Homematic显示时钟开源分享

描述

我曾经在我们的客厅里有一个便宜且不准确的时钟，带有温度显示，我想用可以自行设置时间和日期的东西替换它，就像你今天所期望的那样。它还应该显示我可用的 Homematic 智能家居数据，例如温度传感器和其他信息（例如门铃传感器）。

由于市场上没有这样的设备，我决定自己制作。

我决定在这个项目中使用 Arduino“Mkr Wifi 1010”，主要用于 WiFi 访问能力和可用资源。有一些有趣的学习，我认为对于从同一个板开始的其他人可能有用（请参阅下面的详细描述）。

我的 HM 时钟显示的特点：

• 准确的自设置时钟（访问 NTP 互联网时间服务以设置微控制器的 RTC）
• 从 Homematic（或类似的智能家居系统）接收并显示 2 个温度（内部和外部）
• 在明亮的 7 段 LED 显示屏上显示时间、日期和温度
• 7 段 LED 将在夜间变暗（可编程）
• 额外的 8x8 双色点阵显示器显示状态符号（例如 WiFi、温度或 NTP 更新等）
• 可以显示附加信息（例如，我添加了一个由 Homematic 门铃传感器触发的可视门铃）
• 可以通过网页控制（使用IP地址或路由器符号名在本地WiFi中访问）
• 有备用电池，测量电源电压和电池电量（剩余百分比）并知道它何时由 USB 供电

使用的零件：

• Arduino MKR Wifi 1010
• 4x Adafruit 4 位 7 段显示器，带 I2C 背包 - 亮白色
• 1 个带 I2C 背包的 Adafruit 双色 8x8 LED 方形像素矩阵
• 可选：带连接器 JST PHR-2 的 LiPo Akku（3、7 V；1200mAh）

说明：

1. 要构建自己的 HM 显示时钟，我建议从使用 Mkr1010 和通过跳线连接的显示器的面包板上开始。（这里不包括外壳的设计——也许我稍后会添加一些东西……但随后会作为 3D 打印版本）。硬件设置非常简单 - 请参阅提供的示意图：

• 将 Mkr1010 板安装在面包板上并通过（微型）USB 电缆连接到您的 PC
• 准备 5 个显示模块并将它们全部连接到相同的 I2C 总线（Mkr1010 的 SCL、SDA 引脚）和电源（3.3V 和 GND）。确保正确设置每个显示器的 I2C 地址，以避免地址冲突（请参阅下面的详细信息）
• 在“5V pin”和“A1”之间以及“A1”和“GND”之间连接2个相等的电阻，例如2.2k作为简单的分压器
• 可选择连接锂聚合物电池（3.7V；1.2Ah typ.）；确保连接器的极性正确（详情见下文）就是这样。

2.准备你的Arduino IDE：2.1首先将目标设置为“Boards - Arduino SAMD board - Arduino MKR WiFi 1010”（也许你想先尝试一些简单的Mkr WiFi 1010板示例）

2.2 然后为 I2C 驱动的显示器下载并安装必要的 Adafruit-LEDBackpack 库（请参阅 Adafruit 网站上提供的良好说明：https://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/downloads）

2.3 获取我的 Arduino 源代码（见下文），它包含 3 个文件：

• HMClockDisplay.ino - 主要源代码
• menu_inline_css7.h - HTML 菜单源代码（用于网站）
• symbols.h - 8x8 点阵显示的一些符号

确保它们都在一个文件夹中

2.4 在源代码开头的“用户设置”部分更改您的个人设置：输入您的家庭 WiFi 网络 SSID（名称）和密码，并根据需要调整您的时区和夏令时（DST）：

// 用户设置 : // WIFI 设置char ssid[] = " XXX "; // 你的 WiFi 网络名称char pass[] = " YYY "; // 您的 WiFi 密码// 时区设置int GMT = 1; // 适应您的时区（例如德国是 GMT+1 -> 设置为 1 ）int DST = 0; // 调整夏令时（默认 = 0：无 DST（冬季）

注意：对于初始测试，我建议使用您的“正常”本地 WiFi 访问（没有像访客 WLAN 那样的主要限制）以避免任何问题。

2.5. 编译并上传代码到Arduino板

使用串行监视器从设备获取详细信息以进行初始测试。会有许多日志输出，有助于理解 WiFi 连接问题等任何问题。

详细说明：

1.WiFi妮娜

Mkr Wifi 1010 板基于微控制器 SAMD21，连接到来自 u-blox 的模块 NINA-W10，这是一种在 2.4GHz WiFi 范围内运行的低功耗芯片组。要访问您的本地 WiFi 网络，提供的 WiFiNINA 库提供了所有必需的功能。有大量使用 WiFiNina 的示例和现有项目。请参阅以下可用文档：https ://www.arduino.cc/en/Reference/WiFiNINA

在我的项目中，我使用 WiFi 网络访问：

• 访问互联网时间协议 NTP 以定期设置实时时钟
• 提供一个简单的配置网页（基本上它充当一个小服务器）
• 从我的 Homematic 智能家居系统接收数据以显示（温度等）

笔记：

• 在 Arduino IDE 中初始设置 Mkr1010 板后，您可能需要更新 Nina 固件。可以在 Arudino IDE 中检查和更新版本。这个更新过程在上面提到的 WiFiNINA 网页中有描述。

• 要从本地 WiFi 网络轻松访问设备，请将网络路由器配置为始终使用相同的 IP 地址。大多数路由器还允许您分配设备名称（因此您无需在浏览器中输入 IP 地址）。我使用了“HMDisplayClock”，它让我只需输入http://HMDisplayClock就可以在我的 WiFi 网络中的任何浏览器中访问控制页面（或者，使用 Arduino Mkr 1010 板的 IP 地址当然也可以......）

• 如果您想对自己的 WiFi 连接设备进行编程，该设备需要始终可访问，这里有一个提示：确保定期检查您是否仍然连接。您的路由器会不时断开设备与网络的连接...因此，如果您只建立一次 WiFi（在设置例程中），几个小时后您将失去连接。就我而言，我在“handleWifiClient”子例程中每秒检查一次连接。

2. 自调时钟

Arduino 将从返回“纪元时间”的网络时间协议(NTP) 服务获取准确时间。返回的“纪元时间戳”是自 1970 年 1 月 1 日以来经过的秒数。因此有必要将时间戳转换为人类可读的日期和时间信息。此外，必须进行时区和夏令时校正。调整时区的子程序基于 Doug Domke 的优秀作品“It's about time”（感谢分享！）：https ://www.hackster.io/doug-domke/self-setting-super-accurate-时钟-5f1162

为此，Doug 的例程 fixTimeZone() 提供了很大帮助，因为调整时区可能相当复杂。微控制器（SAMD21）的内置实时时钟将使用此信息定期设置（我每小时更新一次）。一旦接收到成功的 NTP 更新，矩阵显示屏上的绿色“NTP”符号会亮起几秒钟：

3. 展示

为了可视化所有信息，我决定使用大而明亮的 LED 显示屏。它们可以安装在烟色玻璃盖后面，并允许时钟模块的精美设计。此外，我使用双色 8x8 矩阵模块来获取临时状态信息。

所有显示模块均由 Adafruit 制造，文档齐全并附带软件库。显示器由 I2C 控制（都连接在同一总线上），可由 3.3V 供电。（注意 Mkr1010 是3.3V设备，所以不要与 5V 部件混合使用！）。

• I2C 寻址：使用多个模块，需要设置每个显示模块的 I2C 地址，以避免地址冲突。每个显示器上有 3 个“地址调整焊接跳线”。确保为每个模块设置不同的地址。有关详细信息，请参阅 Adafruit 页面：https ://learn.adafruit.com/adafruit-led-backpack/changeing-i2c-address在我的情况下，我选择了以下地址（请参阅设置例程）： 时间显示模块：0x70 日期显示模块：0x71 Temp1 显示模块：0x73 Temp2 显示模块：0x74 矩阵显示模块：0x72
• 电源预算检查：所有显示器都连接到 MKR1010 板 VCC 引脚，这是一个稳定的 3.3V 输出。MKR ZERO 的规格表明它可以提供高达 600 mA 的电流。MKR WiFi 1010 也是如此，因为它使用相同的稳压器 (AP2112K-3.3)。我的测量结果显示，由 3.3V 提供的所有 4 个显示器的总电流不超过 120mA，所以应该没问题。

4.家常整合

为了可视化来自 Homematic 智能家居系统的温度值等信息，中央单元 (CCUx) 需要通过本地 WiFi 连接将传感器数据提供给时钟。为此，CCU 使用参数访问时钟网页……像这样：“ http://HMDisplayClock /?tempR=20.5”

使用您自己的时钟版本，请先尝试在浏览器中手动输入...如果一切正常，它将将正确的温度显示更新为 20.5C，如下所示：

然后按照以下步骤自动将数据从 Homematic 中央控制单元 (CCUx) 发送到时钟：

4.1.在 Homematic CCU 中安装以下两个插件：

a) XML-API：提供 xml 请求功能作为可用 HM 设备（例如传感器）的接口https://github.com/homematic-community/XML-API

b) CUxD Deamon：使用脚本命令 CMD_EXEC 将数据发送到使用 WiFi 访问的时钟

要在安装 CUxD 后首次启用 CMD_EXEC 功能，请输入设置并使用 CUx 守护程序中的“Exec”功能创建一个类型为“(28) System”的新设备，然后通过您的 CCU 收件箱确认新设备并重新启动您的CCU（此步骤的说明在这里（

4.2. 要选择应在 HM 显示时钟上显示的特定家庭传感器名称（数据点），请执行以下步骤：打开 XML-API 菜单：

设置-> 控制面板-> 附加软件-> XML-API设置->状态列表

...将列出所有执行器...

找到正确的 并将确切的名称复制到文本编辑器

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

4.3. 创建一个简单的 CCU 程序来定期发送数据。就我而言，我希望我的室内和室外温度传感器每 10 分钟自动发送到时钟。

为此，我创建了一个时间控制序列作为 CCU 程序，如上所示。此 CCU 程序将每 10 分钟执行一次，然后调用如下脚本：

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);

用您选择的数据点替换上面第 1+2 行中的传感器对象（参见步骤 4.2）

（也许对您也有用：我使用这个有用的教程来增强我自己对该主题的了解（德语）

当然可以进一步扩展上述方法。就我而言，每次我的家用门铃传感器被激活时，我也用它来显示门铃符号。

 

 

最后——为了完整起见——你当然可以使用任何其他本地服务来代替 Homematic 来提供数据，只要你能以上述 http 访问格式发送信息。

5.电池（可选）

您可以选择使用锂聚合物充电电池在断开 USB 电源后保持时钟运行。Arduino Mkr WiFi 1010 板具有内置充电器 Li-Po 充电威廉希尔官方网站 (BQ24195)，允许 Arduino MKR WiFi 1010 使用电池电源或外部 5 伏电源运行，在使用外部电源运行时为 Li-Po 电池充电.

要在应用中检测USB-Power(+Charging)或电池模式，测量 Mkr1010 板的“5V”输出引脚是一种合适的方法：如果测量到 5V 引脚上的电压在 5V 左右，则连接 USB 电源，如果使用电池，则为 3.3V。从 5V 引脚到 A1 和 GND 使用 2:1 分压器 (2xR) 来监控电压电平（因为没有 5V 可以提供给 3.3V ADC 输入！）。有关详细信息，请参见示意图。

要测量电池电压本身，请使用 Mkr1010 板上通过“sensorValue = analogRead(ADC_BATTERY);”提供的输入信号。

电压（3.3-4.2V）是剩余容量的一个很好的指标。我正在评估 5 个不同的级别（请参阅源代码）。

备注：

• 使用锂聚合物可充电单节电池，3.7V，约 1024mAh Arduino 推荐
• 电池的连接器类型是 JST PHR-2（在 Arduino 端是 JST S2B-PH-SM4-TB）。重要提示：检查 JST PHR-2 连接器的极性！板子的 USB 连接器在您的左侧，+ 应该是左侧引脚（朝向 USB 连接器），请参见下图。一些可用的锂聚合物电池极性相反！幸运的是，如果需要，很容易改变连接器的极性。

• 关于切换电源的重要说明- 这没有很好的记录：根据 Arduino，从一个电源切换到另一个电源应该自动完成。但是：如果 MKR Wifi 1010 使用锂聚合物电池运行，然后插入 USB 充电，则电流将受到极大限制！因此，CRG LED 会在一段时间后闪烁，并且威廉希尔官方网站 板会因电量不足而断电。这是由于以下限制：由于没有实现TI BQ芯片的USB监控功能（D+和D-），因此无法判断它是哪种电源。因此，BQ24195L 将安全值 0x30 写入 reg 0x00，从而将输入功率限制为 100mA。然后充电进入 DPM 模式，电池上的充电电压下降以限制电流。默认设置。就我而言，我正在使用看门狗重置（请参阅源代码）。肯定有更优雅的方法来解决这个问题（例如重新配置 BQ24195），但对我来说这已经足够了。

而已。我希望你喜欢这个项目。