制作自动校时的大屏LED钟

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序 号:228238 (电子世界)
标 题:制作自动校时的大屏LED钟 (4389字)
发信人:jasonlin2018
时 间:2019/11/28 19:33:56
阅读次数:826
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这是一款不起眼的小众产品,但是能解决很多人的大问题。

很多人都买过LED大屏时钟,俗称万年历,这种钟屏幕大,价格便宜,跟LCD相比LED钟会自发光,夜晚也可以清晰观看,使用方便,比看手机时间方便多了,抬头随时可以看到,总之优点很多,淘宝上销量很不错,存量市场很大。

小米杂货铺也推出过时钟产品,但是那个钟并不适用,虽然有很多功能,时钟作为一个居家用品,最重要的功能还是要观看方便清晰,一直在等小米推出大屏LED智能钟,可惜一直没有,等不了了,我们自制一台吧。

但是这个钟有一个巨大的缺点就是走时不准,价格便宜嘛,晶振没办法跟日本的钟比,每天的误差都在正负1-2秒之间,几个月积累下来会差好几分钟,最夸张一次回老家,老妈墙上的钟竟然差了15分钟,离家太久啦。

而且钟一般都是挂在墙上比较高的位置,每次取下挂上和摸索按键调时都特别费事,老人更是不敢操作,如何实现自动精准校时是困扰无数电子爱好者的难题。

其实2010年以后生产的LED钟使用的芯片都支持仪器校时的,PCB上大都预留3针的校时插座,工厂流水线生产时可以用仪器通过该插座给出厂的钟自动设定精准的初始时间,加上里面有3V的锂电池保持时钟走时,所以LED钟到用户家里时间都是准的。

获得精准的时间来源途径有4个,1是GPS信号,2是CDMA信号,3是河南商丘发送的68.5K电波钟信号,4是网络的NTP服务器。

1.GPS信号只能靠近窗口才可以收到,室内封闭空间接收困难,而且GPS接收耗电大,成本高,只有在室外没有网络信号时才考虑。

2.CDMA信号需要电信的CDMA基站,需要手机卡,没有开通或者停机的卡也可以,插入CDMA模块,接收基站的时钟信号,这种方式因为CDMA模块价格高,体积大,实现复杂,比较小众,而且CDMA将来要停止了也不考虑。

3.68.5K的电波钟信号原来是个不错的方案,但是现在电磁环境复杂,城市中心室内很难接收到,电波钟电波表也只有夜间靠近窗户才可以勉强接收到,而且国内离开商丘1000公里以外的大片区域信号都很弱,接收还要看天气。

4.看来只有网络时钟信号是最靠谱的,现在三大运营商提速降费以后,宽带的普及率极大提高,WiFi信号可以说是无处不在,每家都好几个基站。所以最佳方案就是采用物联网WiFi模块直接连接网络NTP服务器,读取精准时间,通过内置校时接口,给我们的家用LED钟自动校时,只要误差不积累起来,时间就永远精准。

关于电波钟,2013年我曾经研究过一段时间,也推出了电波钟自动校时的LED大钟,国内也一直没有同类产品,这里面有几个问题导致这类产品基本上不能成功。

LED钟都是采用交流电供电的,其他的电波钟和电波表都是电池供电的,交流供电的电源模块会在一米范围内严重干扰68.5K模块的接收,这个模块虽然价格便宜,但是信号非常弱,拿示波器测量信号都会被干扰,测不到。只能采用锂电池供电的示波器去测量他,也不能靠近电脑和一切的家用电器,使用条件太苛刻了,想把他内置到LED钟以内基本上是不可能的。

当时的方案是采用子母钟的形式,将电波钟接收模块单独做一个电池供电的母机,用锂电池供电,可以到处移动,内部采用超低功耗单片机接收解码,解码出信号以后用2.4G模块发送给LED钟接收,LED钟内部加一个2.4G接收模块,接收母机发过来的信号以后给LED大屏钟校时,由于母机跟一台BP机差不多大,可以移动到窗台附近寻找最佳信号点,样机制作一批出来以后在实验室效果不错,但是给用户以后基本上不能用,方案本身可行,但是实际使用遇到几个问题,基本上无解,

因为接收条件非常苛刻,很多人150平方的房子找了一遍,也没有找到一个能稳定接收信号的地方,有些地方虽然偶尔能收到,但是邻居家一开变频空调或家电,又收不到了,中国的城市家庭居住都非常密集,现在的WiFi信号弱也是过分密集造成频谱冲突,所以找到一个能稳定接收信号的地方确实不易,就算你找到这样一个地方,但是离客厅的LED钟距离太远了,甚至要穿几堵墙,2.4G信号根本发不过去,也许应该采用315M模块,但是315M发射需要12V供电,也是一个麻烦事,而且母机放外面几个月就没电了,要经常拿回来充电,后来又加上太阳能电池面板充电,但是窗台边风吹雨淋过段时间,母机就不行了。

所以实验室可行,做成产品就不可行,而且这个电波钟的编码专利掌握在西安一家小公司手里,大规模使用会有侵权问题,所以电波钟的推广在国内困难重重,商丘的发射台估计运行也困难,经常停播没信号。所以奉劝做电波LED钟的朋友还是放弃吧,只能是在手表里使用,电池供电+全封闭+方便移动。

而且中国电波钟的编码方案设计的比较简单幼稚,日本是60秒发射一遍,国内是20秒发射一遍,信号不够清晰,0和1拉得不够开,4进制判断比较困难,而且校验码设计很不合理,只有一位校验码,01和10的校验码是一样的,这样会导致时间差20秒,他们原装的钟就经常接收到差20秒的数据,校验码应该设计2位,有个冗余,当时设计这个协议的专家太操蛋了,多加1位检验码很容易的,里面冗余位很多,这样造成后面设计程序时难度很大,不得不通过解码多个时间数据来判断是不是正确时间,接收一个完整的数据都很困难,要满足接收多个数据就是难上加难,而且2个时间都收过来以后计算时间差,跟本地时间差做对比,如果不对,那么这2个时间里面肯定有一个是错的,不好判断哪个是错的,只能假设第一个是错的,以后面的时间为基准继续接收,直到收到2个时间差跟本地时间差相等,才认为这2个时间都对,再来用他,可见这个校验码有多麻烦,要保证收到2个连续正确的的数据才可以,经常要接收半个小时以上。

所以基本上放弃了电波钟的方案,国内基本上也没多少人在做了,现在运营商十几元套餐都送宽带,WIFI普及比10年前有很大提高,家里的网络信号可以说是无处不在,作为居家必备的LED大钟,接入网络是大势所趋。


经过一段时间的折腾,模块终于研制出来,采用常用的ES8266物联网模块,很多遥控插座,遥控灯都是采用这个方案,大家也可以根据ESP8266模块的DEMO自己写一下,里面都自带NTPClient的示例。校时协议是2013年做电波钟时找厂家高价买的,签有保密协议不便透露,所以只能出售模块给大家改造,这小东西赚钱是不可能的,除非一次订几万套量大才有可能,爱好者之间交流一下而已,有动手能力的给邻居改改挣2包烟钱,我已经把自己家和邻居朋友的十几个钟都改好了,东西虽小却能解决大问题,再也不用为调钟发愁了,特别是老人家。老人特别爱买这个钟,他们没手机,手机字也小,还是大屏看着舒服,醒目喜庆,用惯了一天都离不开。

家里有LED钟的的朋友可以购买我们写好的模块回家自己改造,模块使用也非常简单,总共4根线,一根红线为5V电源线,黑色为地线,绿色和橙色为时钟和数据线,黑绿橙3根线焊接到PCB板的校时插座上,红线焊接到DC插座处,对于电子爱好者这都不难,几分钟就可以搞定。

先将LED的时间日期调乱,然后插上模块,注意电源方向,插上LED钟电源,打开手机搜索附近的WiFi,找到SSID为NCLKxxxx开头的站点连接,无需密码,连上后打开手机浏览器,输入192.168.8.1这个网址,这个是模块的控制页面,在页面中主要填几个数据,最关键的地方是你们家WiFi名称和接入密码这2个必须填写,模块才能连上互联网,才可以校时工作,基站可以自动扫描列表出来,如果没扫描到也可以手动填写,只要选择基站,下方输入密码即可,填完点保存即可。

等2分钟左右,模块重启后,就会自动联网,如果家里有电脑,可以登录路由器查看DHCP分配的IP,主机名为NCLK开头的为校时模块,下次就可以用DHCP里面显示的内网IP来访问控制页面也可以,当然前面的192.168.8.1还可以用,只是手机要靠近钟才会有好的信号,使用192.168.8.1页面设置时,手机会提示当前连接不可上网,是否切换,一定选不要切换,等设置完SSID和密码,这个页面就没用了,模块能上网以后都可以通过内网访问更方便。设置完,手机可以改回家里的正常WiFi,手机只用于第一次给模块设置密码使用,当然笔记本也可以。

另有几个校时的设置:
1.校时时刻,即每天几点对LED钟校时,默认是凌晨3点对LED钟校时一次,时间设置中间有一个英文冒号:别忘了,如果无需修改保持默认03:00值即可。如果要多次校时,可以写多个时间,中间用英文分号“;”隔开,如03:00;15:00等,最后一个时间后面不要写分号,时间都是4位数字中间一个英文冒号,最多允许写24个时间值。如果不想让模块给钟校时,可以连默认的03:00也删掉,保持空白,这样只会在模块上电时校时一次,以后都不会校时,这可以控制让模块不工作。

2.校时模式有2种,日期和时间和仅时间,可以试一下,如果校时后日期数据乱了,就要选仅时间,对于公历和农历来回变着显示的LED钟,一般选仅时间,日期手工设置好以后一般不会错,我们只要校准时分秒数据就好了,日期他自己会走。

3.NTP主备服务器,目前使用阿里的服务器,如果有自己的服务器也可以修改。

4.时区和夏令时,默认是北京+8区,夏令时无,如果拿到国外或其他地区使用,可以设置当地的时区和是否夏令时,这样可以根据网络返回的时间正确显示。

对于校时的这4个设置,一般情况下都无需修改,保持默认值,用户只需要设置WiFi接入站点和密码2个关键数据即可.

模块在上电后的第15秒和60秒各校时一次,因为有些LED钟上电后会响一段音乐,响音乐时是拒绝校时的,所以上电差不多1分的时候音乐结束再校时一次确保万无一失。如果WiFi密码正确,2分钟以后就会看到前面调乱的时间变成正确的,说明校时功能正常,以后每天凌晨03:00都会自动校时。

如果2分钟后模块上LED灯熄灭了,但是LED大钟的时间没变,可能是绿橙线搞混了,对调以后再上电2分钟试一下。

在没有接收到NTP时钟信号时,模块上面的LED会亮1秒灭3秒,不停闪动,收到NTP正确时间后,LED就会熄灭,避免夜间刺眼。

同时也提供改造好的小型桌面LED钟,带秒6位显示,非常精巧,实现精准和精巧两全其美,大钟体积LED太大请自己买模块回去改造。

使用中有遇到问题,可以加QQ群: 727077558  或微信: ljz17888586 联系 有什么需求可以交流。


图片中的接线位置为校时接口,一般有预留3针,如果没有,就是跟设置键复用,时钟线和数据线接设置按键2端即可。

该帖子被 jasonlin2018 编辑。2019/11/28 19:54:47



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