基于ESP8266做一个带有RGB效果，兼温度监测的迷你时钟

电子工程世界 2022-08-27 07:30

TI MCU方案：能源基础设施实时控制 如何增强能源基础设施的实时控制？

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本周分享一个迷你但功能齐全的时钟项目，带有RGB效果，兼具温度监测功能。

第1步：材料准备

NodeMCU (ESP8266)
定制PCB板
连接线
电池 5v

构思

用NodeMCU显示时间，用Arduino监测温度；可以选择在每秒钟改变显示的颜色。

迷你LED的额定电压是3.0V到5.5V，16mA（每个LED）。

我们的NodeMCU有3.3V的稳压器，可以正常驱动所有的LED。

第2步：LED WS2812B 3030

这里使用了WS2812 NeoPixel Led，它带有集成的IC，这样我们就可以对每段进行单独寻址。不仅LED是可寻址的，而且还可以改变每个像素的颜色（改变0-255（8位值）的数字值）。

LED有4个引脚，此外，这些LED具有数据输入和数据输出功能，通过这些功能，我们可以把它们连接起来，显示文字或数据。

第3步：使用NeoPixel Led制作

要制作这个面板，首先我们可以仔细观察一下实际的液晶显示器。这样我们就可以复制段的排列，并为它编写代码。

在上图，各段被命名为A、B、C、D、E、F、G，为了连接所有的段，我们使用串联数据和平行电源的方法：所有的电源线，GND和VCC被并联到所有的LED上；数据输出被提供给串联的下一个LED的数据输入；把第一个面板的Dout连接到第二个面板的Din。

第4步：连接

为了连接小时和分钟的面板，我们在两者之间放一个小的PCB板，就是上图中的"Dash"。

第5步：NodeMCU/ESP8266

ESP8266集成了一个32位Tensilica处理器，标准的数字外围接口。

ESP8266具有板载Wi-Fi支持，利用它可以通过互联网调整时间而不需要任何RTC（实时时钟）模块。这样减少了连接，可以使整个项目变得更简单一些。

如果你使用下面的代码，那么可以在这个7段时钟中添加两个额外的功能。

第6步：温度和湿度

在13号针脚上添加一个DHT11传感器，在12号针脚上添加一个触觉按钮，这样我们就可以在屏幕上获得摄氏或华氏的温度值。

用一个10k电阻将按钮的12号针脚连接到5V，另一端连接到GND。也就是说，当按钮针脚被拉到GND时，显示器将显示温度读数。

如果没有这个温度传感器，代码也可以正常运行，所以如果你想保持尽可能简单的话，可以不需要这些连接。

第7步：亮度控制

通过在A0引脚上做一个电阻分压器网络，添加一个带有10k电阻的LDR传感器，可以相应地改变亮度。

白天的亮度高，晚上的亮度低。

如果你不想要可调节的亮度，下面的代码也可以在没有这些传感器的情况下正常运行，它会保持默认设置。

第8步：7段时钟

我在EasyEDA中设计了电路，这里使用了3个LED。因此，每块面板总共需要21个LED。

底层做了连接引脚，这样别人就看不到连接和布线了。

CPL、BOM和Gerber文件在GitHub仓库：

https://github.com/halfstudents/ESP8266-Wi-Fi-based-7-Segment-Display-clock

第9步：连接

使用上面的原理图连接NodeMCU。

这边用到的软件是Cirkit Designer，一个非常不错的软件。

平时你可以在学校演示的时候用这个线图、面包板电路以及创建一些自定义组件。另外，它最近还增加了代码编译、BOM和一些新的元件。

使用Cirkit Designer，我们可以绘制出逼真的电路图，这些电路图与物料清单相连接，这样就可以无缝订购电路中的部件。

Windows、Linux、Mac都可以使用，下载地址：https://www.cirkitstudio.com/download.html

第10步：代码部分

首先用librarie初始化代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include

定义所有Pixels、I/O引脚、传感器引脚：

#define PIXEL_PER_SEGMENT 3 // Number of LEDs in each Segment
#define PIXEL_DIGITS 4 // Number of connected Digits
#define PIXEL_PIN 2 // GPIO Pin
#define PIXEL_DASH 1 // Binary segment
#define LDR_PIN A0 // LDR pin
#define DHT_PIN 13 // DHT Sensor pin
#define BUTTON_PIN 12 // Button pin

调整时间，使用Wi-Fi连接互联网到ESP8266：

WiFi.begin(ssid, password);
Serial.print("Connecting.");
while ( WiFi.status() != WL_CONNECTED )

Pixel上的时间设置：

void disp_Time() {
clearDisplay();
writeDigit(0, Hour / 10);
writeDigit(1, Hour % 10);
writeDigit(2, Minute / 10);
writeDigit(3, Minute % 10);
writeDigit(4, Second / 10);
writeDigit(5, Second % 10);
disp_Dash();

5）面板显示的颜色设置：

if (index == 0 || index == 1 ) color = strip.Color(0, Brightness, 0);
if (index == 2 || index == 3 ) color = strip.Color(0, Brightness, 0);
if (index == 4 || index == 5 ) color = strip.Color(Brightness, 0, 0);

完整代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define PIXEL_PER_SEGMENT  3     // Number of LEDs in each Segment
#define PIXEL_DIGITS       4     // Number of connected Digits 
#define PIXEL_PIN          2     // GPIO Pin
#define PIXEL_DASH         1    // Binary segment

#define LDR_PIN       A0    // LDR pin
#define DHT_PIN       13    // DHT Sensor pin
#define BUTTON_PIN    12    // Button pin

// Uncomment the type of sensor in use
#define DHT_TYPE    DHT11     // DHT 11
//#define DHT_TYPE    DHT22     // DHT 22 (AM2302)
//#define DHT_TYPE    DHT21     // DHT 21 (AM2301)

#define TIME_FORMAT        12    // 12 = 12 hours format || 24 = 24 hours format 

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel((PIXEL_PER_SEGMENT * 7 * PIXEL_DIGITS) + (PIXEL_DASH * 2), PIXEL_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
DHT dht(DHT_PIN, DHT_TYPE);

// set Wi-Fi SSID and password
const char *ssid     = "Hackster";
const char *password = "*************";

WiFiUDP ntpUDP;
// 'time.nist.gov' is used (default server) with +1 hour offset (3600 seconds) 60 seconds (60000 milliseconds) update interval
NTPClient timeClient(ntpUDP, "time.nist.gov", 19800, 60000); //GMT+5:30 : 5*3600+30*60=19800

int period = 2000;   //Update frequency
unsigned long time_now = 0;
int Second, Minute, Hour;

// set default brightness
int Brightness = 40;
// current temperature, updated in loop()
int Temperature;

bool Show_Temp = false;

//Digits array
byte digits[12] = {
  //abcdefg
  0b1111110,     // 0
  0b0110000,     // 1
  0b1101101,     // 2
  0b1111001,     // 3
  0b0110011,     // 4
  0b1011011,     // 5
  0b1011111,     // 6
  0b1110000,     // 7
  0b1111111,     // 8
  0b1110011,      // 9
  0b1001110,     // C
  0b1000111,     // F
};

//Clear all the Pixels
void clearDisplay() {
  for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {
    strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0));
  }
  strip.show();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  strip.begin();
  strip.show();

  dht.begin();
  pinMode(BUTTON_PIN, INPUT);

  WiFi.begin(ssid, password);
  Serial.print("Connecting.");
  while ( WiFi.status() != WL_CONNECTED ) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println("connected");
  timeClient.begin();
  delay(10);
}

void loop() {
  if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) { // check WiFi connection status
    int sensor_val = analogRead(LDR_PIN);
    Brightness =40;
    timeClient.update();
    int Hours;
    unsigned long unix_epoch = timeClient.getEpochTime();   // get UNIX Epoch time
    Second = second(unix_epoch);                            // get seconds
    Minute = minute(unix_epoch);                            // get minutes
    Hours  = hour(unix_epoch);                              // get hours

    if (TIME_FORMAT == 12) {
      if (Hours > 12) {
        Hour = Hours - 12;
      }
      else
        Hour = Hours;
    }
    else
      Hour = Hours;
  }

  if (digitalRead(BUTTON_PIN) == LOW) {
    Show_Temp = true;
  }
  else
    Show_Temp = false;

  if (Show_Temp) {
    Temperature = dht.readTemperature();
    Serial.println(Temperature);
    clearDisplay();
    writeDigit(0, Temperature / 10);
    writeDigit(1, Temperature % 10);
    writeDigit(2, 10);
    strip.setPixelColor(28, strip.Color(Brightness, Brightness,  Brightness));
    strip.show();
    delay(3000);
    clearDisplay();
    Show_Temp = false;
  }
  while (millis() > time_now + period) {
    time_now = millis();
    disp_Time();     // Show Time
  }
}

void disp_Time() {
  clearDisplay();
  writeDigit(0, Hour / 10);
  writeDigit(1, Hour % 10);
  writeDigit(2, Minute / 10);
  writeDigit(3, Minute % 10);
  writeDigit(4, Second / 10);
  writeDigit(5, Second % 10);
  disp_Dash();
  strip.show();
}

void disp_Dash() {
  int dot, dash;
  for (int i = 0; i < 2; i++) {
    dot = 2 * (PIXEL_PER_SEGMENT * 7) + i;
    for (int j = 0; j < PIXEL_DASH; j++) {
      dash = dot + j * (2 * (PIXEL_PER_SEGMENT * 7) + 2);
      Second % 2 == 0 ? strip.setPixelColor(dash, strip.Color(0,Brightness ,0)) : strip.setPixelColor(dash, strip.Color(0, Brightness,0));
    }
  }
}

void writeDigit(int index, int val) {
  byte digit = digits[val];
  int margin;
  if (index == 0 || index == 1 ) margin = 0;
  if (index == 2 || index == 3 ) margin = 1;
  if (index == 4 || index == 5 ) margin = 2;
  for (int i = 6; i >= 0; i--) {
    int offset = index * (PIXEL_PER_SEGMENT * 7) + i * PIXEL_PER_SEGMENT + margin * 2;
    uint32_t color;
    if (digit & 0x01 != 0) {
      if (index == 0 || index == 1 ) color = strip.Color(Brightness, 0,  Brightness);
      if (index == 2 || index == 3 ) color = strip.Color(Brightness, 0,Brightness);
      if (index == 4 || index == 5 ) color = strip.Color(Brightness, 0,  0);
    }
    else
      color = strip.Color(0, 0, 0);

    for (int j = offset; j < offset + PIXEL_PER_SEGMENT; j++) {
      strip.setPixelColor(j, color);
    }
    digit = digit >> 1;
  }
}