[重大更新] ESP8266 WS2812 数码管时钟

板载资源：

  1路MAX7219

    （DIN-GPIO13；CLK-GPIO14；CS-GPIO15）

  1路DHT11

    （GPIO2）

  1路蜂鸣器

    （GPIO4）

  1路22枚WS2812b彩灯

    （GPIO5）

  1路光敏传感器

    （型号：GL5528（10K-20K），通过两级分压电路

        （第一级光敏+10K电阻，第二级220K电阻+100K电阻）连接至ESP-12F的A0引脚）

  2枚按键

    （一枚MODE/SET“万能”按键（所有功能均由它控制，该按键为上拉输入，连接至GPIO12，可设置为INPUT_PULLUP）、

          一枚RST重置按键）

  主控ESP-12F模组

    （TTL的TX、RX、GND已引出，GPIO0和GND连接至“FLASH”跳线，背面还引出供电引脚（带SS34防反接），

        解决MicroUSB立式插座难焊接的问题）

 

代码已放在附件中，有需要可自行下载。

 

Arduino添加ESP8266环境和烧录模组的方式请自行百度，烧录方式参考这篇文章：

https://blog.csdn.net/lyndon_li/article/details/124181888

 

以下是程序变量定义：

①开机初始状态设置，true代表有声音，false代表静音。在开机状态下按住MODE/SET键后短按一下RST，数码管全显后再松开MODE/SET键，则可以切换为和snd相反的状态（即true变false，false变true，该状态不保存，每次开机需重新设定）

②是否有DHT11模块存在，若有则设为true（在模式4和模式5会显示温湿度），若没有则设为false（模式4和模式5会显示FAIL，避免系统一直检测不存在的DHT11）

③整点报时设置，true代表开启，false代表关闭。

 

模式解析：

m的值	模式名称	屏幕显示内容	DIG1显示内容	DIG2显示内容	WS2812显示内容	备注
0	Empty	0-EP	时间	休眠	休眠	亮度最低、最省电的模式
1	Second	1-SE	时间	秒	休眠	上下两只数码管秒点同时闪烁
2	Weekday	2-Ed	时间	星期	休眠	DIG2显示"d:x"，周一至周六对应的x值为1~6，周日时x=0（可根据需要修改程序让DIG2在周日显示d:7，存储星期的变量是int类型的”weekDay“）
3	Date	3-dA	时间	日期	休眠	日期有时准，有时不准，可根据需要更改算法或设为其他模式
4	Temperature	4-tE	时间	温度	休眠	DIG2格式：xx℃
5	Humidity	5-HU	时间	湿度	休眠	DIG2格式：xx%（百分号有点不像）
6	Only LED	6-OL	休眠	休眠	虚拟时钟表盘	红色代表时针，绿色代表分针，蓝色代表秒针
7	LED Clock	7-LC	时间	秒	虚拟时钟表盘	同上
8	Night Light	8-NL	休眠	休眠	小夜灯（暖色）	RGB(5,5,2) 颜色配置
9	Colorful Light	9-CL	休眠	休眠	彩灯（循环跑马）	(黑)→红→绿→蓝→红→黄→白→青→蓝 （循环）
-	自定义	----	/	/	/	可自定义函数（全局搜索”//Undefined“，第一处为更改模式时的显示（”----“），第二处为自定义代码放置处（需先删除已有的三行代码））

以上是模式介绍。

 

放几张图片：

m=0：

m=1：

m=2：

m=3:

m=4:

m=5:

m=6:

m=7:

m=8:

m=9:

以上是10个模式的示意图。

 

使用方法：

1.焊接或贴片元件。（DIG1为0.56寸共阴时钟数码管，DIG2为0.4寸共阴时钟数码管，若使用白色数码管，则R1应在100K以上而非10K，否则亮度会太高（我用的是220K，效果不错，若是在夜间使用，则建议680K；焊接DHT11时请先将引脚从根部往下折弯90°（开孔朝上），然后对准孔位进行焊接。如果顺利的话，DHT11应该能覆盖下图中的矩形））

 

2.先用跳线帽或杜邦线短接丝印“FLASH”的2pin插针（新版使用丝印“FLASH”的按键，按住“FLASH”按键再上电，等ESP-12F的蓝灯闪一下之后再松开按键；也可以在上电之后按住“FLASH”键再短按“RST”键，等ESP-12F蓝灯闪一下后松手），然后给时钟上电，ESP-12F的蓝灯会闪一下，说明电路搭建没有问题。

 

3.将USB转TTL模块插上电脑，TTL模块的TX、RX、GND分别接时钟正面（新版的TTL排针在反面）丝印“TTL”的3pin插针的R、T、G（交差连接），并打开设备管理器记录下当前TTL模块的端口号。

 

4.打开配置好ESP8266开发环境的Arduino IDE软件，Ctrl+O打开程序文件（MAX7219_PCB_Clock.ino），打开库管理器，搜索并安装以下库：

        AceSegment (0.12.0)

        AceSPI (0.4.0)

        NTPClient (3.2.1)

        DHT sensor library (1.4.3)

        Adafruit NeoPixel (1.10.4)

        WiFiManager (0.15.0)

 

5.安装好后，先选择刚刚记录下的端口（“工具”>“端口”），然后点击上传，如果提示没有库文件就把附件中的库复制到“项目文件夹\libraries”文件夹中并替换，或者按报错信息修改参数。（有时会遇到奇怪的问题，如“为xxx编译时出错”，解决方法是复制所有代码后新建一个草稿并将代码粘贴进去，然后保存并上传）

 

6.等待编译并上传。

 

7.上传成功后，拔掉短接“FLASH”跳线的杜邦线或跳线帽（新版使用“FLASH”按键，可以跳过这一步），然后按下按键“RST”，系统应该会重启，两只数码管都显示“88:88”，所有LED点亮白色。若有灯不亮或数码管不亮，则检查焊点是否有虚焊，尤其是MAX7219四个角的引脚（那四个是信号脚，分别是DIN、DOUT、CLK、CS。WS2812旁边的电容可以不焊，但MAX7219芯片旁的C22一定要焊！由于信号通讯原因，MAX7219必须要有滤波电容。我曾经就有一次忘记焊了，屏幕只会闪一下，我当时还以为它坏了，结果接上电容立马就好了）和WS2812的四个引脚（焊盘非常小，电烙铁很难焊接，可以根据需要更改焊盘大小）。有时数码管会在上电时一直全显，那是因为电路中的噪音误触发了MAX7219的检测模式。此时只要断电在重新上电就可以了。（PCB中的信号线已加粗）

 

8.若snd=false，则在开机后DIG1会显示NS（No Sound），等待几秒后，所有LED会熄灭；若snd=true，则蜂鸣器会发出提示音。接着LED_STATE点亮红色，DIG1显示“AP”。等待一会儿后，就可以用手机或电脑（甚至Kindle）在WiFi设置中搜寻到名为“ESP8266_Clock”的AP接入点，连接并等待页面跳转到192.168.4.1，若没有则手动输入该IP地址，等界面加载完成后，点击“Configure WiFi”，选择你的WiFi网络的名称（SSID）并输入密码，然后点“Save”，若密码无误，则不久后DIG1会显示“GO”，若环境足够亮，LED_STATE会亮绿色。如果snd=true，则蜂鸣器会在联网成功后响4声。

 

9.如果本来有声音而你想静音，或者本来没声音而你想打开声音，则先按住 MODE/SET 键不放，再短按 RST 键，等屏幕显示的内容变化后再松开 MODE/SET 键，此时ESP8266会重新连接网络，并静音或打开声音。一句话说就是在开机时按住 MODE/SET 键可以改变当前的声音设置。

 

10.如果以上步骤都完成了，那么恭喜你，你现在可以开始使用时钟了。长按 MODE/SET 键直到屏幕显示你想要的模式（模式代码见前文表格）后立刻松手（程序中有500ms的模式切换间隔），ESP8266将会切换至相应模式并将其写入EEPROM，下次启动时会记忆上次的模式，不需重新设定。

 

11.若在时间显示模式（模式0~模式7）中WiFi断开，则屏幕和彩灯会熄灭，LED_STATE会红色呼吸慢闪，此时系统不接受 MODE/SET 的按键信号（即按键没反应），网络连接恢复后会自动重新连接，并显示时间（该时钟没有RTC实时时钟模块）。如果你想更换网络，那就按下 RST 键，系统会重启并显示“AP”，这时你就可以用手机为其重新配网。若是在其他模式下网络断开，则LED_STATE会点亮浅红色，不影响当前模式使用。在正常使用模式下，如果环境光足够亮，则LED_STATE会点亮浅绿色。

 

12.程序中有设置整点报时，在整点时如果snd=true，则蜂鸣器会响10声（00秒至09秒）；如果snd=false，则正面的LED_STATE和背面的LED_BACKGROUND会蓝色呼吸快闪10次左右（原来的程序只会闪7次左右，附件中的视频就是原先的程序）。注意，该时钟不支持设置报时范围，所以如果需要在夜间使用，那么请将snd设为false以免打扰到睡眠，或更改程序。（程序中的报时功能可在变量定义中设定（前文有））

 

------------------------------PCB已更新(2022-10-01)------------------------------

1.更新后的PCB删除了原先的LED_BUZ，因为这个灯没什么用；

 

2.改变了USB_IN立式母座的位置，方便后期加固焊点（原先在数码管正后方，松动了也加固不了，因为焊点被数码管盖住了）；

 

3.改用四层板（原先的两层板自动布线一直布不上，总是无法连接MAX7219芯片和数码管，改了很多次才发现有两条线确实无法跨过其他走线，于是只好改用四层板），加粗走线（JLC依然可以免费打板，不过限制在绿色）。

 

------------------------------PCB已更新(2022-11-01)------------------------------

1.增加PWR指示灯，上电即点亮，可以不焊接。

 

2.更改蜂鸣器位置，方便焊接（请先焊接蜂鸣器再焊接数码管，否则蜂鸣器非常难安装）。

 

3.引出MAX7219、DHT11、WS2812的数据引脚，可以只焊接ESP-12F最小系统并外接其他模块（如MAX7219显示模块、DHT11模块、WS2812灯环等），也可以把该时钟当作显示模块使用（适用于已经有NodeMCU或D1 Mini等开发板的情况），两种接法见下：

①外接模块：

②作为模块使用：

③当然，也可以不使用本时钟板，直接使用NodeMCU和显示模块、按键模块等对接。

为方便改装，现给出各按键GPIO定义：

按键	对应引脚	电阻
MODE/SET	GPIO12	10K上拉
RST	RST	10K上拉
FLASH	GPIO0	10K上拉

可以使用网上便宜的按键（一般默认上拉，需将NodeMCU开发板的3V3引脚接到按键模块的GND引脚，NodeMCU开发板的GND引脚接到按键模块的VCC引脚，输入引脚直接连接按键模块的OUT引脚即可）或者触摸模块代替（TTP223触摸需要设置为触摸时输出低电平+点动）。

e.g.按键模块（红线是NodeMCU的3V3，橙线是NodeMCU的GPIO12，棕线是NodeMCU的GND，三根线分别连接按键模块的GND、OUT、VCC）

这些是其余模块的引脚：

模块引脚	ESP8266 GPIO  (请根据引脚映射连接NodeMCU)	备注
DHT11温湿度传感器---DAT	2	推荐接3V3供电
BUZZER蜂鸣器模块---I/O	4	正极接3V3或5V均可，使能端连接GPIO4，负极接GND
WS2812彩灯---DAT	5	灯珠使用5V供电，数据线直连GPIO5
MAX7219数码管显示模块---DIN	13	MAX7219模块使用5V供电
MAX7219数码管显示模块---CLK	14	MAX7219模块使用5V供电
MAX7219数码管显示模块---CS	15	MAX7219模块使用5V供电
光敏电阻模块---AO	A0	光敏电阻模块使用3.3V供电
按键MODE/SET---OUT	12	连接GPIO12上拉10K电阻输入

 

 

4.为了便于焊接，大部分电阻采用R2512封装，少数R2010封装（R2512的全部是10K电阻，R2010的是光敏电阻的分压电路，一个220K，一个100K）。

 

5.将FLASH跳线更改为按键（在背面），便于调试时烧录，也可以在程序中为其自定义功能（GPIO0也是可以作为输入的）。

 

------------------------------程序已更新(2022-11-04)------------------------------

增加新的程序文件：MAX7219_PCB_Clock_Inverted.zip。若使用MAX7219模块而非本时钟作为时间显示的话，原来的程序MAX7219_PCB_Clock.ino会出现以下问题（对比一下）：

很明显，下面那个MAX7219数码管模块的显示顺序反了，“8：57：08”变成了“80：75：8”。如果遇到该问题，请烧录MAX7219_PCB_Clock_Inverted.ino而非MAX7219_PCB_Clock.ino*。MAX7219_PCB_Clock.ino是按Seg7至Seg0的顺序写的，MAX7219_PCB_Clock_Inverted.ino是按Seg0至Seg7的顺序写的，可以适配几乎所有的MAX7219显示模块。

 

________________________________________________________

*因为设计PCB时是按MAX7219CWG芯片的Datasheet连线的，第一位到第八位分别对应MAX7219芯片的DIG0至DIG7，而市面上大多数MAX7219模块是按DIG7到DIG0的顺序连接数码管的（就连“AceSegment”库的开发者都是按DIG7到DIG0的顺序写的），所以如果使用PCB作为时钟就需要把0-7倒过来，第一位（左上↖）至第八位（右下↘）分别对应程序中的Seg7至Seg0。

 

这是刷了MAX7219_PCB_Clock_Inverted.ino的ESP8266控制MAX7219显示模块的效果：

该问题已经修复了。（显示的秒不一样是由于NTP时间更新问题，程序中设置每一秒校准一次时间，所以会有±1秒的误差）

 

------------------------------程序已更新(2022-12-17)------------------------------

为满足部分没有WiFi连接的场景，程序增加了2个（附件6和7），带“No_Checking”的固件不会因没有WiFi连接而关闭数码管并闪红灯。

 

------------------------------文本已更新(2023-01-11)------------------------------

*修正了一些错别字和错误标点。

 

------------------------------程序已更新(2023-10-22)------------------------------

在1024前两天的今天，这个项目终于迎来了重磅更新！（不过这可能是最后一次更新了，请期待后续带RTC时钟芯片的版本）

由于上了高中，可能时间不是很多，遇到问题可以在评论区留言，看到了一定回。

 

新增序号为8-11的4个文件，包括一个库文件的压缩包，两个程序文件的压缩包和一个演示视频。

 

*解决日期显示错误的问题。（解决办法：使用NTPClient-New.zip里的NTPClient文件夹替换libraries里的NTPClient文件夹，新版NTPClient库自带“getFormattedTime()”函数，可以获取到正确的日期。该库原有的功能没有其他变化，可以直接替换）

 

*所有设置可以仅通过MODE/SET按键完成，脱离上位机。启动时按住MODE/SET键可以恢复默认设置，蜂鸣器长响一声。

 

模式10为设置模式，该模式下短按按键可以调节当前闪烁的值，长按按键设置下一个。（按键按下时顶部的5个灯会依次点亮白色，在点亮的灯的个数为1-4个时松开按键为短按，个数为5个并保持常亮后松开按键为长按。该程序没有使用中断，故短按时也需要按久一些直到第一个灯点亮）

 

进入模式10时串口会打印使用说明（为了避免乱码，使用说明为英文。不带Inverted的.ino文件程序的902-988行为串口打印的使用说明）

 

在所有设置中，DIG1显示当前设置项目（“Snd”、“OCL”等），DIG2显示当前设置值（“ON”、“OFF”、“-XX-”、“Auto”、“H-XX”、“HH:MM”、“----”）

 

一、进入模式10后，数码管显示“SET”1秒后显示“SYS”，LED_STATE蓝灯闪烁，长按进入系统设置，短按跳过。在以下设置中长按确认，短按更改闪烁的值。

      1.Snd（声音开关）

      2.OCL（整点报时）

      3.SLE（显示休眠，开启后时钟在30秒无操作后熄屏，LED_STATE点亮黄色，按MODE/SET键唤醒）

      4.CLS（勿扰启动，开启后时钟在启动时将不会显示开机动画）

      5.bLn（秒点闪烁，开启后时钟在显示时间时冒号会闪烁，否则常亮）

      6.bGL（背景灯光，开启后LED_BACKGROUND会保持常亮，可在下一步中设置灯光的亮度，0-95可调，先设置十位（0-9）再设置个位（0或5））

      7.dSb（显示亮度，Auto表示自动感光，H-XX（XX为01~16）表示手动设置亮度，H-01最暗，H-16最亮。此设置仅更改数码管亮度，WS2812b彩灯亮度仍随环境亮度变化）

      [系统设置结束]

 

二、数码管显示“ALA”，LED_STATE蓝灯闪烁，长按进入闹钟设置，短按跳过。在以下设置中长按确认，短按更改闪烁的值。

      1.AL1（闹钟1，开启后可在下一步中设置闹钟时间，若关闭则无法调节闹钟时间。在闹钟时间调节界面可依次调节4位数字（HH:MM））

      2.AL2（闹钟2，设置方法同上）

      3.AL3（闹钟3，设置方法同上）

      [闹钟设置结束]

 

三、数码管显示“dEt”，LED_STATE蓝灯闪烁，长按进入设置概览，短按跳过。在概览界面，按下按键后数码管会自动依次显示设置内容，松开按键则停止在当前设置且DIG1的第四位会闪烁“-”。设置概览结束后DIG1会显示“End”，此时松开按键即可退出设置概览。

      1.Snd（声音开关）

      2.OCL（整点报时）

      3.SLE（显示休眠）

      4.CLS（勿扰启动）

      5.bLn（秒点闪烁）

      6.AL1（闹钟1，“HH:MM”表示闹钟开启（HH：小时；MM：分钟），“----”表示闹钟关闭）

      7.AL2（闹钟2，显示格式同上）

      8.AL3（闹钟3，显示格式同上）

      9.bGL（背景灯光，“OFF”表示灯光关闭，“-XX-”表示灯光开启（XX为设置的亮度））

      10.dSb（显示亮度，此时再按MODE/SET键，DIG1会显示“End”，松开按键退出设置概览）

      [设置概览结束]

 

四、数码管显示“OFF”，LED_STATE红灯闪烁，长按进入深度睡眠（DeepSleep，只能按RST键唤醒），短按跳过。

 

五、数码管熄屏，如果未设置深度睡眠则可以按MODE/SET键切换模式，如果设置了深度睡眠则必须按RST键唤醒。

 

所有设置在闹钟设置结束后自动保存至EEPROM，在闹钟设置结束前（数码管还未显示至“dEt”，即还未进入第三步时）按RST键可以放弃所有更改并重新启动。

 

新固件的设置界面较为复杂，程序更新后遇到任何问题均可以在评论区提问，有任何改进建议也可以写在评论区。新固件第一次使用时需要在上电时按住MODE/SET键把所有设置恢复默认，否则部分设置可能会乱码或无法使用。

 

------------------------------文本已更新(2024-06-11)------------------------------

无意间翻出这个项目的源代码，考虑使用中断函数对新功能的按键逻辑进行重构。最近写的一个风扇控制器使用中断函数后体验极好，但是中断函数部分需要写按键去抖程序，不然用起来跟老式机械按钮一样。

（或许可以引出GPIO0的按钮作为按键2？这样操作应该会方便一些。）

最近事有点多，更新可能要等暑假了。