ESP32と32×8フルカラーLEDでデジタル壁時計をつくる

「夜中に目が覚めた時、もう一寝入りするか、そろそろ起きるか、知りたくなりますね。身動きせずにねぼけた目を開けるだけで時刻がわかる大きなデジタル時計が欲しいと思いました。日中は明るくカラフルで楽しい表示でも、暗くなったらまぶしくない明るさで落ち着いた色で表示してくれる時計があったらいいですね。」

２年前に作った「手作りの大型7セグメントフルカラー表示器を使った置き時計」はその後もブレッドボードのまま動作を続けています。壁に掛けられるようにリメークしようかと思いましたが、大きなサイズのフルカラーLEDマトリックスが3699円で売っていたので、これを使った方が楽にできると思って新しく作ることにしました。

構成
(1) ESP32でWiFi LANに接続し、NTPで時刻を定期的に取得する。
(2) ESP32でTimeライブラリを使い、NTP時刻で定期的に校正しながら１秒ごとに時刻を得る。
(3) ESP32でFastLEDライブラリを使い、32×8 LEDマトリックスを制御する。
(4) 時刻表示用数字フォントはComic San MS Bold Italic 96pointをベースにして8×7のグレースケールフォントを自作する。

部品リスト
(1) ESP32(MH-ET LIVE ESP32 MiniKit)：AliExpressで$6ぐらいで購入できます。
(2) フルカラーLEDマトリックス(32×8 10mmピッチ)：Quimat Arduino用RGB LED パネル…..

配線
ESP32 MiniKit-J2-6pin(5V) —– LED Matrix 5V
ESP32 MiniKit-J2-8pin(GND) —– LED Matrix GND
ESP32 MiniKit-J2-10pin(IO16) —– LED Matrix Din

Arduino IDEへの追加
ESP32ボードの追加「Arduinoで遊ぶページ」などを調べてください。
FastLEDライブラリの追加「ArduinoでNeopixel操作」などを調べてください。

Arduinoプログラム
青色で１秒ごとに時刻を表示するプログラムです。
– NTPサーバーに300秒ごとにアクセスしますが、loop()関数の if(SecCount>=xxxx)で自由に変更してください。
– FastLEDライブラリは高度な色指定ができますので自由に改造してください。
– フォントデータは、３次元配列 NumFont[10][FontHeight][FontWidth]です。好きなフォントに改造してください。

#include <WiFi.h>
#include "time.h"
const char* ssid       = "YourSSID";
const char* password   = "YourPWD";
const char* ntpServer = "ntp.nict.jp";
const long  gmtOffset_sec = 9*3600;
const int   daylightOffset_sec = 0;
int SecCount=300;

//------------------------------

#include <FastLED.h>
#define DATA_PIN 16
#define WIDTH  32
#define HEIGHT 8
#define NUM_LEDS (WIDTH * HEIGHT)

CRGBArray<NUM_LEDS> leds;
int Pos[HEIGHT][WIDTH];

const int FontWidth=7;
const int FontHeight=8;
const int ColWidth=2;

byte ColonFont[FontHeight][ColWidth]={{0,0},{0,80},{80,80},{0,0},{0,0},{0,80},{80,80},{0,0}};

byte NumFont[10][FontHeight][FontWidth]={
    //-0-
{{0,0,50,90,90,50,0},{0,40,90,40,50,100,30},{10,90,30,0,0,95,40},{30,100,10,0,0,100,40},
{50,90,0,0,20,100,30},{50,90,0,0,50,80,0},{30,100,50,40,90,40,0},{0,60,100,90,40,0,0}},
   //-1-
{{0,0,0,40,80,0,0},{0,0,50,100,80,0,0},{0,0,30,70,70,0,0},{0,0,0,80,50,0,0},
{0,0,0,90,40,0,0},{0,0,20,100,20,0,0},{0,20,50,100,30,0,0},{0,70,90,90,70,0,0}},
   //-2-
{{0,0,20,60,70,50,0},{0,30,90,70,70,100,30},{0,20,20,0,20,100,20},{0,0,0,30,80,60,0},
{0,10,70,90,50,10,0},{0,70,70,0,0,0,0},{30,100,50,50,60,20,0},{30,90,90,90,90,40,0}},
   //-3-
{{0,0,30,70,90,50,0},{0,10,90,50,60,100,30},{0,0,0,10,30,100,20},{0,0,40,100,100,50,0},
{0,0,10,30,70,80,0},{0,20,0,0,50,90,0},{10,100,50,40,80,60,0},{0,50,90,90,50,0,0}},
    //-4-
{{0,0,0,0,40,80,20},{0,0,0,40,100,100,10},{0,0,30,90,70,90,0},{0,20,80,50,60,70,0},
{20,70,90,50,80,70,30},{30,70,80,80,100,90,40},{0,0,0,10,100,30,0},{0,0,0,20,90,20,0}},
   //-5-
{{0,30,100,100,100,100,60},{0,50,90,20,20,20,0},{0,70,90,90,100,60,0},{0,90,70,30,30,100,30},
{0,40,20,0,10,100,30},{0,10,0,0,40,100,10},{40,80,50,50,90,40,0},{20,70,90,80,40,0,0}},
   //-6-
{{0,0,0,3,70,40,0},{0,0,40,90,60,0,0},{0,20,90,60,10,0,0},{0,70,100,100,100,60,0},
{0,100,60,20,40,100,20},{10,100,20,0,20,100,20},{10,100,50,10,60,60,0},{0,60,100,100,70,20,0}},
    //-7-
{{40,90,90,90,90,90,40},{20,30,40,40,90,70,20},{0,0,0,60,80,20,0},{0,0,40,100,40,0,0},
{0,10,80,60,0,0,0},{0,60,80,10,0,0,0},{20,100,30,0,0,0,0},{40,70,0,0,0,0,0}},
    //-8-
{{0,0,30,70,90,60,10},{0,20,90,60,50,100,30},{0,40,90,10,30,100,20},{0,30,100,100,100,60,0},
{0,60,80,50,70,90,10},{20,100,20,0,30,100,20},{30,100,40,20,70,80,0},{0,60,90,90,70,20,0}},
    //-9-
{{0,20,60,100,100,60,0},{0,70,60,10,30,100,40},{20,100,20,0,0,100,40},{20,100,60,20,50,100,20},
{0,50,100,100,100,70,0},{0,0,0,50,100,30,0},{10,30,50,100,40,0,0},{40,90,70,20,0,0,0}}
};



void setup() { 
  Serial.begin(115200);

  //connect to WiFi
  Serial.printf("Connecting to %s ", ssid);
  WiFi.begin(ssid, password);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
      delay(500);
      Serial.print(".");
  }
  Serial.println(" CONNECTED");
  configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);
  printLocalTime();
  //---------------

  FastLED.addLeds<WS2812B, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);
  LEDS.setBrightness(150);
  setPosArray();
  clearDisplay();
  delay(3000);
  
}

void loop(){
  if(SecCount>=300){
    configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);
    Serial.print("Updated to ");
    printLocalTime();
    SecCount=0;
  }
  printLocalTime();
  SecCount=SecCount+1;
  delay(1000);
}

void printLocalTime(){
  struct tm timeInfo;
  getLocalTime(&timeInfo);
  int time_h=timeInfo.tm_hour;;
  int time_m=timeInfo.tm_min;
  int time_s=timeInfo.tm_sec;
  Serial.print(time_h);
  Serial.print(":");
  Serial.print(time_m);
  Serial.print(":");
  Serial.println(time_s);
  int h1=time_h/10;
  int h0=time_h%10;
  int m1=time_m/10;
  int m0=time_m%10;

  clearDisplay();
  delay(10);
  //showTime(2,3,4,8);
  showTime(h1,h0,m1,m0);
}


void showTime(int h1,int h0,int m1, int m0){
  static uint8_t hue=180;
  int PosH1=1;
  int PosH0=8;
  int PosCol=15;
  int PosM1=17;
  int PosM0=24;
  
  //Hour1
  for(int j=0;j<FontWidth;j++){
    for(int i=0; i < FontHeight; i++){
      byte FontBrightness=NumFont[h1][i][j];
      int led_num=Pos[i][j+PosH1];
      leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);
    }
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
  //Hour0
  for(int j=0;j<FontWidth;j++){
    for(int i=0; i < FontHeight; i++){
      byte FontBrightness=NumFont[h0][i][j];
      int led_num=Pos[i][j+PosH0];
      leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);
    }
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
  //:
  for(int j=0;j<ColWidth;j++){
    for(int i=0; i < FontHeight; i++){
      byte FontBrightness=ColonFont[i][j];
      int led_num=Pos[i][j+PosCol];
      leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);
    }
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
  //Min1
  for(int j=0;j<FontWidth;j++){
    for(int i=0; i < FontHeight; i++){
      byte FontBrightness=NumFont[m1][i][j];
      int led_num=Pos[i][j+PosM1];
      leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);
    }
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
  //Min0
  for(int j=0;j<FontWidth;j++){
    for(int i=0; i < FontHeight; i++){
      byte FontBrightness=NumFont[m0][i][j];
      int led_num=Pos[i][j+PosM0];
      leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);
    }
    FastLED.show();
    delay(10);
  }
}

void setPosArray(){
  for(int i=0; i < HEIGHT; i++){
    for(int j=0; j < WIDTH; j++){
      if(i%2==0){
        Pos[i][j]=i*WIDTH+j;
      } else{
        Pos[i][j]=(i+1)*WIDTH-j-1;
      }
    }
  }
}

void clearDisplay(){
  for(int i=0;i<NUM_LEDS;i++){
    leds[i] = CRGB::Black;
  }
  FastLED.show();
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

180

181

182

183

184

185

186

187

188

189

190

191

192

193

194

195

196

197

#include <WiFi.h>

#include "time.h"

const char* ssid = "YourSSID";

const char* password = "YourPWD";

const char* ntpServer = "ntp.nict.jp";

const long gmtOffset_sec = 9*3600;

const int daylightOffset_sec = 0;

int SecCount=300;

//------------------------------

#include <FastLED.h>

#define DATA_PIN 16

#define WIDTH 32

#define HEIGHT 8

#define NUM_LEDS (WIDTH * HEIGHT)

CRGBArray<NUM_LEDS> leds;

int Pos[HEIGHT][WIDTH];

const int FontWidth=7;

const int FontHeight=8;

const int ColWidth=2;

byte ColonFont[FontHeight][ColWidth]={{0,0},{0,80},{80,80},{0,0},{0,0},{0,80},{80,80},{0,0}};

byte NumFont[10][FontHeight][FontWidth]={

//-0-

{{0,0,50,90,90,50,0},{0,40,90,40,50,100,30},{10,90,30,0,0,95,40},{30,100,10,0,0,100,40},

{50,90,0,0,20,100,30},{50,90,0,0,50,80,0},{30,100,50,40,90,40,0},{0,60,100,90,40,0,0}},

//-1-

{{0,0,0,40,80,0,0},{0,0,50,100,80,0,0},{0,0,30,70,70,0,0},{0,0,0,80,50,0,0},

{0,0,0,90,40,0,0},{0,0,20,100,20,0,0},{0,20,50,100,30,0,0},{0,70,90,90,70,0,0}},

//-2-

{{0,0,20,60,70,50,0},{0,30,90,70,70,100,30},{0,20,20,0,20,100,20},{0,0,0,30,80,60,0},

{0,10,70,90,50,10,0},{0,70,70,0,0,0,0},{30,100,50,50,60,20,0},{30,90,90,90,90,40,0}},

//-3-

{{0,0,30,70,90,50,0},{0,10,90,50,60,100,30},{0,0,0,10,30,100,20},{0,0,40,100,100,50,0},

{0,0,10,30,70,80,0},{0,20,0,0,50,90,0},{10,100,50,40,80,60,0},{0,50,90,90,50,0,0}},

//-4-

{{0,0,0,0,40,80,20},{0,0,0,40,100,100,10},{0,0,30,90,70,90,0},{0,20,80,50,60,70,0},

{20,70,90,50,80,70,30},{30,70,80,80,100,90,40},{0,0,0,10,100,30,0},{0,0,0,20,90,20,0}},

//-5-

{{0,30,100,100,100,100,60},{0,50,90,20,20,20,0},{0,70,90,90,100,60,0},{0,90,70,30,30,100,30},

{0,40,20,0,10,100,30},{0,10,0,0,40,100,10},{40,80,50,50,90,40,0},{20,70,90,80,40,0,0}},

//-6-

{{0,0,0,3,70,40,0},{0,0,40,90,60,0,0},{0,20,90,60,10,0,0},{0,70,100,100,100,60,0},

{0,100,60,20,40,100,20},{10,100,20,0,20,100,20},{10,100,50,10,60,60,0},{0,60,100,100,70,20,0}},

//-7-

{{40,90,90,90,90,90,40},{20,30,40,40,90,70,20},{0,0,0,60,80,20,0},{0,0,40,100,40,0,0},

{0,10,80,60,0,0,0},{0,60,80,10,0,0,0},{20,100,30,0,0,0,0},{40,70,0,0,0,0,0}},

//-8-

{{0,0,30,70,90,60,10},{0,20,90,60,50,100,30},{0,40,90,10,30,100,20},{0,30,100,100,100,60,0},

{0,60,80,50,70,90,10},{20,100,20,0,30,100,20},{30,100,40,20,70,80,0},{0,60,90,90,70,20,0}},

//-9-

{{0,20,60,100,100,60,0},{0,70,60,10,30,100,40},{20,100,20,0,0,100,40},{20,100,60,20,50,100,20},

{0,50,100,100,100,70,0},{0,0,0,50,100,30,0},{10,30,50,100,40,0,0},{40,90,70,20,0,0,0}}

};

void setup() {

Serial.begin(115200);

//connect to WiFi

Serial.printf("Connecting to %s ", ssid);

WiFi.begin(ssid, password);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {

delay(500);

Serial.print(".");

}

Serial.println(" CONNECTED");

configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

printLocalTime();

//---------------

FastLED.addLeds<WS2812B, DATA_PIN, GRB>(leds, NUM_LEDS);

LEDS.setBrightness(150);

setPosArray();

clearDisplay();

delay(3000);

}

void loop(){

if(SecCount>=300){

configTime(gmtOffset_sec, daylightOffset_sec, ntpServer);

Serial.print("Updated to ");

printLocalTime();

SecCount=0;

}

printLocalTime();

SecCount=SecCount+1;

delay(1000);

}

void printLocalTime(){

struct tm timeInfo;

getLocalTime(&timeInfo);

int time_h=timeInfo.tm_hour;;

int time_m=timeInfo.tm_min;

int time_s=timeInfo.tm_sec;

Serial.print(time_h);

Serial.print(":");

Serial.print(time_m);

Serial.print(":");

Serial.println(time_s);

int h1=time_h/10;

int h0=time_h%10;

int m1=time_m/10;

int m0=time_m%10;

clearDisplay();

delay(10);

//showTime(2,3,4,8);

showTime(h1,h0,m1,m0);

}

void showTime(int h1,int h0,int m1, int m0){

static uint8_t hue=180;

int PosH1=1;

int PosH0=8;

int PosCol=15;

int PosM1=17;

int PosM0=24;

//Hour1

for(int j=0;j<FontWidth;j++){

for(int i=0; i < FontHeight; i++){

byte FontBrightness=NumFont[h1][i][j];

int led_num=Pos[i][j+PosH1];

leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);

}

FastLED.show();

delay(10);

}

//Hour0

for(int j=0;j<FontWidth;j++){

for(int i=0; i < FontHeight; i++){

byte FontBrightness=NumFont[h0][i][j];

int led_num=Pos[i][j+PosH0];

leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);

}

FastLED.show();

delay(10);

}

//:

for(int j=0;j<ColWidth;j++){

for(int i=0; i < FontHeight; i++){

byte FontBrightness=ColonFont[i][j];

int led_num=Pos[i][j+PosCol];

leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);

}

FastLED.show();

delay(10);

}

//Min1

for(int j=0;j<FontWidth;j++){

for(int i=0; i < FontHeight; i++){

byte FontBrightness=NumFont[m1][i][j];

int led_num=Pos[i][j+PosM1];

leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);

}

FastLED.show();

delay(10);

}

//Min0

for(int j=0;j<FontWidth;j++){

for(int i=0; i < FontHeight; i++){

byte FontBrightness=NumFont[m0][i][j];

int led_num=Pos[i][j+PosM0];

leds[led_num] = CHSV(hue,255,FontBrightness);

}

FastLED.show();

delay(10);

}

void setPosArray(){

for(int i=0; i < HEIGHT; i++){

for(int j=0; j < WIDTH; j++){

if(i%2==0){

Pos[i][j]=i*WIDTH+j;

} else{

Pos[i][j]=(i+1)*WIDTH-j-1;

}

void clearDisplay(){

for(int i=0;i<NUM_LEDS;i++){

leds[i] = CRGB::Black;

}

FastLED.show();

}