Часы реального времени на ESP32 и модуле DS3231


В данной статье мы рассмотрим создание часов на основе микроконтроллера ESP32 и модуля часов реального времени DS3231. Информация о времени будет выводиться на экран OLED дисплея.

Внешний вид часов реального времени на ESP32 и модуле DS3231

ESP32 – это больше чем обычный микроконтроллер. Он имеет встроенные чипы для Wi-Fi и Bluetooth связи, а также 39 контактов ввода/вывода (GPIO). Также он поддерживает множество протоколов связи: SPI, I2C, UART и т.д. Если вы только начинаете свое знакомство с модулем/микроконтроллером ESP32, то советуем прочитать руководство по началу работы с ним.

Необходимые компоненты

  1. Модуль ESP32 (купить на AliExpress).
  2. Модуль часов реального времени DS3231 (купить на AliExpress).
  3. Модуль OLED дисплея (SSD1306) 128×64 с 7-ю контактами (купить на AliExpress).
  4. Макетная плата.
  5. Соединительные провода.

Вместо модуля ESP32 в данном проекте можно также использовать плату NodeMCU ESP8266.

Что такое модуль DS3231

DS3231 – это модуль часов реального времени (Real Time Clock, RTC). Он используется для хранения информации о времени и дате во множестве электронных устройств во всем мире. В своем составе он имеет собственную батарейку, поэтому он сохраняет информацию о времени и дате даже когда питание основного устройства (в которое он входит) отключается или когда производится сброс устройства (микроконтроллера). То есть если мы один раз установим дату и время в модуле он будет хранить их постоянно, до тех пор пока не истощится его батарейка. В настоящее время существует несколько различных микросхем реального времени: DS1307, DS3231 и т.д.

Внешний вид модуля DS3231 показан на следующем рисунке.

Внешний вид модуля DS3231

Ранее на нашем сайте мы рассматривали применение модуля DS3231 в следующих проектах:

Примечание: в данном проекте вместо модуля DS3231 можно также использовать модуль DS1307, на нашем сайте мы рассматривали его подключение к плате Arduino.

Общие сведения об OLED дисплеях

Технология OLED (Organic Light emitting diode – органический светоизлучающий диод) в настоящее время является самой распространённой для создания различных дисплеев, которые используются в современных телевизорах, ноутбуках, смартфонах и т.д. Небольшие по размеру OLED дисплеи находят применение и в различных электронных проектах – по сравнению с обычными алфавитно-цифровыми ЖК дисплеями они обеспечивают более наглядное отображение информации.

Внешний вид модуля OLED дисплея с 7-ю контактами показан на следующем рисунке.

Внешний вид модуля OLED дисплея с 7-ю контактами (вид спереди) Внешний вид модуля OLED дисплея с 7-ю контактами (вид сзади)

В нашем проекте мы будем использовать 7-контактый модуль OLED дисплея SSD1306 0.96”. Данный модуль поддерживает 3 режима связи с ним: 3-х проводный SPI, 4-х проводный SPI и IIC. Мы будем использовать интерфейс SPI с 4-мя проводами – он обеспечивает самую быструю передачу информации среди рассмотренных.

Назначение контактов данного дисплея приведено в следующей таблице.

Номер контакта Название контакта Альтернативное название контакта Назначение контакта
1 Gnd Ground земля
2 Vdd Vcc, 5V напряжение питания (в диапазоне 3-5 В)
3 SCK D0, SCL, CLK контакт синхронизации (clock pin). Применяется в интерфейсах I2C и SPI
4 SDA D1, MOSI контакт данных. Применяется в интерфейсах I2C и SPI
5 RES RST, RESET контакт сброса модуля. Применяется в интерфейсе SPI
6 DC A0 контакт команд (Data Command pin). Применяется в интерфейсе SPI
7 CS Chip Select (выбор чипа) используется когда несколько устройств взаимодействуют по интерфейсу SPI

В данном проекте для взаимодействия с OLED дисплеем мы будем использовать библиотеку Adafruit_SSD1306 – она проста в использовании и обеспечивает много возможностей по работе с графикой. Но если ваш проект имеет жесткие ограничения по используемой памяти/быстродействию, то рекомендуем использовать библиотеку U8g – она работает быстрее и использует значительно меньше памяти.

Ранее на нашем сайте мы рассматривали подключение OLED дисплея к платам Arduino и Raspberry Pi, а также к модулю ESP8266.

Схема проекта

Схема часов реального времени на ESP32 и модуле DS3231 представлена на следующем рисунке.

Схема часов реального времени на ESP32 и модуле DS3231

Микросхема модуля часов реального времени DS3231 использует для взаимодействия с другими устройствами протокол I2C по контактам SCL, SDA, Vcc и GND. Необходимо сделать следующие ее соединения с модулем ESP32:

  1. SCL of RTC -> SCL of ESP32 (Pin D22)
  2. SDA of RTC -> SDA of ESP32 (Pin D21)
  3. GND of RTC -> GND of ESP32
  4. Vcc of RTC -> Vcc of ESP32

В нашем проекте мы используем протокол SPI для взаимодействия между модулем ESP32 и OLED дисплеем. В схеме необходимо сделать следующие соединения между ними:

  1. CS (Chip select) pin of OLED -> PIN D5 модуля ESP32
  2. DC pin of OLED -> PIN D4 модуля ESP32
  3. RES pin of OLED -> PIN D2 модуля ESP32
  4. SDA pin of OLED -> PIN D23 (MOSI) модуля ESP32
  5. SCK pin of OLED -> PIN D18 (SCK) модуля ESP32
  6. Vdd of OLED -> Vcc модуля ESP32
  7. GND of OLED -> GND модуля ESP32

Внешний вид собранной на макетной плате конструкции проекта показан на следующем рисунке.

Внешний вид собранной на макетной плате конструкции проекта1

Объяснение программы для модуля ESP32

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты.

Для данного проекта нам понадобится ряд библиотек, скачать которые можно по следующим ссылкам:

  1. Adafruit_SSD1306 : https://github.com/adafruit/Adafruit_SSD1306.
  2. SPI : https://github.com/PaulStoffregen/SPI.
  3. Adafruit_GFX : https://github.com/adafruit/Adafruit-GFX-Library.
  4. RTClib : https://github.com/adafruit/RTClib.

Далее в коде программы подключим эти библиотеки.

Далее объявим все контакты модуля  ESP32, к которым подключен OLED дисплей. Нет необходимости объявлять контакты для подключения модуля часов реального времени поскольку они уже объявлены в библиотеке WIRE.

В функции setup мы будем вызывать функцию rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__)), которая будет устанавливать дату и время на модуле часов реального времени, соответствующие дате и времени на нашем компьютере (с которого мы программируем модуль ESP32).

Далее отобразим информацию на OLED дисплее.

В функции loop мы будем сохранять значение времени в переменной now и отображать ее значение на экране OLED дисплея, используя также функции установки размера текста (setTextSize), установки позиции курсора (setCursor) и т.д. После установки необходимых параметров отображения информации мы будем выводить значение времени на экран дисплея с помощью функции display.println.

Исходный код программы (скетча)

Видео, демонстрирующее работу проекта

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
713 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.