ESPx网络点阵时钟入门指南

本篇文章给大家谈谈ESPx网络点阵时钟入门指南，以及对应的知识点，文章可能有点长，但是希望大家可以阅读完，增长自己的知识，最重要的是希望对各位有所帮助，可以解决了您的问题，不要忘了收藏本站喔。

先从张阿姨开始吧

时间

日期

温度

环境光感应

PART_0_圣坑警告

奉劝那些准备行动的人，DIY有风险，入坑要小心！风险大于或等于以下情况：

我把你带进坑里然后逃跑；

花时间、花钱、浪费发际线，却一事无成；

需要使用工具，可能会造成意外的人身伤害，如工具割伤、烙铁烫伤、焊锡中毒等；

错误的设计和操作可能会带来其他意想不到的后果。

PART_1_想法与设计

那些没有被说服退出的人都是男性。

1. 想法

我坚信，思想引领方向。在制作这个小工具的过程中，我一直坚持以下原则：

容易：材料容易获得，容易制作，容易成功；

便宜：尽量不要花哨，选择尽可能便宜的材料，并尽量利用手头有的一些部件；

实用：制作完成后即可使用，使用方便。

2. 计划

我看了一天，确定了最基本的要求：那就是可以通过SNTP调整网络时间并显示在屏幕上。其他一些附带功能可以放弃。需求的大致框图概述如下：

功能框图

整个系统输入电源、按键信息、灯光亮度信息和WiFi，输出信息到屏幕和蜂鸣器。

事实上，由于ESP8266和点阵屏的特性，该系统不仅可以显示时间，还可以通过WiFi获取各种想要的信息并显示出来，例如：天气？股票积分？比特币价格？ CPU温度监控？此外，ESP8266芯片还可用于与服务器交互，向其他终端传输数据。这一切都可以通过修改程序来完成。

确实，开放式问题。

3. 设计

让我们把它分解一下。下面列出的是我经过三次尝试最终决定的计划。我已经尽我最大的努力填补了前两次的陷阱：

主控：使用ESP8266模块，价格便宜，功能强大，可以直接解决主控和WiFi两个问题。现在，除了官方固件外，还可以运行Arduino、Lua、MicroPython等框架。这次我们将使用Arduino框架；唯一的缺点是管脚太少，但这并不影响我们的项目；

RTC时钟：DS3231芯片，高精度，内置晶振，简单易用，不仅贵而且很棒；

显示：直接使用成品MAX7219 8*8点阵模块。我也考虑过自己制作，但是PCB布局非常困难。最终还是需要两层结构。最好还是买成品，省去很多麻烦；

电源：MICRO USB 5V输入，板载稳压至3.3V；

其他：蜂鸣器、光传感器、按钮等附属设备。

三代PCB设计处于同一屋檐下。从上到下分别是1、2、3，编码处是嘉利创的客户代码。你看到一点进步了吗？

同一屋檐下的三代PCB

我可以从之前的陷阱中总结出以下经验：

ESP8266模块同时作为主控和WiFi芯片就可以了。 DS3231模块太大，必须用芯片自己搭建；

成品显示模块还可以，但是固定孔位置有点麻烦，点两下也不准。另外，显示模块直接5V供电，可以更亮；

由于采用了点阵模块和ESP8266，所以整机的功耗并不低。单节锂电池（试过18650，但还是容量型）的续航意义不大；

有些LDO（低压差线性稳压器）是骗子，压差电压根本不低；

注意配套设备的尺寸。我还买了一个卡尺来测量部件的尺寸。

我最终设计的时钟就是这样的结构。由于是后来整理的，所以直接展示成品图。

整体结构1

整体结构2、分上下两层

带箭头的很容易理解，但是红框是空的。原因有二：第一，生产PCB的工厂有折扣，只有10cm以内才能享受。我现在已经控制到9.6cm了；其次，如果是安装在机箱内，可以在这里放置锂电池充放电模块。

PART_2_准备工作

进坑之前，需要准备的材料如下。材料丰富又节约，工具自己也能轻松使用：

1、材料及耗材

材料和耗材主要是电子元件，大部分来自Xbao。电子元件的单价非常便宜。最好在一家店全部购买，否则运费不划算：

1. ESP-12F模组实际上是Escinco（或其他公司）采用乐鑫的ESP8266芯片并进行二次封装的产品。 Escinco的稍微贵一点，我买的是DOIT的。关键词：ESP-12F。

多伊特ESP-12F

不是我手抖，廉价货的做工就是这样，你看到毛刺了吗……

2. DS3231芯片，Maxim的高精度时钟芯片，自带温度补偿，准确！关键词：DS3231。

3、MAX7219 LED 8*8点阵屏模块，大家都差不多，但是要注意孔位。关键词：MAX7219点阵。

4.SPX3819 LDO稳压芯片，低压差线性稳压芯片（LDO），具有低压差，可用电池供电。关键词：SPX3819。

5. MICRO USB母座是USB插座。关键词：MICRO USB母。

6.CR2032电池及电池座、纽扣电池。关键词：CR2032，CR2032电池座。

7. 拨动开关。这其实是没有必要的。毕竟，时钟关闭得不太好。如果有的话，烧录程序的时候会方便一些。关键字：12D07拨动开关。

8.轻触开关、微动开关。关键词：微动开关、轻触开关、三针。

9.12085无源蜂鸣器，无源蜂鸣器可以根据PWM频率发出不同的声音。关键词：无源蜂鸣器。

10、GL5539光敏电阻会随着光线强度的变化而改变电阻值，用于检测环境的亮度。关键词：光敏电阻。

11.0805贴片电容、0805贴片电阻、SS14二极管、小电容、电阻。这个尺寸可以手工焊接。不管多小，确实很难。具体数值见原理图。关键词：贴片电阻，贴片电容，0805，SS14。

12、排针和排母用于制作连接器。关键词：排针、排针。

13.M3铜柱、螺钉、螺母和硬件连接器。关键词：铜柱、螺钉、螺母。

14.焊料和助焊剂是非常便宜的消耗品，但是更好的焊料和助焊剂将使整个焊接过程变得更加容易。含铅焊料熔点低，使用方便，但污染较大。无铅焊料环保，但熔点高，使用困难。关键词：焊锡丝、助焊剂。

15、洗板水，焊接后用来清洗板子的有机溶剂，我用的是无水酒精。关键词：洗水。

2、软硬件工具

所需工具清单：

1、电脑和系统可选，但要确保有USB转TTL模块的驱动；

2、USB转TTL模块，用于烧录程序；

CP2102模块

3、电烙铁和焊接工具，我用的是传说中的“鲍鱼白光”；

4、镊子，焊接辅助工具，毕竟贴片电阻太小，镊子帮助我们夹住元件；

5、旧牙刷一把，用来清洁擦洗焊好的板子。

实际上需要用到三个软件：

1、使用力创EDA作为EDA工具。

这是一款国产的、基于HTML、简单易用的EDA工具。它配备了非常全面且开放的包装库，这对于初学者来说非常有用！经常！朋友！好的！ [虚假警告]。

立创EDA

由于它基于Web，因此无需安装。只需打开浏览器并注册一个帐户即可。但有一个问题：当画布放大到很大尺寸时，拖动会卡住。反正我的Surface Pro 6（i5-8350U）无法运行它，因为我的古董台式电脑可以运行它（i3-530），所以感觉更像是一个优化问题。

2. 使用PlatformIO 进行编程。

按理说，Arduino IDE有同样的功能，但我不喜欢它.

【吐槽张阿姨编辑，怪网络没插入链接】，VSCode请自行搜索。

VSCode是PlatformIO的运行环境； PlatformIO可以直接安装在VSCode的插件模块中，简单易用！推荐！

聚氧乙烯醚

我的电脑已安装，“安装”已更改为“卸载”。一般情况下，点击“安装”即可，非常简单。由于此插件是基于Python的，安装时会自动安装Python，速度稍慢。

3.其他还需要USB转TTL模块的驱动。

这取决于模块的芯片。推荐使用CP2102和CH340。其他的则较差且更昂贵。在Windows 10环境下，插上系统，自动安装驱动，让您不用担心。

PART_3_构建肉体—— 硬件

毫无疑问，看到这一幕的每个人都已经是一名战士了……

1. 印刷电路板

首先你需要一块PCB。整个流程大致为：绘制原理图—— 绘制/选择元件封装—— 将原理图转换为PCB —— 布线—— 导出Gerber 文件—— 制作PCB。事实上，这并没有那么困难。您只需要用鼠标拖动一些组件并将它们连接到线上即可。这确实是最简单的EDA工具，系统还提供了非常详细的操作手册。

因为是他们做的，所以比X宝便宜。

书

回来啦~PCB的原理如下，我大致解释一下：

示意图

电源5V连接Micro USB接口。可以通过手机充电器或移动电源供电，并联排针用于外部供电，比如放在盒子里，用电池供电。电源经过开关连接到SPX3819 LDO，将电压稳定到3.3V。由于SPX3819的电压差足够低，所以电池供电没有太大问题。这里需要一些电容器。具体电路请参考SPX3819DataSheet提供的典型应用电路。

主控采用ESP8266，需要一些外围电路，如上拉、下拉电阻等。对此，请参考Essence官网提供的DataSheet。

DS3231模块的外围电路非常简单，只需要一个备用电源。我这里使用了CR2032，并通过电池座将其焊接到PCB上。

光敏电阻通过下面的限流电阻连接到ADC，以感应外部光线亮度的变化。

这里使用的蜂鸣器是无源蜂鸣器。与有源蜂鸣器相比，通电就发声比较麻烦。使用S8550晶体管作为开关。为了让声音小一些，我还是接了3.3V电压。司机，如果你喜欢响亮的声音，接5V就可以了。

触摸开关连接到GPIO0。该IO也是ESP8266的编程模式。。，因此该开关可以在运行时同时切换，并在启动时按住进行编程。

其余三个为插针和母接口。 TTL用于编程。 LED MATRIX引出SPI接口，匹配MAX7219点阵屏。 OUT是GPIO16接口，我没有使用。我单独引出，加上GND和VCC。用于扩展一些外设，目前没有使用。

将之前的原理图转换成PCB，调整位置和封装，布线完毕后就可以画PCB了。这张PCB是总结前两次失败经验的结果，凝聚了我很多无知的泪水：

印刷电路板

一次操作后，系统可以导出Gerber文件。所谓Gerber文件就是将电路板信息逐层打包成一个压缩包。通过一些软件，可以更直观的看到PCB的外观。

导出Gerber

有了Gerber文件，我们就可以将其制造成PCB。

现在已经是2020年了，现在是一个注重产业链的时代。我不建议在家里腐蚀PCB，因为自己动手不环保，废水也很难处理；第二，工艺太差，工业生产的质量和工艺都是手工制作。

我的PCB是在嘉利做的，因为他们有一个很强的活动：用他们电脑版的订货助手下订单。 PCB尺寸在10cm*10cm以内。普通工艺，5块板才5块钱！顺丰速运免运费！

精彩~

正是这个原因，大家可以看到我做的PCB没有点阵屏那么长，因为我想控制在10cm*10cm以内。 【又抱怨张阿姨的编辑，为什么我的word帖子放进去就变成250px了？ 】

当然，你也可以在他们的网站上下单，同样的要求，20元包邮。疫情期间，5元特价暂停了一段时间。当时我的PCB是20块钱做的。如果你查一下以前制作一块PCB需要多少钱，你会发现20元并不贵。

在PC订单助手中上传Gerber文件

将之前的Gerber文件上传到系统中，然后设置一些工艺参数，填写地址，付款。就像在网上买东西然后休息一两天等待快递一样方便。

2、焊接组装

由于我做样品的时候工厂刚刚复工，所以我只能耐心等待……

顺丰快递小哥终于给我寄来了PCB：

包装精美

真空包装、干燥剂

印刷电路板

一般情况下，通过钱包邮寄仅需5元。这包装和工艺还是良心的。拿出来先标记一下，孔位置就OK了【请忽略纸巾】：

做出一个手势

然后烙铁开始工作，焊接完成。我少焊接了两个电容器。一时找不到型号，就暂时留空了，基本不影响使用。焊接后，用酒精和牙刷擦洗：

焊接并清洁

冲洗水更方便正常操作。我没有，不过你可以用无水酒精清洗板子。请注意，它是无水酒精。医用酒精的酒精含量只有75%，而且含有水！不能用！

另外，需要强调的是，焊锡、助焊剂的烟雾以及清洗水的挥发成分均有毒，因此请在通风处操作。细心的人可能会发现背景有些不同。上图是我的鼠标垫，焊接的时候不小心晃动了烙铁，就出现了一个洞……所以小心你们的小手……

Part_4_注入灵魂——程序

强者！先吃完这一碗吧！

OK~前面说了，我们的时钟程序是基于Arduino开发的。 ESP8266本身并不正式支持Arduino。其Arduino框架由第三方提供。

免责声明：我这里的代码是从各个开源项目复制过来的~

首先使用我们的开发工具——PlatformIO创建一个新项目：

PIO 新

PIO 新

点击Finish后，PlatformIO会自动安装相应的板卡和框架，并帮助您构建Arduino程序的基本框架。

需要修改2个文件

这里有一个问题：由于一些奇怪的网络问题，大家很难直接从PlatformIO下载并安装u8g2库。没关系，给他手动操作一下，下载并解压库文件，将u8g2lib文件夹放入lib文件夹即可。这里要注意层次，不要嵌套多个文件夹。具体操作在README中写得很清楚。

u8g2lib

好了，复制完程序后，点击下面的勾就可以编译代码了。一般情况下，代码会滚动一段时间。如果最后没有报错就一切OK了~

编译成功

2. 燃烧

连接USB转TTL模块和时钟PCB：

接线注意事项

GND很容易理解，接地；注意TXD和RXD是交叉连接的，交叉！叉！叉！为了方便，我把TTL引脚焊接到了后面，这样在插上屏幕的时候可以更方便地插拔：

我把TTL焊在背面

连接好电线后，准备采取行动：

给开发板插上电源并关闭开关；

将USB转TTL模块插入USB接口；

左手按住板上的轻触开关，右手点击上传。

上传固件

此时系统开始检测单板的连接状态。注意终端的输出。当您看到正在连接.（只需打开电源）：

好了，开始烧写代码，进度会刷新百分比。当看到【成功】时，表示刻录完成。这里提醒一下，在达到100之前可能会失败，大多是因为TTL信号完整性问题。我已经遇到过好几次了。我想有两个原因。一是我的板子设计或者焊接有问题；二是USB转TTL模块本身或者杜邦线的质量问题。多试几次，就不会有问题了。

拔掉各种电线并关闭板子的电源开关。

然后开机后就可以使用了。第一次使用时，会根据程序输入校准时间：

当这种情况发生时，你就在等待网络分配。

然后使用手机配置网络：

选择该SSID

这

选择您要连接的WiFi并在下面输入密码

那挺好的

完毕。

第五部分其他

1. 不足与改进

目前还存在以下几个不足：

1.无壳。

事实上，制作外壳的方法有很多种。最方便的一种是3D打印。如果可以的话最好打印一个shell。

2. 仍需外接电源。

我为此预留了一个接口。在目前的设计下，软包锂电池和21700锂电池是不错的选择。它们可以内置于外壳中，但需要外部充电和放电模块。

3、PCB还是画错了。

线太粗

4、程序还是随便写的。闹钟硬件已经可用，但软件尚未启用。

还好我还有一个写代码的朋友【写代码的朋友也有朋友吗？ 】，他对我的程序进行了修改，创造了闹钟、农历、滚动等各种功能。

毕竟他还没有女朋友……就别催他合并代码了。

提取码： k8yw

如果资源有问题请向我反馈，谢谢~

如果有一天我想到了，我会更新代码的~

3.新坑

疫情期间，我主要关注的其实是这个，一款基于ESP32的平衡车……

原型机已准备好站立起来

然后自己制定计划