基于ESP8266做一个带有RGB效果，兼温度监测的迷你时钟

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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

1. 首先用librarie初始化代码：

#include<ESP8266WiFi.h>
#include<Adafruit_NeoPixel.h>
#include<WiFiUdp.h>
#include<NTPClient.h>
#include<TimeLib.h>
#include<DHT.h>
#include<Adafruit_Sensor.h>

1. 定义所有Pixels、I/O引脚、传感器引脚：

#definePIXEL_PER_SEGMENT3//NumberofLEDsineachSegment
#definePIXEL_DIGITS4//NumberofconnectedDigits
#definePIXEL_PIN2//GPIOPin
#definePIXEL_DASH1//Binarysegment
#defineLDR_PINA0//LDRpin
#defineDHT_PIN13//DHTSensorpin
#defineBUTTON_PIN12//Buttonpin

1. 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)

1. Pixel上的时间设置：

voiddisp_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<ESP8266WiFi.h>
#include<Adafruit_NeoPixel.h>
#include<WiFiUdp.h>
#include<NTPClient.h>
#include<TimeLib.h>
#include<DHT.h>
#include<Adafruit_Sensor.h>

#definePIXEL_PER_SEGMENT3//NumberofLEDsineachSegment
#definePIXEL_DIGITS4//NumberofconnectedDigits
#definePIXEL_PIN2//GPIOPin
#definePIXEL_DASH1//Binarysegment

#defineLDR_PINA0//LDRpin
#defineDHT_PIN13//DHTSensorpin
#defineBUTTON_PIN12//Buttonpin

//Uncommentthetypeofsensorinuse
#defineDHT_TYPEDHT11//DHT11
//#defineDHT_TYPEDHT22//DHT22(AM2302)
//#defineDHT_TYPEDHT21//DHT21(AM2301)

#defineTIME_FORMAT12//12=12hoursformat||24=24hoursformat

Adafruit_NeoPixelstrip=Adafruit_NeoPixel((PIXEL_PER_SEGMENT*7*PIXEL_DIGITS)+(PIXEL_DASH*2),PIXEL_PIN,NEO_GRB+NEO_KHZ800);
DHTdht(DHT_PIN,DHT_TYPE);

//setWi-FiSSIDandpassword
constchar*ssid="Hackster";
constchar*password="*************";

WiFiUDPntpUDP;
//'time.nist.gov'isused(defaultserver)with+1houroffset(3600seconds)60seconds(60000milliseconds)updateinterval
NTPClienttimeClient(ntpUDP,"time.nist.gov",19800,60000);//GMT+5:30:5*3600+30*60=19800

intperiod=2000;//Updatefrequency
unsignedlongtime_now=0;
intSecond,Minute,Hour;

//setdefaultbrightness
intBrightness=40;
//currenttemperature,updatedinloop()
intTemperature;

boolShow_Temp=false;

//Digitsarray
bytedigits[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
};

//ClearallthePixels
voidclearDisplay(){
for(inti=0;i<strip.numPixels();i++){
strip.setPixelColor(i,strip.Color(0,0,0));
}
strip.show();
}

voidsetup(){
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);
}

voidloop(){
if(WiFi.status()==WL_CONNECTED){//checkWiFiconnectionstatus
intsensor_val=analogRead(LDR_PIN);
Brightness=40;
timeClient.update();
intHours;
unsignedlongunix_epoch=timeClient.getEpochTime();//getUNIXEpochtime
Second=second(unix_epoch);//getseconds
Minute=minute(unix_epoch);//getminutes
Hours=hour(unix_epoch);//gethours

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();//ShowTime
}
}

voiddisp_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();
}

voiddisp_Dash(){
intdot,dash;
for(inti=0;i<2;i++){
dot=2*(PIXEL_PER_SEGMENT*7)+i;
for(intj=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));
}
}
}

voidwriteDigit(intindex,intval){
bytedigit=digits[val];
intmargin;
if(index==0||index==1)margin=0;
if(index==2||index==3)margin=1;
if(index==4||index==5)margin=2;
for(inti=6;i>=0;i--){
intoffset=index*(PIXEL_PER_SEGMENT*7)+i*PIXEL_PER_SEGMENT+margin*2;
uint32_tcolor;
if(digit0x01!=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(intj=offset;j<offset+PIXEL_PER_SEGMENT;j++){
strip.setPixelColor(j,color);
}
digit=digit>>1;
}
}

第11步：完整电路图

第12步：PCB设计

这是主要的PCB设计，用于显示数字和其他字母。

第13步：故障处理

1. “Din”与“Dout”是串联在一起的，如果接反了或从哪里断开了，整个装置就会停止工作。

2. 如上图所示，连接“Dash”部分。

3. 确保所有的连接都焊接好了，干焊会导致数据值和颜色的改变。

4. 在焊接的时候，注意PCB温度不要太高。

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