秋月の時計キットをNTP時計化

2017-07-23

作品紹介

ESP32, ESP-WROOM-32, NTP, 時計, 秋月

家の玄関で地味に役に立っていた時計

かなり前に秋月電子で買った時計キット。
数字が大きく、遠くからでもよく見えるので自宅の玄関で地味に役立っていました。

しかし、水晶の精度がいまいちでよくズレるので、7セグの表示部だけを残してESP32によるNTP時計にアップデートしました。

作った基板

今回は久々にユニバーサル基板で製作しました。最近はプリント基板ばかり使っていたので、部品の配置の吟味に苦労しました。ユニバーサル基板で作るときも基板CADで設計してから作った方がキレイにできそうです。

上が秋月のキットの基板、下が今回作ったESP32-NTP時計基板

ソースコード

Arduino core for the ESP32 環境で動作するコードです。

ここからダウンロードできます。

/**
  @title ESP32 AKI-RETROFIT-TOKEI
  @author  kerikun11 (GitHub: kerikun11)
  @date    2018.02.13
 */

#include <WiFi.h>
#include <ArduinoOTA.h>
#include <esp32-hal-log.h>

/** ピンアサイン */
const int pins_led_anode[4] = {12, 13, 14, 15}; //< 7セグLEDの各桁アノード
const int pins_led_cathode[7] = {2, 4, 5, 16, 17, 18, 19}; //< 7セグLEDの各バーカソード
const int pin_led_colon = 25; //< コロンのLEDのピン
const int pin_button = 0; //< ボタンピン

/** 初期化関数 */
void setup() {
	Serial.begin(115200);
	log_i("Hello, this is ESP32.");

	// イベントハンドラの割り当て
	WiFi.onEvent(WiFiEvent);
	// 前回接続したWiFiに自動接続
	WiFi.begin();

	// タイムゾーンとNTPサーバーの設定
	configTzTime("JST-9", "ntp.jst.mfeed.ad.jp", "ntp.nict.jp", "pool.ntp.org");

	// 各タスクを生成
	xTaskCreate(ota_task, "ota", 4096, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(smartConfig_task, "smartConfig", 4096, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(dynamic_task, "dynamic", 4096, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(colon_task, "colon", 4096, NULL, 1, NULL);
	xTaskCreate(time_task, "time", 4096, NULL, 1, NULL);
}

/** メインループ
  @brief すべての処理はFreeRTOSのタスクで行うので、ここでは何もしない
 */
void loop() {
}

/** NTPにより現在時刻を合わせる関数
 */
void setTime() {
	struct tm timeinfo;
	if (!getLocalTime(&timeinfo)) {
		log_e("Failed to obtain time");
		return;
	}
	time_t t = time(NULL);
	log_d("Time: %s", ctime(&t));
}

/** WiFiイベントが発生したときによばれる関数
  @brief WiFiに接続されたら時刻合わせをする
 */
void WiFiEvent(WiFiEvent_t event) {
	log_d("[WiFi-event] event: %d\n", event);
	switch (event) {

		case SYSTEM_EVENT_STA_GOT_IP:
			setTime(); //< 時刻合わせ
			break;
		default:
			break;
	}
}

/** OTA処理をするタスクの関数
  @brief FreeRTOSにより実行
 */
void ota_task(void *arg) {
	ArduinoOTA.setHostname("AKI-TOKEI");
	ArduinoOTA.begin();
	portTickType xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	while (1) {
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 1 / portTICK_RATE_MS);
		ArduinoOTA.handle();
	}
}

/** smartConfig処理をするタスクの関数
  @brief FreeRTOSにより実行、ボタンが押されたらsmartConfig処理を実行
 */
void smartConfig_task(void *arg) {
	pinMode(pin_button, INPUT_PULLUP);
	portTickType xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	while (1) {
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 1 / portTICK_RATE_MS);
		if (digitalRead(pin_button) == LOW) {
			log_i("WiFi.beginSmartConfig();");
			WiFi.beginSmartConfig();
			while (!WiFi.smartConfigDone()) {
				delay(100);
			}
		}
	}
}

/** コロンを点滅させるタスクの関数
  @brief FreeRTOSにより実行
 */
void colon_task(void *arg) {
	pinMode(pin_led_colon, OUTPUT);
	portTickType xLastWakeTime;
	xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	while (1) {
		for (int i = 0; i < 50; i++) {
			digitalWrite(pin_led_colon, HIGH);
			vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 1 / portTICK_RATE_MS);
			digitalWrite(pin_led_colon, LOW);
			vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 9 / portTICK_RATE_MS);
		}
		digitalWrite(pin_led_colon, LOW);
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 500 / portTICK_RATE_MS);
	}
}

/** 7セグLEDをダイナミック点灯するタスクの関数
  @brief FreeRTOSにより実行
 */
void dynamic_task(void *arg) {
	for (int i = 0; i < 4; i++) pinMode(pins_led_anode[i], OUTPUT);
	for (int i = 0; i < 7; i++) pinMode(pins_led_cathode[i], OUTPUT);

	portTickType xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	while (1) {
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 2 / portTICK_RATE_MS);
		dynamic();
	}
}

/** 定期的に時刻合わせをするタスクの関数
  @brief FreeRTOSにより実行
 */
void time_task(void *arg) {
	portTickType xLastWakeTime = xTaskGetTickCount();
	while (1) {
		vTaskDelayUntil(&xLastWakeTime, 1000 * 60 * 60 * 24 / portTICK_RATE_MS);
		setTime();
	}
}

/** 7セグLEDの表示処理関数
  @brief I/Oピンのドライブ関数
 */
static void print_column(int8_t col) {
	for (int i = 0; i < 4; i++) digitalWrite(pins_led_anode[i], col == i);
}
/** 7セグLEDの表示処理関数
  @brief I/Oピンのドライブ関数
 */
static void print_pattern(uint8_t pat) {
	for (int i = 0; i < 7; i++) digitalWrite(pins_led_cathode[i], (pat >> i) & 1);
}
/** 7セグLEDのある1文字を表示する関数
  @brief  7セグLEDのある1文字を表示する関数
  @param col 何桁目を表示するか選択
  @param c 表示する文字(char)
 */
void print_7seg(uint8_t col, char c) {
	// BGACDEHF
	static uint8_t pattern[10] = {
		0b00111111, // 0
		0b00000110, // 1
		0b01011011, // 2
		0b01001111, // 3
		0b01100110, // 4
		0b01101101, // 5
		0b01111101, // 6
		0b00100111, // 7
		0b01111111, // 8
		0b01101111, // 9
	};
	uint8_t pat;
	switch (c) {
		case ' ':
			pat = 0b00000000;
			break;
		case ':':
			pat = 0b10100000;
			break;
		case '-':
			pat = 0b01000000;
			break;
		case '0':
		case '1':
		case '2':
		case '3':
		case '4':
		case '5':
		case '6':
		case '7':
		case '8':
		case '9':
			pat = pattern[c - '0'];
			break;
		default:
			pat = 0b00000010;
			break;
	}
	print_column(-1);
	print_pattern(pat);
	print_column(col);
}
/** ダイナミクス点灯処理の関数
  @brief  この関数を定期的に呼ぶと7セグLEDがダイナミック点灯する
 */
void dynamic(void) {
	static uint8_t dynamic_counter = 1;
	static struct tm *t_st;
	time_t t = time(NULL);
	t_st = localtime(&t);
	switch (dynamic_counter) {
		case 1:
			print_7seg(0, (t_st->tm_hour / 10) ? ('0' + (t_st->tm_hour / 10)) : (' '));
			break;
		case 2:
			print_7seg(1, '0' + (t_st->tm_hour % 10));
			break;
		case 3:
			print_7seg(2, '0' + (t_st->tm_min / 10));
			break;
		case 4:
			print_7seg(3, '0' + (t_st->tm_min % 10));
			dynamic_counter = 0;
			break;
		default:
			dynamic_counter = 0;
			break;
	}
	dynamic_counter++;
}

これからもよろしく

1日に1回、NTPサーバーから時刻を取得するようにしたので、ほとんど時間がズレることはないでしょう。地味に役に立っていた玄関の時計、これからも安定動作でよろしくお願いします。