NTP-UTC-UHR mit ESP8266-01S + 0,96" OLED-Display

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Hat nicht jeder schon einmal festgestellt, das seine Uhren (wenn Sie keine Funkuhren sind) mit der Zeit vor oder nachgehen? Spätestens bei der nächsten Zeitumstellung im Sommer oder Herbst werden alle Uhren wieder auf eine richtige Zeit eingestellt.

Der Computer syncronisiert seine interne Uhr regelmäßig mit einem sogenannten NTP-Server. Der NTP-Server ist sozusagen eine Funkuhr für den Computer.

So einen NTP-Server können wir uns zunuzte machen und mit einem ESP8266-01S Modul per WLAN abrufen. Diese Zeit lassen wir dann gleich auf einem OLED-Display anzeigen.

Was wir alles brauchen:

1 x ESP8266-01S
1 x 0,96" OLED-Display
ein paar Jumper Leitungen
1 x Batteriehalterung für 2 Batterien

1 x Programmieradapter USB-Adapter oder FTDI FT232RL

3D-Gedrucktes Gehäuse von thingiverse

Die Verdrahtung der Hardware:

Um die Uhr unabhängig vom Computer betreiben zu können verwenden wir hier 2 Batterien mit je 1,5V. Mit 3V Gesamtspannung sind wir an der unteren Grenze der Hardware.

Die Masse (Minus-Pol) der Batterie wird an die Anschlüsse GND am ESP8266-01S und OLED-Display verbunden. > Schwarze Leitung
Die 3V (Plus-Pol) der Batterie wird mit VCC am ESP8266-01S und Display angeschlossen, zusätzlich muss noch der CH_PD (Chip-Enable) auf High (3V) gelegt werden. > Rote Leitung
Zuletzt werden noch die zwei i²c-Leitungen vom Display am ESP8266-01S angeschlossen, dazu müssen wir die 2 zur Verfügung stehenden GPIOs verwenden. Die Gelbe Leitung entspricht SCK und wird mit GPIO2 verbunden. Die Grüne Leitung ist SDA und wird mit GPIO0 verbunden.

Ist alles miteinander verbunden, können wir zum Programmieren übergehen. Zum Programmieren muss der GPIO0 während des Starts auf Masse gelegt werden!

Die Software:

#include "ESP8266WiFi.h"           
#include <WiFiUdp.h>
#include <Wire.h>
#include "font.h"

WiFiClient client;

char* ssid     = "WLAN-SSID";
char* password = "WLAN-PW";
char buffer[20];

#define OLED_address  0x3c

unsigned int localPort = 2390; 
IPAddress timeServerIP;
const char* ntpServerName = "pool.ntp.org";

const int NTP_PACKET_SIZE = 48;
byte packetBuffer[ NTP_PACKET_SIZE];
WiFiUDP udp;

static void reset_display(void)
{
  displayOff();
  clear_display();
  displayOn();
}

void StartUp_OLED()
{
  init_OLED();
  reset_display();
  displayOff();
  setXY(0,0);
  clear_display();
  displayOn();
}

void displayOn(void)
{
    sendcommand(0xaf);
}

void displayOff(void)
{
  sendcommand(0xae);
}

static void clear_display(void)
{
  unsigned char i,k;
  for(k=0;k<8;k++)
  { 
    setXY(k,0);    
    {
      for(i=0;i<128;i++)
      {
        SendChar(0);
      }
    }
  }
}
 
static void SendChar(unsigned char data) 
{
  Wire.beginTransmission(OLED_address);
  Wire.write(0x40);
  Wire.write(data);
  Wire.endTransmission();
}

static void sendCharXY(unsigned char data, int X, int Y)
{
  setXY(X, Y);
  Wire.beginTransmission(OLED_address);
  Wire.write(0x40);
  for(int i=0;i<8;i++)
    Wire.write(pgm_read_byte(myFont[data-0x20]+i));
    
  Wire.endTransmission();
}

static void sendcommand(unsigned char com)
{
  Wire.beginTransmission(OLED_address);
  Wire.write(0x80);
  Wire.write(com);
  Wire.endTransmission();
}

static void setXY(unsigned char row,unsigned char col)
{
  sendcommand(0xb0+row);
  sendcommand(0x00+(8*col&0x0f));
  sendcommand(0x10+((8*col>>4)&0x0f));
}

static void sendStr(unsigned char *string)
{
  unsigned char i=0;
  while(*string)
  {
    for(i=0;i<8;i++)
    {
      SendChar(pgm_read_byte(myFont[*string-0x20]+i));
    }
    *string++;
  }
}

static void sendStrXY( char *string, int X, int Y)
{
  setXY(X,Y);
  unsigned char i=0;
  while(*string)
  {
    for(i=0;i<8;i++)
    {
      SendChar(pgm_read_byte(myFont[*string-0x20]+i));
    }
    *string++;
  }
}

static void init_OLED(void)
{
    sendcommand(0xae);
    sendcommand(0xa6);
    sendcommand(0xAE);
    sendcommand(0xD5);
    sendcommand(0x80);
    sendcommand(0xA8);
    sendcommand(0x3F);
    sendcommand(0xD3);
    sendcommand(0x0);
    sendcommand(0x40 | 0x0);
    sendcommand(0x8D);
    sendcommand(0x14);
    sendcommand(0x20);
    sendcommand(0x00);
    //sendcommand(0xA0 | 0x1);      //180 Grad drehen
    sendcommand(0xA0);
    //sendcommand(0xC8);            //180 Grad drehen
    sendcommand(0xC0);
    sendcommand(0xDA);
    sendcommand(0x12);
    sendcommand(0x81);
    sendcommand(0xCF);
    sendcommand(0xd9);
    sendcommand(0xF1);
    sendcommand(0xDB);
    sendcommand(0x40);
    sendcommand(0xA4);
    sendcommand(0xA6);
    clear_display();
    sendcommand(0x2e);
    sendcommand(0x20);
    sendcommand(0x00);
}

void Draw_WIFI()
{
   clear_display();
   setXY(0,0);
   for(int i=0;i<128*8;i++)
   {
    SendChar(pgm_read_byte(WIFI1+i));
   }
   sendcommand(0xaf);
}

void Draw_WAVES()
{
   clear_display();
   setXY(0,0);
   
   for(int i=0;i<128*8;i++)
   {
    SendChar(pgm_read_byte(rfwaves+i));
   }
   sendcommand(0xaf);
}

void setup() {
  delay(200);
  Wire.pins(0, 2);
  Wire.begin();

  StartUp_OLED(); 
  clear_display();
  
  sendStrXY("***************", 0, 1);
  sendStrXY("     START     ", 0, 1);
  
  WiFi.begin(ssid, password);
   while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    sendStrXY("  Verbinden    ", 0, 1);
    delay(250);
    sendStrXY("               ", 0, 1);
   }
  IPAddress ip = WiFi.localIP();   
  String ipStr = String(ip[0]) + '.' + String(ip[1]) + '.' + String(ip[2]) + '.' + String(ip[3]);
  ipStr.toCharArray(buffer, 20);
  sendStrXY((buffer), 0, 1);

  udp.begin(localPort);
  delay(2000);
}

void loop() {
 WiFi.hostByName(ntpServerName, timeServerIP); 

  sendNTPpacket(timeServerIP); 
  delay(200);
 int cb = udp.parsePacket();
  if (!cb) {  }
  else {

  udp.read(packetBuffer, NTP_PACKET_SIZE);

    unsigned long highWord = word(packetBuffer[40], packetBuffer[41]);
    unsigned long lowWord = word(packetBuffer[42], packetBuffer[43]);

    unsigned long secsSince1900 = highWord << 16 | lowWord;
    const unsigned long seventyYears = 2208988800UL;
    unsigned long epoch = secsSince1900 - seventyYears;

    int stunden = (epoch  % 86400L) / 3600;
    Serial.println(stunden);
    int minuten =(epoch  % 3600) / 60;
    int sekunden = epoch % 60;
    
    String str;
    
    str = String(int(stunden/10));
    char stund1[2];
    str.toCharArray(stund1,2);
    
    str = String(int(stunden%10));
    char stund2[2];
    str.toCharArray(stund2,2);

    str = String(int(minuten/10));
    char min1[2];
    str.toCharArray(min1,2);
    
    str = String(int(minuten%10));
    char min2[2];
    str.toCharArray(min2,2);   
    
    str = String(int(sekunden/10));
    char sek1[2];
    str.toCharArray(sek1,2);

    str = String(int(sekunden%10));
    char sek2[2];
    str.toCharArray(sek2,2);
    
    //sendStrXY("   00:00:00   ", 2, 1);
   
      sendStrXY(stund1, 2, 4);
      sendStrXY(stund2, 2, 5);

      sendStrXY(":", 2, 6);
      
      sendStrXY(min1, 2, 7);
      sendStrXY(min2, 2, 8);

      sendStrXY(":", 2, 9);

      sendStrXY(sek1, 2, 10);
      sendStrXY(sek2, 2, 11);     

    delay(50);
    
  }
}


unsigned long sendNTPpacket(IPAddress& address)
{
  memset(packetBuffer, 0, NTP_PACKET_SIZE);
  packetBuffer[0] = 0b11100011;   
  packetBuffer[1] = 0;     
  packetBuffer[2] = 6;     
  packetBuffer[3] = 0xEC; 
  packetBuffer[12]  = 49;
  packetBuffer[13]  = 0x4E;
  packetBuffer[14]  = 49;
  packetBuffer[15]  = 52;
  udp.beginPacket(address, 123);
  udp.write(packetBuffer, NTP_PACKET_SIZE);
  udp.endPacket();
}

font.h (Datei als neuer Tab)

const char myFont[][8] PROGMEM = {  
{0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x5F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x07,0x00,0x07,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x14,0x7F,0x14,0x7F,0x14,0x00,0x00},
{0x00,0x24,0x2A,0x7F,0x2A,0x12,0x00,0x00},
{0x00,0x23,0x13,0x08,0x64,0x62,0x00,0x00},
{0x00,0x36,0x49,0x55,0x22,0x50,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x05,0x03,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x1C,0x22,0x41,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x22,0x1C,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x2A,0x1C,0x2A,0x08,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x08,0x3E,0x08,0x08,0x00,0x00},
{0x00,0xA0,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x08,0x08,0x08,0x08,0x00,0x00},
{0x00,0x60,0x60,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x20,0x10,0x08,0x04,0x02,0x00,0x00},
{0x00,0x3E,0x51,0x49,0x45,0x3E,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x42,0x7F,0x40,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x62,0x51,0x49,0x49,0x46,0x00,0x00},
{0x00,0x22,0x41,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00},
{0x00,0x18,0x14,0x12,0x7F,0x10,0x00,0x00},
{0x00,0x27,0x45,0x45,0x45,0x39,0x00,0x00},
{0x00,0x3C,0x4A,0x49,0x49,0x30,0x00,0x00},
{0x00,0x01,0x71,0x09,0x05,0x03,0x00,0x00},
{0x00,0x36,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00},
{0x00,0x06,0x49,0x49,0x29,0x1E,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x36,0x36,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0xAC,0x6C,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x14,0x22,0x41,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x22,0x14,0x08,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x02,0x01,0x51,0x09,0x06,0x00,0x00},
{0x00,0x32,0x49,0x79,0x41,0x3E,0x00,0x00},
{0x00,0x7E,0x09,0x09,0x09,0x7E,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x49,0x49,0x49,0x36,0x00,0x00},
{0x00,0x3E,0x41,0x41,0x41,0x22,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x41,0x41,0x22,0x1C,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x49,0x49,0x49,0x41,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x09,0x09,0x09,0x01,0x00,0x00},
{0x00,0x3E,0x41,0x41,0x51,0x72,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x08,0x08,0x08,0x7F,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x7F,0x41,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x20,0x40,0x41,0x3F,0x01,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x08,0x14,0x22,0x41,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x40,0x40,0x40,0x40,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x02,0x0C,0x02,0x7F,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x04,0x08,0x10,0x7F,0x00,0x00},
{0x00,0x3E,0x41,0x41,0x41,0x3E,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x09,0x09,0x09,0x06,0x00,0x00},
{0x00,0x3E,0x41,0x51,0x21,0x5E,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x09,0x19,0x29,0x46,0x00,0x00},
{0x00,0x26,0x49,0x49,0x49,0x32,0x00,0x00},
{0x00,0x01,0x01,0x7F,0x01,0x01,0x00,0x00},
{0x00,0x3F,0x40,0x40,0x40,0x3F,0x00,0x00},
{0x00,0x1F,0x20,0x40,0x20,0x1F,0x00,0x00},
{0x00,0x3F,0x40,0x38,0x40,0x3F,0x00,0x00},
{0x00,0x63,0x14,0x08,0x14,0x63,0x00,0x00},
{0x00,0x03,0x04,0x78,0x04,0x03,0x00,0x00},
{0x00,0x61,0x51,0x49,0x45,0x43,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x41,0x41,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x41,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x04,0x02,0x01,0x02,0x04,0x00,0x00},
{0x00,0x80,0x80,0x80,0x80,0x80,0x00,0x00},
{0x00,0x01,0x02,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x20,0x54,0x54,0x54,0x78,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x48,0x44,0x44,0x38,0x00,0x00},
{0x00,0x38,0x44,0x44,0x28,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x38,0x44,0x44,0x48,0x7F,0x00,0x00},
{0x00,0x38,0x54,0x54,0x54,0x18,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x7E,0x09,0x02,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x18,0xA4,0xA4,0xA4,0x7C,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x08,0x04,0x04,0x78,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x7D,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x80,0x84,0x7D,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x7F,0x10,0x28,0x44,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x7F,0x40,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x7C,0x04,0x18,0x04,0x78,0x00,0x00},
{0x00,0x7C,0x08,0x04,0x7C,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x38,0x44,0x44,0x38,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0xFC,0x24,0x24,0x18,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x18,0x24,0x24,0xFC,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x7C,0x08,0x04,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x48,0x54,0x54,0x24,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x04,0x7F,0x44,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x3C,0x40,0x40,0x7C,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x1C,0x20,0x40,0x20,0x1C,0x00,0x00},
{0x00,0x3C,0x40,0x30,0x40,0x3C,0x00,0x00},
{0x00,0x44,0x28,0x10,0x28,0x44,0x00,0x00},
{0x00,0x1C,0xA0,0xA0,0x7C,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x44,0x64,0x54,0x4C,0x44,0x00,0x00},
{0x00,0x08,0x36,0x41,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x00,0x7F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x41,0x36,0x08,0x00,0x00,0x00,0x00},
{0x00,0x02,0x01,0x01,0x02,0x01,0x00,0x00},
{0x00,0x02,0x05,0x05,0x02,0x00,0x00,0x00} 
};

// bitmap logo
const char WIFI1[] PROGMEM = {
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x80, 0x80, 0xC0, 0xE0, 0xE0, 0xE0, 0xF0, 0xF0, 0xF8,
0xF8, 0xF8, 0xF8, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE,
0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFE, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xFC, 0xF8, 0xF8, 0xF8,
0xF8, 0xF8, 0xF0, 0xF0, 0xE0, 0xE0, 0xE0, 0xC0, 0x80, 0x80, 0x80, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
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};

Nach dem Programmieren bauen wir alles in das gedruckte Gehäuse ein und haben eine nette selbstgebaute, immer aktuelle, Uhr.

Die Uhr läuft nun nur wenn ein NTP-Server erreicht wir!

Als Aufgabe könnt ihr euch eine Änderung an der Software überlegen, damit die Uhrzeit nur zur vollen Minute oder Stunde aktualisiert wir und dazwischen autark im ESP8266-01S berechnet wir.

Ebenso sind noch weitere Zeilen auf dem Display frei, diese könnten auch mit einem Datum ergänzt werden.

Oben im Gehäuse noch Löcher für Schalter vorgesehen, wie wäre es mit einem EIN/AUS Schalter?

Viel Spass beim Nachbauen und hinterlasst eure Verbesserungsideen in den Kommentaren.

Kategorien: Displays, Esp-8266, Projekte für fortgeschrittene

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3 Kommentare

yetti

Februar 27, 2021 at 16:52pm

Das sollte doch auch einfacher gehen mittels time.h und configtime,
dann kann man noch den localen Router noch als Zeitserver verwenden, denn kann ohne Probleme öfter abfragen. Ist dann zwar nicht PTB aber schon sehr genau für eine normale Uhr und das sollte für die meisten weiteren Projekte reichen.

#include

void setup() {
//Wifi
….
}

void loop () {
….
// alle x Minuten
….
Serial.println(“aktuelle Zeit holen”);
getPTB();
…
// Zeit holen aus dem internen Speicher.
Serial.println(“Readtime()”);
readtime(); // Zeit einlesen
….
}

void getPTB(){
configTime(0, 0, “192.168.1.1”, “ptbtime1.ptb.de”, “ptbtime2.ptb.de”); // locale Fritzbox und ptb.de
setenv(“TZ”, “CET-1CEST,M3.5.0,M10.5.0/3”, 1); // locale Zeit einstellen mit Sommerzeit
Serial.print("Waiting for time “);
while (!time(nullptr)) {
Serial.print(”.");
delay(100);
}
delay(100); // warten auf NTP Zeit
}

void readtime() {
time_t now = time(nullptr);
struct tm*timeinfo;
time(&now);
timeinfo = localtime(&now);
year = 1900 + timeinfo→tm_year;
month = 1 + timeinfo→tm_mon;
day = timeinfo→tm_mday;
hour = timeinfo→tm_hour;
minute = timeinfo→tm_min;
second = timeinfo→tm_sec;
// Serial.printf(“%02u-%02u-%4u\n”, day, month, year);
Serial.printf(“%02u:%02u:%02u \n”, hour, minute, second);

if (year < 2000) { // das war nix Zeit falsch ESP.restart(); }

}

Kai

September 21, 2020 at 17:27pm

Hallo Markus,
ein ESP arbeitet leider viel zu ungenau bzw. arbeitet er Funktionalitäten wie WLAN vorrangig ab und vernachlässigt dann andere Prozesse. Würde die Zeit nicht stündlich abgefragt käme es mitunter pro Stunde zu einem Fehler von bis zu 3 Minuten. Eine Lösung ist ein RTC-Modul oder das WLAN zu deaktivieren oder mit der Funktion Millis die verstrichene Zeit der Hintergrundprozesse zu ermitteln. Es geht hier ums basteln und nicht um High-End-Geräte…

Markus Gebhard

März 04, 2020 at 08:34am

Nettes Beispiel, aber bitte fair sein und die Regularien und Doku des Zeitservers beachten. Siehe https://www.pool.ntp.org/vendors.html und insbesondere die Richtlinie "Don’t send excessively frequent queries. Reasonable query intervals are typically from once or twice a day to a 4-5 times an hour depending on the application. Really consider how often the device will need “fresh time”. A standard ntpd or openntpd server works, too." – bitte vermeiden, andauernd eine Zeitabfrage zu senden, weil diese eben doch Bandbreite verbraucht und damit andere in Mitleidenschaft zieht.