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WordClock V2

Die erste Version meiner selbst gebauten WordClock wurde von einem Arduino Nano V3 befeuert und funktioniert dank der Vorarbeiten der Forumsmitglieder einwandfrei.

Ich habe dann den Fehler gemacht, die Uhr herumzuzeigen, was darin mündete, dass ich weitere Wort-Uhren bauen musste - Jeder der das Teil sah, wollte ebenfalls eins haben.

Da ich ziemliche Probleme mit den in der Arduino-Version verbauten Echtzeituhr-Modulen und den DCF77-Empfängern hatte, bin ich für die weiteren Ausgaben der Uhr auf die Version von Manuel Bracher (bracci) umgestiegen, die als Hirn eine NodeMCU-Platine bzw. den “ESP8266 D1 mini” einsetzt.

Da ich weiterhin die auch bei der Arduino-Version verwendeten LED-Stripes einsetzen wollte und die Front des Display aufgrund der Einschränkungen meiner CNC-Fräse nicht größer als 23 x 23 cm sein durfte, passte eine normale NodeMCU- oder D1 mini-Platine nicht ins Konzept.

Die zuerst als Alternative ins Auge gefassten ESP-01-Module sind zwar schön klein und sehr preiswert, haben aber leider keinen Analogeingang für die Helligkeitsregelung.
Bleibt zu erwähnen, dass selbst diese Winzlinge die Firmware der QlockWiFive problemlos verarbeiten, wenn die Parameter in der Firmware passend eingestellt werden. Die automatische Helligkeitsregelung ist allerdings nicht möglich, meine Versuche, den A0-Pin direkt am IC abzugreifen sind ins Leere gelaufen. Man kommt mit Hobbymitteln nicht an den Anschluss heran um dort einen Draht anzulöten.

    Aktualisierung
    Der ESP-01 kann einen I²C-Anschluss zur Verfügung stellen, über den ein passender “Ambient Light Sensor”, der BH1750, für die Helligkeitsregelung angesprochen werden kann. Somit ist die Realisierung einer WordClock mit ESP-01 ebenfalls möglich.


Die nächst größeren ESP8266-Module am Markt, ESP-12E, sind schmal genug um in den verfügbaren Platz zu passen und stellen alle notwendigen Anschlüsse zur Verfügung, meine WordClock wird also auf einem ESP-12E basieren.

Dafür habe ich einen weiteren Adapter entworfen, der eingangsseitig pinkompatibel zum ESP-01-Programmieradapter ist und ansonsten als Breadboard für einen ESP-12E dient, dessen IOs - soweit frei nutzbar - auf Pins geführt sind. Zusätzlich sind noch für den Betrieb des ESP-12E notwendige PullUp- und PullDown-Widerstände sowie der Spannungsteiler-Widerstand für den LDR der WordClock implemetiert.

ESP-12E-Adapter - Click für größere Auflösung            (Click auf das Bild für größere Darstellung)


Das Board ist einseitig entflochten, es sind lediglich 2 Brücken notwendig. Um das Board so schmal wie möglich auslegen zu können, habe ich das Layoutsymbol des ESP-12 geändert, so dass die asymmetrisch angelegten Pads nach innen statt nach außen zeigen. Auf diese Weise konnte ich die Breite der Platine auf etwas über 20 mm beschränken, was noch in den Rahmen meiner WordClock hinein passt.

ESP-12E-Adapter            (Click auf das Bild für größere Darstellung)


Die vier Lötpads am oberen Rand der Platine werden bei der WordClock nicht benötigt, die hier benutzten Anschlüsse sind auf den Stecker links geführt - im Wesentlichen der Data -Ausgang für die LED-Stripes und der Analogeingang für den LDR. Daneben liegen hier die Anschlüsse für 3,3V, GND sowie zwei nicht verwendete GPIO des ESP8266. Hier könnten z.B. ein Piezo-Lautsprecher und ein IR-Empfänger Anschluss finden, was aber in meiner Version der Firmware nicht berücksichtigt ist.

Programmiert wird der ESP-12E über den links zwischen den beiden Lötbrücken sitzenden 8poligen Stecker. Der Programmieradapter  wird über ein 8-poliges Kabel “Stecker auf Buchsen” am WordClock Board angeschlossen, dabei ist darauf zu achten, dass die Signale Rx und Tx überkreuz verbunden werden müssen. Alle andere Leitungen werden 1:1 verbunden.

Die Widerstände sind SMD-Typen und sitzen auf der Unterseite der Platine.

Die Schaltunterlagen im EAGLE Format sind hier bereit gestellt.

nota bene: Für den Betrieb des ESP-12E muss GPIO15 auf LOW und CH_PD auf HIGH  gelegt werden. Die entsprechenden Widerstände sind in der oben dargestellten Schaltung enthalten.


Da die WordClock mit ESP keine Bedienelemente am Gehäuse benötigt - alle Einstellungen können über das WEB-Interface vorgenommen werden - habe ich die Front ohne Löcher für die Sensor-LEDs ausgeführt, alle anderen Eigenschaften entsprechen der ersten Version mit Arduino.

Die Bedienung ist natürlich vollkommen anders, weshalb ich hier eine auf meine Firmware-Version abgestimmte Anleitung zur Verfügung stelle. Auf Funktionen, die in der Firmware prinzipiell enthalten sind und per Compiler-Schalter ein- oder ausgeschaltet werden können, in meiner Version aber nicht enthalten sind, gehe ich nicht ein.

Hinweis
Nach einigen Monaten in Betrieb hat meine WordClock angefangen, unmotiviert zu blitzen und zu flackern, meist dann, wenn sich die Raumhelligkeit verändert hat, aber auch zwischendurch ohne erkennbaren Anlass.
Einen Wackelkontakt konnte ich nach eingehender Untersuchung ausschließen. Andere WordClocks mit identischem Aufbau funktionieren klaglos, es muss also an meiner Uhr liegen.

Letztlich stellte sich die Versorgungsspannung als Ursache für das Problem heraus.
Der ESP-12E wird in meiner Uhr durch ein StepDown Schaltnetzteil versorgt, dessen Ausgangsspannung mit einem winzigen Poti eingestellt werden muss. Bei meinem Modul war die Spannung auf 3,28 V eingestellt. Nach Justierung der Spannung auf 3,32 V war das Geflacker weg.
Achtung , das Poti ist ziemlich schlecht zu bedienen und sein Wert ändert sich beim Bedienen teilweise sehr sprunghaft, auch gerne mal über die zulässigen 3,6 V hinaus. Es empfiehlt sich also, den ESP während des Einstellvorgangs von der Spannung zu trennen.


Ich weise nochmals ausdrücklich darauf hin, dass die Firmware für meine WordClock von Manuel Bracher stammt und von mir nur für meine Zwecke angepasst wurde.


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