【Arduino 动手做】使用 ESP32 的自设置大时钟构建

得益于 Nano ESP32 和 Micro-Python，从极其简单的硬件构建了一个令人印象深刻的自设置时钟。

该时钟使用 ESP32 的内置 WIFI 从 Internet 获取时间，并设置内置实时时钟。它在 8 x 32 RGB LED 大矩阵上显示时间。

两年前，我使用 Adafruit HUZZAH32 - ESP32 Feather 构建了这个时钟。我在 Arduino C 中对其进行了编程。我使用外部 DS3231 实时时钟和小型 DC-DC 转换器为 ESP32 提供 3.3 伏电压，以 5 伏电压为显示器供电。

这个新版本使用 Arduino 的新 Nano ESP32，并使用 Python 编程。但这并不是唯一的变化。我使用的是 Nano ESP32 上的内置 RTC，并且我直接使用 Nano 的 3.3 伏电源运行显示器。这是可能的，因为 1） 令我惊讶的是，5 伏显示器在 3.3 伏电压下运行似乎非常愉快。2） 面板的 LED 在任何时候都只有少数亮起，而且我以不到其全亮度的 10% 为它们供电，因此显示屏仅消耗几毫安。

这个新时钟是用 Micro-Python 编程的！我使用了新的 Arduino Lab for Micro-Python，它仍处于 Beta 版。我不精通 Python，所以我认为尝试新事物会很有趣。它还给了我一个机会，对原始设计进行一些小的改进。

关于 Micro-Python 实验室，我应该说的一句话是，当您运行程序时，它不会保存程序更改。我使用 Arduino 的常规 IDE 自动保存我的工作，以至于我因为忘记 SAVE 而多次丢失更改。

硬件
这个项目中的硬件非常简单！9 伏砖型电源为 Nano ESP32 供电。Neopixel 显示器有三个引脚：电源、数据和接地。电源由 Nano 3.3 伏引脚提供，数据来自 ESP 引脚 9 （Arduino D6）。就是这样！！

软件
如果您构建了这个时钟，则需要在软件中输入一些自己的项目。它需要您的 WiFi 凭证以及您与 GMT 的时区偏移量。此外，还有几行代码将 24 小时制转换为 12 小时制。如果您想要 24 小时制，只需注释掉这 2 行即可。

这个项目实际上是关于软件的。发生了很多事情。作为一名 Python 程序员新手，我惊喜地发现，将我以前的 C 软件转换为适当的 Python 代码相当容易。用于 network、time、ntptime 和 neopixel 的 Python 库产生了巨大的影响。他们使所有困难的任务都变得相对容易 - 例如连接到 Internet、设置 RTC 和控制 LED 显示屏。

这个时钟的一个很好的功能是它自己设置并保持非常准确。网络库有助于建立 Internet 连接。ntptime 库从 NTP 服务器获取 NTP 时间，并使用它来设置内置的实时时钟。时间库读取 RTC 并提供小时、分钟、秒。

通过我们的 Python 代码通过 Arduino 的 Micro-Python 实验室运行，该程序将确认其与 Internet 的连接，并每秒打印一次时间。此输出对于调试非常有用，甚至可以演示大部分功能，甚至不需要 LED 显示屏。

我对这个 RTC 的质量或准确性了解不多。它似乎可以将完美的时间保持几个小时，但我没有对其进行长期测试。相反，我构建了每 24 小时重新设置为 NTP 时间。所以在每晚的 02：02：02，我的时钟再次获得 NTP 时间。这应该可以使其始终精确到几毫秒以内！

为了在我们的 LED 显示屏上显示时间，我们需要合适的字体。我们的 5x8 像素字体，数字 0-9 包含在一个名为 num 的数组中。在两年前的原始设计中，我在 RAM 的缓冲区中设置了显示器的内容，然后定期将缓冲区的内容传输到显示器。但是 Neopixel 显示器本身完全能够存储自己的内容，所以这次我将数字（和闪烁的冒号）直接写入显示器。执行此作的软件有点棘手，因为显示器是一条线性 LED 条，在显示器表面上下缠绕。neopixel 库本身不支持通过 x、y 坐标对 LED 进行寻址。我们需要在软件中执行此作，以便将我们的字体显示在显示器上。

我们的显示屏只有足够的空间容纳小时和分钟，但我想用秒做点什么，所以有一个闪烁的冒号显示秒。此外，显示屏会在一分钟内改变颜色，从绿色开始，然后过渡到蓝色，然后变成红色，然后在分钟变化时恢复为绿色。颜色每 5 秒更改一次。

其他信息
这里值得注意 Python 特有的几件事。尽管 Nano ESP32 是一个 Arduino，并且引脚的分配和标记与所有 Arduino 一样，即 D2、A0 等，但 Python 通过其 ESP32 GPIO 编号来指代引脚。所以引脚 D6 称为引脚 9，如 Pinout 表所示。

此外，我们需要我们的 clock 程序在启动时运行。在 Python 中，这是通过将程序命名为 main.py 并将其存储在 ESP32 上 boot.py 文件旁边的来实现的。Arduino Lab for Micro-Python 有两个文件目录 - 一个用于用户计算机上的程序，另一个用于 Nano 的闪存，因此将其设置为在启动时运行非常简单。只需复制程序并将其作为 main.py 存储在 Nano 上

我希望我的 Python 代码清晰易懂。经验丰富的 Python 程序员可能会指出一种更好的方法来做一些事情。我很高兴听到他们的意见。

项目代码

import time, ntptime, network, neopixel
from machine import Pin

WIFI_NETWORK = 'NetworkName'
WIFI_PASSWORD = 'NetworkPassword'
GMT_OFFSET = -7  # time zone adjustment here

# create instance of neopixel strip attached to ESP32 pin 9 (Arduino D6)
num_pixels = 256
panel = neopixel.NeoPixel(Pin(9), num_pixels)   

# Define colors
myColor = (0, 0, 15)  #starts out blue
black = (0, 0, 0)
# twelve colors that gradually transistion from green thhrough blue to red; changes occur every 5 seconds
colors = [(0,12,0),(0,12,3),(0,9,6),(0,7,7),(0,5,9),(0,4,12),(0,0,15),(4,0,14),(6,0,10),(8,0,7),(10,0,3),(12,0,0)]

timezone = GMT_OFFSET * 60 * 60   # change timezone offset to seconds

num = [  # our font for numbers 0-9
  [ 0x38,  # 001110   number 0  
    0x44,  # 010001  
    0x4C,  # 010011  
    0x54,  # 010101  
    0x64,  # 011001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000        
  [ 0x10,  # 000100   number 1  
    0x30,  # 001100  
    0x10,  # 000100  
    0x10,  # 000100  
    0x10,  # 000100  
    0x10,  # 000100  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000  
  [ 0x38,  # 001110   number 2   
    0x44,  # 010001  
    0x04,  # 000001  
    0x18,  # 000110  
    0x20,  # 001000  
    0x40,  # 010000  
    0x7C,  # 011111  
    0x00], # 000000  
  [ 0x38,  # 001110   number 3   
    0x44,  # 010001  
    0x04,  # 000001  
    0x38,  # 001110  
    0x04,  # 000001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000  
  [ 0x08,  # 000010   number 4   
    0x18,  # 000110  
    0x28,  # 001010  
    0x48,  # 010010  
    0x7C,  # 011111  
    0x08,  # 000010  
    0x08,  # 000010  
    0x00], # 000000  
  [ 0x7C,  # 011111   number 5   
    0x40,  # 010000  
    0x40,  # 010000  
    0x78,  # 011110  
    0x04,  # 000001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000  
  [ 0x18,  # 000110   number 6   
    0x20,  # 001000  
    0x40,  # 010000  
    0x78,  # 011110  
    0x44,  # 010001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000  
  [ 0x7C,  # 011111   number 7   
    0x04,  # 000001  
    0x08,  # 000010  
    0x10,  # 000100  
    0x20,  # 001000  
    0x20,  # 001000  
    0x20,  # 001000  
    0x00], # 000000  
  [ 0x38,  # 001110   number 8   
    0x44,  # 010001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x44,  # 010001  
    0x44,  # 010001  
    0x38,  # 001110  
    0x00], # 000000  
  [ 0x38,  # 001110   number 9   
    0x44,  # 010001  
    0x44,  # 010001  
    0x3C,  # 001111  
    0x04,  # 000001  
    0x08,  # 000010  
    0x30,  # 001100  
    0x00]  # 000000  
] 

# turn a specific LED at position x,y to off (0) or on (1)
def SetLED(y,x,onOff):
    if (x%2==0):
        LEDnum = 8*x + y
    else:
        LEDnum = 8*x + 7 - y
    if (onOff==1):
        panel[LEDnum] = myColor
    else:
        panel[LEDnum] = black
    # note that we haven't written this change to the panel yet
    

# put numbers onto the display using our font in positions 0-3. 
# positions 0 and 1 are for hours, while 2 and 3 are seconds
def setNum(number, myPos):
    if (myPos==0): pos = 2   # change pos to the real location in the array
    elif (myPos==1): pos = 8
    elif (myPos==2): pos = 18
    elif (myPos==3): pos = 24
    for x in range(0,6):  # now place the digit's 6x8 font on the display
        for y in range(0,8):
            if (x%2==0):  # the LEDs in the strip zigzag up and down across the display
                LEDnum = 8*(x + pos) + y
            else:
                LEDnum = 8*(x + pos) + 7 - y
            if (num[number][y] & (0b01000000 >> x)): 
                panel[LEDnum] = myColor
            else:
                panel[LEDnum] = black
    panel.write()
            
def setColon(onOff):  # turn the colon on (1) or off (0)
  SetLED(2,16,onOff)
  SetLED(1,16,onOff)
  SetLED(5,16,onOff)
  SetLED(4,16,onOff)
  SetLED(2,15,onOff)
  SetLED(1,15,onOff)
  SetLED(5,15,onOff)
  SetLED(4,15,onOff)
  panel.write()
  

# Make panel black
def clearPanel():
    panel.fill(black)   
    panel.write()    


#connect to WiFi and set the RTC
def getNTPtime():
    myWiFi = network.WLAN(network.STA_IF)
    myWiFi.active(True)
    myWiFi.connect(WIFI_NETWORK, WIFI_PASSWORD)
    # this 3 second delay worked 100% of the time for me, but you might need longer.
    time.sleep(3) # wait for connection before trying to set the time
    print()
    print("Connected to", WIFI_NETWORK)
    ntptime.settime()        # this queries the time from an NTP server and sets RTC
    myWiFi.disconnect
    
# program start
getNTPtime() # set the RTC
mytime = time.localtime(time.time() + timezone) # get time from RTC
clearPanel()

# Main loop
while(1):
    myhours = mytime[3] # store the current hour, so it can be converted to 12 hour time
    if myhours>12:  # converting to 12 hour clock; remove these 2 line if you want 24
        myhours= myhours-12  
    myseconds = mytime[5]  # store the current second so we can tell when it changes
    print("The time is", myhours,":", mytime[4], ":", mytime[5])
    if (mytime[5]%5==0): # every 5 seconds rewrite the time in a new color
        myColor = colors[int(mytime[5]/5)] # change color as minute progresses
        digit0 = int(myhours/10) # get the four individual numbers
        digit1 = int(myhours%10)
        digit2 = int(mytime[4]/10)
        digit3 = int(mytime[4]%10)
        setNum(digit0, 0)  # put them onto the display
        setNum(digit1, 1)
        setNum(digit2, 2)
        setNum(digit3, 3)
    setColon(1) # blink the colon on for 1/2 sec
    time.sleep(0.5)
    setColon(0) # blink colon off for the remaining 1/2 sec
    while (mytime[5] == myseconds):  # wait here until the second changes
        mytime = time.localtime(time.time() + timezone)
    if (mytime[3] == 2 and mytime[4] == 2 and mytime[5] == 2): # i.e at 02:02:02 each day
        getNTPtime() # get NTP time again and re-set the RTC
        mytime = time.localtime(time.time() + timezone)
复制代码

【Arduino 动手做】使用 ESP32 的自设置大时钟构建
项目链接：https://www.hackster.io/doug-dom ... -micropython-45153e
项目作者：道格·多姆克

项目视频 ：https://hackster.imgix.net/uploa ... ckmovie_16hKBtSY6W. gif?auto=format%2Ccompress&gifq=35&w=900&h=675&fit=min&fm=mp4
项目代码：https://www.hackster.io/code_files/645299/download