昔のデジタル時計をNTP時計にする（その１）

今週末は天気がイマイチです。ゴールデンウィークに手入れした剪定枝の片づけを少しだけやりました。まだ切り切れていない枝と草むしりは来週末ですね。

10年以上前に作成して今も使い続けている青色LEDデジタル時計（製作記事はこちら） をNTP時計に改造しようかと思い、プロトタイプで実験を行いました。この時計はそれなりに精度は高いですが、それでも長期間使っていると次第にズレてきます。高い場所に設置してあるので、その都度時刻合わせするのが面倒です。

NTPとは、Network Time Protocolの略で、インターネットで時刻情報を提供しているサーバから日付や時刻情報を取ってくるプロトコルです。

普通の時計の時刻を合わせるには電波時計が一般的ですが、コンピュータの時刻を合わせるのはNTPが一般的です。WindowsパソコンなどもNTPで時刻合わせを行っています。他にGPSを使う方法もありますが、アンテナを屋外に出すのが面倒です。

WiFiがあるところなら3～400円程度のESP32マイコンでNTPサーバに繋がるので便利な世の中になりました。

ということで、以下はESP32単体で時計を作ってみた様子です。表示は8x2の小型液晶で、I2Cで繋がるので線は2本だけ。他には電源とGNDです。

一旦、NTPで時刻情報を取ってきてESP32の時計を合わせると、あとはNTPサーバにアクセスしなくても大丈夫です。一晩動かして精度を確認しましたが、目視では確認できないくらいズレていませんでした。１日に１回程度、NTPサーバに繋げば精度は十分維持できるでしょう。

次に時刻情報をPICマイコンに渡して、PICで小型液晶に表示してみました。PICは8ピンPICのPIC12F1501です。最終的にはLEDマトリクスをダイナミック点灯しているPICに繋ぎます。

時刻情報の受け渡しは、1線のシリアル転送にしました。スピードはとってもゆっくりで、1ビット当たり1msecです。スタート、ストップもあるので70bps程度になります。これは、最終的に受信側のPICがLEDのダイナミック点灯のための割り込みがずっと発生しているので、多少タイミングがズレても受信できるようにするため。

時刻合わせは時間、分、秒だけなので3バイト転送すればよいので遅くても問題ないです。時刻合わせだけなら、00:00:00 に送ることにして1ビットでもよいのですが、電源を入れた直後などに自動で時刻合わせするには3バイトあったほうがよいです。

あとは、ESP32単体（開発キットは高いので、ESP32のみ）をユニバーサル基板に載せますが、既存のデジタル時計は5Vで動いていて、ESP32は3.3Vなので3.3Vの3端子レギュレータと信号のレベル変換回路が必要です。最初から時計を作るならESP32だけで作った方が楽ですが、今回は既存の時計にアドオンする形にします。

以下、ESP32だけで小型液晶に日付と時刻を表示する（写真２枚目）スケッチです。無保証です。

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//                                                          '22.05.14 naka
//  ESP32 ntp時計（小型液晶に日付と時刻表示）
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#include <WiFi.h>
#include <WiFiClientSecure.h>

#define SDAPIN  21
#define SCLPIN  22
#define SERIAL_OUT 25

#include <FaBoLCDmini_AQM0802A.h>
FaBoLCDmini_AQM0802A lcd;

char ssid[] = "your_WiFi_ssid";
char password[] = "your_WiFi_password";

void setup()
{
  char msg[128];

  pinMode(SERIAL_OUT, OUTPUT);
  digitalWrite(SERIAL_OUT, HIGH);
  
  Serial.begin(115200);

  // モニタLCD設定
  SetupLCD();
  dispLCD_msg("NTP-    ","   CLOCK");
  delay(1000);

  if (wifi_connect()) {
    // NTPサーバに接続し、時刻設定
    configTime(9 * 3600L, 0, "ntp.nict.jp", "time.google.com", "ntp.jst.mfeed.ad.jp"); 
    Serial.print("NTP done");
    disp_time();
    delay(1000);
  }

  // WiFi接続を切る
  wifi_disconnect(); 
}

void loop()
{ 
  disp_time();
  delay(1000);
}

void disp_time() {
  char yymmdd[10],hhmmss[10];
  struct tm timeinfo;
  getLocalTime(&timeinfo);

  sprintf(yymmdd, "%02d.%02d.%02d",(timeinfo.tm_year + 1900)%100, timeinfo.tm_mon + 1, timeinfo.tm_mday);
  sprintf(hhmmss, "%02d:%02d:%02d",timeinfo.tm_hour, timeinfo.tm_min, timeinfo.tm_sec);

  dispLCD_msg(yymmdd,hhmmss);
}

void dispLCD_msg(char msg1[],char msg2[]) {
  lcd.clear();
  lcd.print(msg1);
  lcd.setCursor(0, 1); // Col,Raw
  lcd.print(msg2);
}

void SetupLCD() {
  lcd.begin();
  lcd.command(0x38);
  lcd.command(0x39);
  lcd.command(0x14);
  lcd.command(0x71);
//  lcd.command(0x51);  // 5V
  lcd.command(0x56);  // 3.3V
  delay(2);
  lcd.command(0x6c);
  delay(300);
  lcd.command(0x38);
  delay(1);
  lcd.command(0x01);
  delay(2);
  lcd.command(0x0c);
  delay(2);
}

// Wifi接続
bool wifi_connect() {
  char msg[128];

  // 静的アドレスとDNS指定（普通は要らないはずだが、我が家のWiFiルータは動的割り当てとDNSサーバ指定がないとダメだった）
  IPAddress myIP(192,168,0,78);
  IPAddress gateway(192,168,0,1);
  IPAddress subnet(255,255,255,0);
  IPAddress dns1(8, 8, 8, 8); // Google DNS primery server
  IPAddress dns2(8, 8, 4, 4); // Google DNS secondary server
  WiFi.config(myIP,gateway,subnet,dns1,dns2);
  
  for (int i=0;i<5;i++) { // WiFi接続、5回繰り返す
    WiFi.begin(ssid, password);
    delay(1000);
    Serial.print(msg);
    
    long int StartTime=millis();
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
        delay(500);
        if ((StartTime+10000) < millis()) break; // 10秒待って繋がらないときは諦める
    } 
  
    if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) {
      IPAddress ip = WiFi.localIP();
      sprintf(msg,"WiFi connected IP:%d.%d.%d.%d",ip[0], ip[1], ip[2], ip[3]);
      Serial.print(msg);
      break;
    }
  } 

  if (WiFi.status() != WL_CONNECTED) return false;

  return true;
}

void wifi_disconnect() {
  WiFi.disconnect(true);
  WiFi.mode(WIFI_OFF);
}

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// EOF
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