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复古桌面VFD时钟

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简介:以ESP32-C3为主控驱动旧时代影碟播放器VFD屏制作的复古VFD时钟
星火计划2023
开源协议:CC BY-NC 3.0(未经作者授权,禁止转载)
创建时间:2023-10-10 16:49:53更新时间:2023-11-20 12:02:28

描述

项目说明

       VFD屏讨喜的显示效果想必点进这个工程的朋友多多少少看到过了吧,这个项目是我学习ESP32过程中的积累,以FUTABA的VFD屏(13-ST-GINK) + ESP32-C3为主控制作的复古桌面时钟,通过2.4Gwifi联网获取互联网时间、本地温湿度显示(独立的无线温湿度传感器,不使用温湿度传感器可以设置为日期显示)。

       时钟尺寸:117*27.2*26.7mm

       时钟使用5V供电,最大亮度下平均工作电流为280mA左右,蜂鸣器响的瞬时电流有700mA,建议使用5V1A或者输出电流更强的适配器供电

       夜间待机关闭显示下平均电流84mA左右

    B站视频

 

开源协议

      知识共享许可协议-署名-非商业使用

 

项目相关功能

       功能1:WIFI联网 HTTP获取互联网时间并显示

       功能2:无线温湿度传感器获取温湿度,可以摆放室内任意无金属屏蔽的位置(使用我开源的无线温湿度计)

       功能3:自动亮度调节

       功能4:温度、湿度异常报警

       功能5:夜间显示关闭

项目属性

      本项目为首次公开,为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

  • 画原理图
  • PCB布线
  • 画外壳、前面板面板(未达到申请打样要求已舍弃,有需要就自己画吧)
  • PCB打样申请、面板打样申请、立创商城元器件申请
  • 移植、写程序、改bug循环
  • 切割亚克力面板、买铜柱做三明治结构外壳
  • 开源结项

 

设计原理

       绝大部分元器件已匹配了立创商城以方便购买制作,VFD屏、光敏电阻需要另外购买,附件里提供了一份时钟以及温湿度计整合的bom表,温湿度计的CH571F、22uH、LED灯、CJ2302需要单独购买,如有遗漏请帮忙指出。

外壳为用两片亚克力板(前面板3mm,后面板2mm,也可以都是3mm)配合M2*9 双通滚花铜柱、M2*8+3 滚花铜柱、M2*5螺丝固定 ,亚克力板可以淘宝找店家切割(3mm灰色透明亚克力板切割2mm无色透明亚克力板切割)。

设计框图

 5V转3.3V

     ESP32-C3只有在使用wifi HTTP请求校时时功耗大些,保持wifi连接以及BLE扫描下3.3V大概90mA电流,使用RT9193-33GB可以满足供电需求故而没用DCDC降压。

 VFD屏驱动电路(屏13.8¥,购买链接)

    使用的屏为FUTABA 13-ST-84GINK,数据手册里推荐的逻辑供电为5V,逻辑供电使用3.3V 我已验证了一个多月没问题。这个屏内置了驱动IC,只需要满足供电以及通信就能轻松使用。屏的供电需要一路32V左右电压、3.9V的灯丝供电。升压32V使用了SGM6601,

灯丝供电从USB口的5V供电引出,通过二极管使电压降到3.9V左右(非稳定电流不要使用二极管降压) 还附带抬升了灯丝电位,灯丝供电使用了PMOS管+NPN三极管控制。屏的供电打开为3.3V逻辑供电>灯丝供电>32V供电,Q3的NPN三极管用于给1G扩流。

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蜂鸣器

  蜂鸣器为无源蜂鸣器,使用的是可以3.3V供电的MLT-8530,因为蜂鸣器响起来时瞬时电流比较大,如果正在使用wifi会对RT9193-33GB负荷比较大,所以使用5V+电阻限流的方式供电。

ESP32-C3模组使用

  ESP32-C3需要IO2 IO8 IO9这三个引脚启动选择,使用时请注意模组上电时这三个引脚的电平状态,不需要频繁下载程序C3使能引脚用于复位的电容可以舍去,模组的程序下载使用C3内置的CDC串口,按键1既做启动时进入下载模式  也做普通按键。

按键

    按键1:亮度设置,5档固定亮度以及自动亮度调节(自动亮度时点亮   小电视标),冷启动时进入下载模式按键。

    按键2:夜间待机   开/关(开启时点亮  开关标)。

    按键3:显示温湿度/日期   的显示切换(不使用温湿度传感器可以设置为日期显示)。

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软件说明

工程源码连接,这是一个链接,这是一个链接,这是一个链接

        程序挺简单的,使用IDF5.0开发,程序全部搬上来讲篇幅太长,这里我大概讲下实现各个功能模块实现,详细请自行看源代码。

  • configuration.h头文件里可以修改wifi账号密码(使用2.4Gwifi的路由器才能供ESP32-C3连接)、多少点校时夜间关显示待机时间以及退出时间
  • VFD屏通信使用了IO模拟SPI,大概400K的速度。时间的滚动刷新使用了屏内置驱动IC 6个CGRAM来实现,屏的1G动画使用了一个CGRAM,12个5*7点阵上方的为图标为AD寄存器控制,详情请翻阅屏的数据手册以及源码。       
  • 时间校准来自于淘宝的服务器,使用了HTTP请求,走时使用了ESP32-C3内部RTC。(题外话:B站粉丝数、天气也是使用HTTP请求获取)
  • 温湿度来自于独立的温湿度计(使用我开源的无线温湿度计),通过广播的方式发送温湿度数据,ESP32-C3通过广播扫描获取到温湿度数据,使用了
        nimble协议栈,使用时先配置使用蓝牙>nimble only 以及nimble_central_utils组件。wifi跟BLE同时开启,使用HTTP请求校时需要关闭广播扫描,校时完后再打开即可。
  • 蜂鸣器使用了LEDC产生PWM驱动。
  • 按键驱动使用了GPIO中断,有按键按下后会给时钟任务发送按键消息。按键1:亮度设置;按键2:夜间待机开关;按键3:显示   温湿度/日期  切换。
  • ADC采集光敏电阻分压处的电压,经过转换后为80-240级的亮度调节。
  • 温湿度异常报警,独立的温湿度计需要修改程序,在检测到温湿度数据异常时从5秒广播一次改为100毫秒广播一次使时钟能快速获取到异常情况。
  • 时钟任务为一个死循环不断重复执行。

 程序执行流程如下

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程序下载(不想自己配置IDF环境可以找我帮忙编译对应自家wifi账号密码的程序,附件里提供了wifi账号“ABCB”  密码“123456”的固件 , QQ群:697752852

有两种下载程序的方式(温湿度计固件附件里提供CH571_BLE_Hygrothermograph.hex,程序下载方式请到工程开源页面查看)

  1. 配置VSCode+IDF环境
  2. 使用flash_download_tool下载(下载链接)
  3. 使用ESP launchpad在线下载(地址链接)

使用flash_download_tool下载程序步骤

    按住按键1插入数据线连接到电脑确认一下是COM几,板上的typec口只接了一侧的D+ D-,正插识别不到就反插,都识别不到就好好检查焊接吧。

  1. 选择目标芯片 ESP32-C3
  2. 选择下载方式 USB
  3. 点击 OK
  4. 选择对应的3个bin文件
  5. 选择板子识别出来的COM口
  6. 点击开始

   等待烧写程序完成断电重启就行了。

 

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使用ESP launchpad在线下载步骤

按住按键1插入数据线连接到电脑确认一下是COM几,板上的typec口只接了一侧的D+ D-,正插识别不到就反插,都识别不到就好好检查焊接吧。

  1. 点击fDAaaXkdAQqo8gIZzgnr5RL2onVYtm8HW9giEreg.png选择gEKOCymS9Lb6lyC1s2234klYl7jPtAWOkicK9eqe.png,点击连接
  2. 点击ayFknd3A3LsQmZrPmmzGpDTF32s0RWDjySeQi0lo.png添加3个bin文件,烧录地址如下图
  3. 点击UiEvqyAGjTbLecZlYBASATCdpAo0s1RCRiekSIKW.png开始烧录并等待烧录完成,等待烧写程序完成断电重启就行了。

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实物展示

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设计注意事项

  1. 检查好焊接是否有短路等情况再插入电脑下载程序。
  2. 焊接好其他元器件后再焊接VFD屏,找东西垫以下屏焊接,修剪VFD屏引脚时需要注意安全。
  3. 蜂鸣器以及3个按键不能用洗板水洗。
  4. 时钟连wifi需要为2.4Gwifi,wifi账号密码在configuration.h里写。
  5. 不想自己配置IDF环境可以找我帮忙编译对应自家wifi账号密码的程序(附件里提供了wifi账号“ABCB”  密码“123456”的固件 , QQ群:697752852)

 

更新记录

2023-11-13:修复了开机日期显示为1/0   以及  湿度超过95%不会触发警报的bug。

演示视频

 

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

附件

序号文件名称下载次数
1
bootloader.bin
31
2
partition-table.bin
29
3
013ST084GINK_A_03.pdf
30
4
BOM_时钟主体以及温湿度计.xlsx
27
5
DXF_亚克力切割图_2023-11-01.dxf
27
6
CH571_BLE_Hygrothermograph.hex
27
7
ESP32-C3-RetroClock.bin
29
8
演示视频.mp4
33
克隆工程
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