描述

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

由于市場上沒有這樣的設備，我決定自己制作。

我決定在這個項目中使用 Arduino“Mkr Wifi 1010”，主要用于 WiFi 訪問能力和可用資源。有一些有趣的學習，我認為對于從同一個板開始的其他人可能有用（請參閱下面的詳細描述）。

我的 HM 時鐘顯示的特點：

• 準確的自設置時鐘（訪問 NTP 互聯網時間服務以設置微控制器的 RTC）
• 從 Homematic（或類似的智能家居系統）接收并顯示 2 個溫度（內部和外部）
• 在明亮的 7 段 LED 顯示屏上顯示時間、日期和溫度
• 7 段 LED 將在夜間變暗（可編程）
• 額外的 8x8 雙色點陣顯示器顯示狀態符號（例如 WiFi、溫度或 NTP 更新等）
• 可以顯示附加信息（例如，我添加了一個由 Homematic 門鈴傳感器觸發的可視門鈴）
• 可以通過網頁控制（使用IP地址或路由器符號名在本地WiFi中訪問）
• 有備用電池，測量電源電壓和電池電量（剩余百分比）并知道它何時由 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. 要構建自己的 HM 顯示時鐘，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計——也許我稍后會添加一些東西……但隨后會作為 3D 打印版本）。硬件設置非常簡單 - 請參閱提供的示意圖：

• 將 Mkr1010 板安裝在面包板上并通過（微型）USB 電纜連接到您的 PC
• 準備 5 個顯示模塊并將它們全部連接到相同的 I2C 總線（Mkr1010 的 SCL、SDA 引腳）和電源（3.3V 和 GND）。確保正確設置每個顯示器的 I2C 地址，以避免地址沖突（請參閱下面的詳細信息）
• 在“5V pin”和“A1”之間以及“A1”和“GND”之間連接2個相等的電阻，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.準備你的Arduino IDE：2.1首先將目標設置為“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 驅動的顯示器下載并安裝必要的 Adafruit-LEDBackpack 庫（請參閱 Adafruit 網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 個文件：

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

確保它們都在一個文件夾中

2.4 在源代碼開頭的“用戶設置”部分更改您的個人設置：輸入您的家庭 WiFi 網絡 SSID（名稱）和密碼，并根據需要調整您的時區和夏令時（DST）：

// 用戶設置 : // WIFI 設置char ssid[] = " XXX "; // 你的 WiFi 網絡名稱char pass[] = " YYY "; // 您的 WiFi 密碼// 時區設置int GMT = 1; // 適應您的時區（例如德國是 GMT+1 -> 設置為 1 ）int DST = 0; // 調整夏令時（默認 = 0：無 DST（冬季）

注意：對于初始測試，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

使用串行監視器從設備獲取詳細信息以進行初始測試。會有許多日志輸出，有助于理解 WiFi 連接問題等任何問題。

詳細說明：

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 范圍內運行的低功耗芯片組。要訪問您的本地 WiFi 網絡，提供的 WiFiNINA 庫提供了所有必需的功能。有大量使用 WiFiNina 的示例和現有項目。請參閱以下可用文檔：https ://www.arduino.cc/en/Reference/WiFiNINA

在我的項目中，我使用 WiFi 網絡訪問：

• 訪問互聯網時間協議 NTP 以定期設置實時時鐘
• 提供一個簡單的配置網頁（基本上它充當一個小服務器）
• 從我的 Homematic 智能家居系統接收數據以顯示（溫度等）

筆記：

• 在 Arduino IDE 中初始設置 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。這個更新過程在上面提到的 WiFiNINA 網頁中有描述。

• 要從本地 WiFi 網絡輕松訪問設備，請將網絡路由器配置為始終使用相同的 IP 地址。大多數路由器還允許您分配設備名稱（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 網絡中的任何瀏覽器中訪問控制頁面（或者，使用 Arduino Mkr 1010 板的 IP 地址當然也可以......）

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

2. 自調時鐘

Arduino 將從返回“紀元時間”的網絡時間協議(NTP) 服務獲取準確時間。返回的“紀元時間戳”是自 1970 年 1 月 1 日以來經過的秒數。因此有必要將時間戳轉換為人類可讀的日期和時間信息。此外，必須進行時區和夏令時校正。調整時區的子程序基于 Doug Domke 的優秀作品“It's about time”（感謝分享！）：https ://www.hackster.io/doug-domke/self-setting-super-accurate-時鐘-5f1162

為此，Doug 的例程 fixTimeZone() 提供了很大幫助，因為調整時區可能相當復雜。微控制器（SAMD21）的內置實時時鐘將使用此信息定期設置（我每小時更新一次）。一旦接收到成功的 NTP 更新，矩陣顯示屏上的綠色“NTP”符號會亮起幾秒鐘：

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，并允許時鐘模塊的精美設計。此外，我使用雙色 8x8 矩陣模塊來獲取臨時狀態信息。

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設備，所以不要與 5V 部件混合使用！）。

• I2C 尋址：使用多個模塊，需要設置每個顯示模塊的 I2C 地址，以避免地址沖突。每個顯示器上有 3 個“地址調整焊接跳線”。確保為每個模塊設置不同的地址。有關詳細信息，請參閱 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（請參閱設置例程）： 時間顯示模塊：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
• 電源預算檢查：所有顯示器都連接到 MKR1010 板 VCC 引腳，這是一個穩定的 3.3V 輸出。MKR ZERO 的規格表明它可以提供高達 600 mA 的電流。MKR WiFi 1010 也是如此，因為它使用相同的穩壓器 (AP2112K-3.3)。我的測量結果顯示，由 3.3V 提供的所有 4 個顯示器的總電流不超過 120mA，所以應該沒問題。

4.家常整合

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

使用您自己的時鐘版本，請先嘗試在瀏覽器中手動輸入...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將數據從 Homematic 中央控制單元 (CCUx) 發送到時鐘：

4.1.在 Homematic CCU 中安裝以下兩個插件：

a) XML-API：提供 xml 請求功能作為可用 HM 設備（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 將數據發送到使用 WiFi 訪問的時鐘

要在安裝 CUxD 后首次啟用 CMD_EXEC 功能，請輸入設置并使用 CUx 守護程序中的“Exec”功能創建一個類型為“(28) System”的新設備，然后通過您的 CCU 收件箱確認新設備并重新啟動您的CCU（此步驟的說明在這里（

4.2. 要選擇應在 HM 顯示時鐘上顯示的特定家庭傳感器名稱（數據點），請執行以下步驟：打開 XML-API 菜單：

設置-> 控制面板-> 附加軟件-> XML-API設置->狀態列表

...將列出所有執行器...

找到正確的 并將確切的名稱復制到文本編輯器

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

4.3. 創建一個簡單的 CCU 程序來定期發送數據。就我而言，我希望我的室內和室外溫度傳感器每 10 分鐘自動發送到時鐘。

為此，我創建了一個時間控制序列作為 CCU 程序，如上所示。此 CCU 程序將每 10 分鐘執行一次，然后調用如下腳本：

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);

用您選擇的數據點替換上面第 1+2 行中的傳感器對象（參見步驟 4.2）

（也許對您也有用：我使用這個有用的教程來增強我自己對該主題的了解（德語）

當然可以進一步擴展上述方法。就我而言，每次我的家用門鈴傳感器被激活時，我也用它來顯示門鈴符號。

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最后——為了完整起見——你當然可以使用任何其他本地服務來代替 Homematic 來提供數據，只要你能以上述 http 訪問格式發送信息。

5.電池（可選）

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

要在應用中檢測USB-Power(+Charging)或電池模式，測量 Mkr1010 板的“5V”輸出引腳是一種合適的方法：如果測量到 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) 來監控電壓電平（因為沒有 5V 可以提供給 3.3V ADC 輸入！）。有關詳細信息，請參見示意圖。

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

電壓（3.3-4.2V）是剩余容量的一個很好的指標。我正在評估 5 個不同的級別（請參閱源代碼）。

備注：

• 使用鋰聚合物可充電單節電池，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，+ 應該是左側引腳（朝向 USB 連接器），請參見下圖。一些可用的鋰聚合物電池極性相反！幸運的是，如果需要，很容易改變連接器的極性。

• 關于切換電源的重要說明- 這沒有很好的記錄：根據 Arduino，從一個電源切換到另一個電源應該自動完成。但是：如果 MKR Wifi 1010 使用鋰聚合物電池運行，然后插入 USB 充電，則電流將受到極大限制！因此，CRG LED 會在一段時間后閃爍，并且電路板會因電量不足而斷電。這是由于以下限制：由于沒有實現TI BQ芯片的USB監控功能（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。然后充電進入 DPM 模式，電池上的充電電壓下降以限制電流。默認設置。就我而言，我正在使用看門狗重置（請參閱源代碼）。肯定有更優雅的方法來解決這個問題（例如重新配置 BQ24195），但對我來說這已經足夠了。

而已。我希望你喜歡這個項目。

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