Arduino Projekt: LED Matrix Uhr

Mit zwei (oder mehr) MAX7219 lässt sich relativ einfach und schnell eine LED Uhr erzeugen. Als Zeitgeber verwende ich ein RTC Modul DS3231.

Benötigte Bauteile

Für den Ausbau verwende ich folgende Bauteile:

• Arduino UNO,
• 2x MAX7219 Shield,
• 1x RTC DS3231,
• 5x Breadboardkabel 20 cm, weiblich – weiblich,
• 5x Breadboardkabel 20 cm, männlich – weiblich,
• 6x Breadboardkabel 20 cm, männlich – männlich,
• 1x Breadboard, (min. 400 PINs)

Das Shield MAX7219

Das Shield gibt es bei eBay.de aufgebaut und nicht aufgebaut zu kaufen, wenn man sich mit dem Lötkolben gut auskennt, dann kann ich das Kit zum selber aufbauen empfehlen.

Aufbau

Das Projekt besteht aus 2x MAX7219 LED Matrix Shields sowie einer RTC und dem Arduino UNO.

Der Anschlussplan für dieses Projekt sieht wie folgt aus:

Quellcode

Der nachfolgende Quellcode ist nur ein Auszug, es werden noch die Dateien „statics.h“, „rtc_functions.h“ sowie „max7219_functions.h“ benötigt (Diese sind am Ende de Tutorials als Paket zum Download bereitgestellt.) Des Weiteren wird die Bibliothek für das Max7219 Shield und die Wire.h Bibliothek benötigt.

//Die Bibliotheken 
#include <MaxMatrix.h>
#include <avr/pgmspace.h>
#include <Wire.h>
#define RTC_I2C_ADDRESS 0x68 // I2C Adresse des RTC  DS3231

int data = 8;    // DIN Pin vom MAX7219 Shield
int load = 9;    // CS Pin vom MAX7219 Shield
int clock = 10;  // CLK Pin vom MAX7219 Shield

int maxInUse = 2;    //Dieser Wert bestimmt wieviele MaxMatrix Shields hintereinander (kaskadiert) verwendet werden.

MaxMatrix m(data, load, clock, maxInUse); // Definiert nun ein Objekt der Klasse MaxMatrix.
//Ausgelagerte CHAR Arrays damit dieser Code übersichtlicher bleibt.
#include "statics.h" 
//Funktionen für die RTC DS3231
#include "rtc_functions.h"
//Funktionen für das MAX7219 Shield
#include "max7219_functions.h"

//Die Nachricht welche auf dem Shield dargestellt
//werden soll als Char Array.
char msg[] = {""};

void setup(){
  Wire.begin(); //Kommunikation über die Wire.h bibliothek beginnen.
  m.init(); // Das Max7219 initialisieren.
  m.setIntensity(1); // LED Leucht intensität, Werte von 0-15 sind hier erlaubt.
  Serial.begin(9600); // Übertragungsgeschwindigeit der seriellen Verbindung
}

void loop(){
  //Lesen der aktuellen Zeit
  rtcReadTime();
  String dateTime = getRTCDateTime();
  //Umwandeln des String wertes in ein Char Array.
  dateTime.toCharArray(msg, dateTime.length());
  //Schreibt die Message auf die Max LED Matrix, mit einer wiederholungsgeschwindigkeit von 75ms.
  printStringWithShift(msg, 75);

  //Es muss einmalig die Zeit gesetzt werden, dazu also die Funktion "setRTCTime" auskommentieren
  //und auf dem Seriellen Monitor mit set DD.MM.YYY HH:mm:ss das Datum nd die Uhrzeit einmalig setzen
  //setRTCTime();
}

//Gibt einen Zeitstempel auf der Seriellen Schnittstelle aus.
String getRTCDateTime(){
  char linebuf[60];
  int dOW = calcDayOfWeek(jahr, monat, tag);
  String wochentagC = daysInWeek[dOW];
  String monatC = monthInYear[monat-1];
 
  String result = "";
  if(tag<10) { result += "0"; }
  result += tag;
  result += ".";
  if(monat<10) { result += "0"; }
  result += monat;
  result += " ";  
  result += jahr;  
  result += " "; 
  if(stunde<10) { result += "0"; }
  result += stunde;  
  result += ":";  
  if(minute<10) { result += "0"; }
  result += minute;  
  result += ":"; 
  if(sekunde<10) { result += "0"; }
  result += sekunde;  
  result += "  "; 
  return result; 
}
 
//Manuelles setzen der Uhrzeit über den Seriellen Monitor der IDE.
void setRTCTime(){
  char linebuf[30];
  byte counter;
  if (Serial.available()){
    delay(100); // Warte auf das Eintreffen aller Zeichen vom seriellen Monitor
    memset(linebuf,0,sizeof(linebuf)); // Zeilenpuffer löschen
    counter=0; // Zähler auf Null
    while (Serial.available()){
      linebuf[counter]=Serial.read(); // Zeichen in den Zeilenpuffer einfügen
      if (counter<sizeof(linebuf)-1) counter++; // Zeichenzähler erhöhen
    }
    // Wenn in der gelesenen Zeile das Wort 'set' vorkommt dann...
    //(Hier muss man bedenken das die Suche nach 'set' auch nach x Zeichen ein positives Ergebnis liefern wird, zbsp. 123set 09.01.2016 12:00:00)
    if (strstr(linebuf,"set")==linebuf){ 
      tag=getIntFromString (linebuf,1);
      monat=getIntFromString (linebuf,2);
      jahr=getIntFromString (linebuf,3);
      stunde=getIntFromString (linebuf,4);
      minute=getIntFromString (linebuf,5);
      sekunde=getIntFromString (linebuf,6);
    } else {
      Serial.println("Befehl unbekannt.");
      return;
    }
    // Ausgelesene Werte einer groben Plausibilitätsprüfung unterziehen:
    if (!checkDateTime(jahr, monat, tag, stunde, minute, sekunde)){
      Serial.println(linebuf);
      Serial.println("Fehlerhafte Zeitangabe im 'set' Befehl");
      Serial.println("Beispiel: set 28.08.2013 10:54");
      return;
    }
    rtcWriteTime(jahr, monat, tag, stunde, minute, sekunde);
    Serial.println("Zeit und Datum wurden auf neue Werte gesetzt.");
  }
}
 
//Prüft das eingegebene Datum auf korrektheit.
boolean checkDateTime(int jahr, int monat, int tag, int stunde, int minute, int sekunde){
   boolean result = false;
   if(jahr>2000){
     result = true;  
   } else {
     return false;
   }
   // Schaltjahr prüfen
   if(jahr % 400 == 0 || (jahr % 100 != 0 && jahr % 4 == 0)){
     //Wenn es ein Schaltjahr ist dann den Wert 29 in das Array an der Stelle 1 für den Monat Februar schreiben.
     daysInMonth[1]=29;
   }
   
   //Monat muss kleiner 13 sein.
   if (monat<13){
      if( tag <= daysInMonth[monat-1] ){
        result = true;
      }
   } else {
     return false;
   }
    
  //Wert für Stunde muss zwischen 0 und 24 liegen,
  //Wert für Minute und sekunde muss zwischen 0 und 59 liegen
  if(stunde <24 && minute <60 && sekunde <60 && stunde >= 0 && minute >=0 && sekunde >=0){
        result = true;
  } else {
     return false;
   }
   
   return result;
}

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