描述

我曾經(jīng)在我們的客廳里有一個(gè)便宜且不準(zhǔn)確的時(shí)鐘，帶有溫度顯示，我想用可以自行設(shè)置時(shí)間和日期的東西替換它，就像你今天所期望的那樣。它還應(yīng)該顯示我可用的 Homematic 智能家居數(shù)據(jù)，例如溫度傳感器和其他信息（例如門鈴傳感器）。

由于市場(chǎng)上沒有這樣的設(shè)備，我決定自己制作。

我決定在這個(gè)項(xiàng)目中使用 Arduino“Mkr Wifi 1010”，主要用于 WiFi 訪問能力和可用資源。有一些有趣的學(xué)習(xí)，我認(rèn)為對(duì)于從同一個(gè)板開始的其他人可能有用（請(qǐng)參閱下面的詳細(xì)描述）。

我的 HM 時(shí)鐘顯示的特點(diǎn)：

• 準(zhǔn)確的自設(shè)置時(shí)鐘（訪問 NTP 互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間服務(wù)以設(shè)置微控制器的 RTC）
• 從 Homematic（或類似的智能家居系統(tǒng)）接收并顯示 2 個(gè)溫度（內(nèi)部和外部）
• 在明亮的 7 段 LED 顯示屏上顯示時(shí)間、日期和溫度
• 7 段 LED 將在夜間變暗（可編程）
• 額外的 8x8 雙色點(diǎn)陣顯示器顯示狀態(tài)符號(hào)（例如 WiFi、溫度或 NTP 更新等）
• 可以顯示附加信息（例如，我添加了一個(gè)由 Homematic 門鈴傳感器觸發(fā)的可視門鈴）
• 可以通過網(wǎng)頁控制（使用IP地址或路由器符號(hào)名在本地WiFi中訪問）
• 有備用電池，測(cè)量電源電壓和電池電量（剩余百分比）并知道它何時(shí)由 USB 供電

使用的零件：

• Arduino MKR Wifi 1010
• 4x Adafruit 4 位 7 段顯示器，帶 I2C 背包 - 亮白色
• 1 個(gè)帶 I2C 背包的 Adafruit 雙色 8x8 LED 方形像素矩陣
• 可選：帶連接器 JST PHR-2 的 LiPo Akku（3、7 V；1200mAh）

說明：

1. 要構(gòu)建自己的 HM 顯示時(shí)鐘，我建議從使用 Mkr1010 和通過跳線連接的顯示器的面包板上開始。（這里不包括外殼的設(shè)計(jì)——也許我稍后會(huì)添加一些東西……但隨后會(huì)作為 3D 打印版本）。硬件設(shè)置非常簡單 - 請(qǐng)參閱提供的示意圖：

• 將 Mkr1010 板安裝在面包板上并通過（微型）USB 電纜連接到您的 PC
• 準(zhǔn)備 5 個(gè)顯示模塊并將它們?nèi)窟B接到相同的 I2C 總線（Mkr1010 的 SCL、SDA 引腳）和電源（3.3V 和 GND）。確保正確設(shè)置每個(gè)顯示器的 I2C 地址，以避免地址沖突（請(qǐng)參閱下面的詳細(xì)信息）
• 在“5V pin”和“A1”之間以及“A1”和“GND”之間連接2個(gè)相等的電阻，例如2.2k作為簡單的分壓器
• 可選擇連接鋰聚合物電池（3.7V；1.2Ah typ.）；確保連接器的極性正確（詳情見下文）就是這樣。

2.準(zhǔn)備你的Arduino IDE：2.1首先將目標(biāo)設(shè)置為“Boards - Arduino SAMD board - Arduino MKR WiFi 1010”（也許你想先嘗試一些簡單的Mkr WiFi 1010板示例）

2.2 然后為 I2C 驅(qū)動(dòng)的顯示器下載并安裝必要的 Adafruit-LEDBackpack 庫（請(qǐng)參閱 Adafruit 網(wǎng)站上提供的良好說明：https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/downloads）

2.3 獲取我的 Arduino 源代碼（見下文），它包含 3 個(gè)文件：

• HMClockDisplay.ino - 主要源代碼
• menu_inline_css7.h - HTML 菜單源代碼（用于網(wǎng)站）
• symbols.h - 8x8 點(diǎn)陣顯示的一些符號(hào)

確保它們都在一個(gè)文件夾中

2.4 在源代碼開頭的“用戶設(shè)置”部分更改您的個(gè)人設(shè)置：輸入您的家庭 WiFi 網(wǎng)絡(luò) SSID（名稱）和密碼，并根據(jù)需要調(diào)整您的時(shí)區(qū)和夏令時(shí)（DST）：

// 用戶設(shè)置 : // WIFI 設(shè)置char ssid[] = " XXX "; // 你的 WiFi 網(wǎng)絡(luò)名稱char pass[] = " YYY "; // 您的 WiFi 密碼// 時(shí)區(qū)設(shè)置int GMT = 1; // 適應(yīng)您的時(shí)區(qū)（例如德國是 GMT+1 -> 設(shè)置為 1 ）int DST = 0; // 調(diào)整夏令時(shí)（默認(rèn) = 0：無 DST（冬季）

注意：對(duì)于初始測(cè)試，我建議使用您的“正常”本地 WiFi 訪問（沒有像訪客 WLAN 那樣的主要限制）以避免任何問題。

2.5. 編譯并上傳代碼到Arduino板

使用串行監(jiān)視器從設(shè)備獲取詳細(xì)信息以進(jìn)行初始測(cè)試。會(huì)有許多日志輸出，有助于理解 WiFi 連接問題等任何問題。

詳細(xì)說明：

1.WiFi妮娜

Mkr Wifi 1010 板基于微控制器 SAMD21，連接到來自 u-blox 的模塊 NINA-W10，這是一種在 2.4GHz WiFi 范圍內(nèi)運(yùn)行的低功耗芯片組。要訪問您的本地 WiFi 網(wǎng)絡(luò)，提供的 WiFiNINA 庫提供了所有必需的功能。有大量使用 WiFiNina 的示例和現(xiàn)有項(xiàng)目。請(qǐng)參閱以下可用文檔：https ://www.arduino.cc/en/Reference/WiFiNINA

在我的項(xiàng)目中，我使用 WiFi 網(wǎng)絡(luò)訪問：

• 訪問互聯(lián)網(wǎng)時(shí)間協(xié)議 NTP 以定期設(shè)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘
• 提供一個(gè)簡單的配置網(wǎng)頁（基本上它充當(dāng)一個(gè)小服務(wù)器）
• 從我的 Homematic 智能家居系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)以顯示（溫度等）

筆記：

• 在 Arduino IDE 中初始設(shè)置 Mkr1010 板后，您可能需要更新 Nina 固件。可以在 Arudino IDE 中檢查和更新版本。這個(gè)更新過程在上面提到的 WiFiNINA 網(wǎng)頁中有描述。

• 要從本地 WiFi 網(wǎng)絡(luò)輕松訪問設(shè)備，請(qǐng)將網(wǎng)絡(luò)路由器配置為始終使用相同的 IP 地址。大多數(shù)路由器還允許您分配設(shè)備名稱（因此您無需在瀏覽器中輸入 IP 地址）。我使用了“HMDisplayClock”，它讓我只需輸入http://HMDisplayClock就可以在我的 WiFi 網(wǎng)絡(luò)中的任何瀏覽器中訪問控制頁面（或者，使用 Arduino Mkr 1010 板的 IP 地址當(dāng)然也可以......）

• 如果您想對(duì)自己的 WiFi 連接設(shè)備進(jìn)行編程，該設(shè)備需要始終可訪問，這里有一個(gè)提示：確保定期檢查您是否仍然連接。您的路由器會(huì)不時(shí)斷開設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的連接...因此，如果您只建立一次 WiFi（在設(shè)置例程中），幾個(gè)小時(shí)后您將失去連接。就我而言，我在“handleWifiClient”子例程中每秒檢查一次連接。

2. 自調(diào)時(shí)鐘

Arduino 將從返回“紀(jì)元時(shí)間”的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(NTP) 服務(wù)獲取準(zhǔn)確時(shí)間。返回的“紀(jì)元時(shí)間戳”是自 1970 年 1 月 1 日以來經(jīng)過的秒數(shù)。因此有必要將時(shí)間戳轉(zhuǎn)換為人類可讀的日期和時(shí)間信息。此外，必須進(jìn)行時(shí)區(qū)和夏令時(shí)校正。調(diào)整時(shí)區(qū)的子程序基于 Doug Domke 的優(yōu)秀作品“It's about time”（感謝分享！）：https ://www.hackster.io/doug-domke/self-setting-super-accurate-時(shí)鐘-5f1162

為此，Doug 的例程 fixTimeZone() 提供了很大幫助，因?yàn)檎{(diào)整時(shí)區(qū)可能相當(dāng)復(fù)雜。微控制器（SAMD21）的內(nèi)置實(shí)時(shí)時(shí)鐘將使用此信息定期設(shè)置（我每小時(shí)更新一次）。一旦接收到成功的 NTP 更新，矩陣顯示屏上的綠色“NTP”符號(hào)會(huì)亮起幾秒鐘：

3. 展示

為了可視化所有信息，我決定使用大而明亮的 LED 顯示屏。它們可以安裝在煙色玻璃蓋后面，并允許時(shí)鐘模塊的精美設(shè)計(jì)。此外，我使用雙色 8x8 矩陣模塊來獲取臨時(shí)狀態(tài)信息。

所有顯示模塊均由 Adafruit 制造，文檔齊全并附帶軟件庫。顯示器由 I2C 控制（都連接在同一總線上），可由 3.3V 供電。（注意 Mkr1010 是3.3V設(shè)備，所以不要與 5V 部件混合使用！）。

• I2C 尋址：使用多個(gè)模塊，需要設(shè)置每個(gè)顯示模塊的 I2C 地址，以避免地址沖突。每個(gè)顯示器上有 3 個(gè)“地址調(diào)整焊接跳線”。確保為每個(gè)模塊設(shè)置不同的地址。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 Adafruit 頁面：https ://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/changeing-i2c-address在我的情況下，我選擇了以下地址（請(qǐng)參閱設(shè)置例程）： 時(shí)間顯示模塊：0x70 日期顯示模塊：0x71 Temp1 顯示模塊：0x73 Temp2 顯示模塊：0x74 矩陣顯示模塊：0x72
• 電源預(yù)算檢查：所有顯示器都連接到 MKR1010 板 VCC 引腳，這是一個(gè)穩(wěn)定的 3.3V 輸出。MKR ZERO 的規(guī)格表明它可以提供高達(dá) 600 mA 的電流。MKR WiFi 1010 也是如此，因?yàn)樗褂孟嗤姆€(wěn)壓器 (AP2112K-3.3)。我的測(cè)量結(jié)果顯示，由 3.3V 提供的所有 4 個(gè)顯示器的總電流不超過 120mA，所以應(yīng)該沒問題。

4.家常整合

為了可視化來自 Homematic 智能家居系統(tǒng)的溫度值等信息，中央單元 (CCUx) 需要通過本地 WiFi 連接將傳感器數(shù)據(jù)提供給時(shí)鐘。為此，CCU 使用參數(shù)訪問時(shí)鐘網(wǎng)頁……像這樣：“ http://HMDisplayClock /?tempR=20.5”

使用您自己的時(shí)鐘版本，請(qǐng)先嘗試在瀏覽器中手動(dòng)輸入...如果一切正常，它將將正確的溫度顯示更新為 20.5C，如下所示：

然后按照以下步驟自動(dòng)將數(shù)據(jù)從 Homematic 中央控制單元 (CCUx) 發(fā)送到時(shí)鐘：

4.1.在 Homematic CCU 中安裝以下兩個(gè)插件：

a) XML-API：提供 xml 請(qǐng)求功能作為可用 HM 設(shè)備（例如傳感器）的接口https://github.com/homematic-community/XML-API

b) CUxD Deamon：使用腳本命令 CMD_EXEC 將數(shù)據(jù)發(fā)送到使用 WiFi 訪問的時(shí)鐘

要在安裝 CUxD 后首次啟用 CMD_EXEC 功能，請(qǐng)輸入設(shè)置并使用 CUx 守護(hù)程序中的“Exec”功能創(chuàng)建一個(gè)類型為“(28) System”的新設(shè)備，然后通過您的 CCU 收件箱確認(rèn)新設(shè)備并重新啟動(dòng)您的CCU（此步驟的說明在這里（

4.2. 要選擇應(yīng)在 HM 顯示時(shí)鐘上顯示的特定家庭傳感器名稱（數(shù)據(jù)點(diǎn)），請(qǐng)執(zhí)行以下步驟：打開 XML-API 菜單：

設(shè)置-> 控制面板-> 附加軟件-> XML-API設(shè)置->狀態(tài)列表

...將列出所有執(zhí)行器...

找到正確的 并將確切的名稱復(fù)制到文本編輯器

例如“HmIP-RF.000ED8A9909BB2:1.ACTUAL_TEMPERATURE”

4.3. 創(chuàng)建一個(gè)簡單的 CCU 程序來定期發(fā)送數(shù)據(jù)。就我而言，我希望我的室內(nèi)和室外溫度傳感器每 10 分鐘自動(dòng)發(fā)送到時(shí)鐘。

為此，我創(chuàng)建了一個(gè)時(shí)間控制序列作為 CCU 程序，如上所示。此 CCU 程序?qū)⒚?10 分鐘執(zhí)行一次，然后調(diào)用如下腳本：

字符串 Temp1 = dom.GetObject(" BidCos-RF.OEQ0670990:1.TEMPERATURE ").Value().ToString(2); 字符串 Temp2 = dom.GetObject(" HmIP-RF.000ED8A9909BB2:1.ACTUAL_TEMPERATURE ").Value().ToString(2); 字符串 url = " http://HMDisplayClock /?tempL="#Temp1;dom.GetObject("CUxD.CUX2801001:1.CMD_EXEC").State("wget -q -O - "#url); 字符串 url = " http://HMDisplayClock /?tempR="#Temp2; dom.GetObject("CUxD.CUX2801001:1.CMD_EXEC").State("wget -q -O -"#url);

用您選擇的數(shù)據(jù)點(diǎn)替換上面第 1+2 行中的傳感器對(duì)象（參見步驟 4.2）

（也許對(duì)您也有用：我使用這個(gè)有用的教程來增強(qiáng)我自己對(duì)該主題的了解（德語）

當(dāng)然可以進(jìn)一步擴(kuò)展上述方法。就我而言，每次我的家用門鈴傳感器被激活時(shí)，我也用它來顯示門鈴符號(hào)。

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最后——為了完整起見——你當(dāng)然可以使用任何其他本地服務(wù)來代替 Homematic 來提供數(shù)據(jù)，只要你能以上述 http 訪問格式發(fā)送信息。

5.電池（可選）

您可以選擇使用鋰聚合物充電電池在斷開 USB 電源后保持時(shí)鐘運(yùn)行。Arduino Mkr WiFi 1010 板具有內(nèi)置充電器 Li-Po 充電電路 (BQ24195)，允許 Arduino MKR WiFi 1010 使用電池電源或外部 5 伏電源運(yùn)行，在使用外部電源運(yùn)行時(shí)為 Li-Po 電池充電.

要在應(yīng)用中檢測(cè)USB-Power(+Charging)或電池模式，測(cè)量 Mkr1010 板的“5V”輸出引腳是一種合適的方法：如果測(cè)量到 5V 引腳上的電壓在 5V 左右，則連接 USB 電源，如果使用電池，則為 3.3V。從 5V 引腳到 A1 和 GND 使用 2:1 分壓器 (2xR) 來監(jiān)控電壓電平（因?yàn)闆]有 5V 可以提供給 3.3V ADC 輸入！）。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參見示意圖。

要測(cè)量電池電壓本身，請(qǐng)使用 Mkr1010 板上通過“sensorValue = analogRead(ADC_BATTERY);”提供的輸入信號(hào)。

電壓（3.3-4.2V）是剩余容量的一個(gè)很好的指標(biāo)。我正在評(píng)估 5 個(gè)不同的級(jí)別（請(qǐng)參閱源代碼）。

備注：

• 使用鋰聚合物可充電單節(jié)電池，3.7V，約 1024mAh Arduino 推薦
• 電池的連接器類型是 JST PHR-2（在 Arduino 端是 JST S2B-PH-SM4-TB）。重要提示：檢查 JST PHR-2 連接器的極性！板子的 USB 連接器在您的左側(cè)，+ 應(yīng)該是左側(cè)引腳（朝向 USB 連接器），請(qǐng)參見下圖。一些可用的鋰聚合物電池極性相反！幸運(yùn)的是，如果需要，很容易改變連接器的極性。

• 關(guān)于切換電源的重要說明- 這沒有很好的記錄：根據(jù) Arduino，從一個(gè)電源切換到另一個(gè)電源應(yīng)該自動(dòng)完成。但是：如果 MKR Wifi 1010 使用鋰聚合物電池運(yùn)行，然后插入 USB 充電，則電流將受到極大限制！因此，CRG LED 會(huì)在一段時(shí)間后閃爍，并且電路板會(huì)因電量不足而斷電。這是由于以下限制：由于沒有實(shí)現(xiàn)TI BQ芯片的USB監(jiān)控功能（D+和D-），因此無法判斷它是哪種電源。因此，BQ24195L 將安全值 0x30 寫入 reg 0x00，從而將輸入功率限制為 100mA。然后充電進(jìn)入 DPM 模式，電池上的充電電壓下降以限制電流。默認(rèn)設(shè)置。就我而言，我正在使用看門狗重置（請(qǐng)參閱源代碼）。肯定有更優(yōu)雅的方法來解決這個(gè)問題（例如重新配置 BQ24195），但對(duì)我來說這已經(jīng)足夠了。

而已。我希望你喜歡這個(gè)項(xiàng)目。

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