如，我的蓝色模块即使调整到最低水平也太亮了。

如果您使用预建模块，您可能需要更改默认电阻（每个 LED 块只有一个，易于定位）。光电晶体管“看”向观察者的方向，环境光越多，亮度就会增加。

8x8 LED 模块有不同颜色可供选择，我能够找到红色、绿色和蓝色，但不确定是否有其他颜色可用。重要提示：LED 模块有两种不同的引脚输出。基本的区别是行和列引脚的位置以及阴极和阳极的位置。注意：如果您使用我的 PCB 而不是现成的模块，请务必根据提供的原理图使用正确的模块。如果您使用错误的模块，它将无法正常工作。

整个电路覆盖在与 LED 相同颜色的大型有机玻璃下方。它安装在一个手工制作的胶合板盒中，一个简单的矩形背板，带有四个侧壁。NodeMCU 和 7408 与 5V 稳压器和保险丝一起焊接在一块面包板上。温度传感器通过 3、5 毫米插孔和电缆连接。在这个特定的时钟中，我没有包含 DHT22，但是我测试了它的功能并且它工作正常。