做个锂电供电的低功耗WIFI数码管时钟

spirndai · 发表于 2019-9-4 11:27:05

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2年前用8266做过WIFI自动对时时钟，直接用nodemcu/lua控制595，用起来还不错，但手摸总是温温的，接个电流表大概是70ma左右，这种功耗肯定没法接电池了，一直拖着个5V电源线用着。前些天从抽屉底找到一块1000ma的手机电池，手机不知道去哪里了，于是想想怎么可以把电池用上，干掉数码管时钟的电源线，中间折腾就不说了，最后做成的时钟正常运行时是大概1.2ma，估计充满电能用1个月左右，目前稳定跑了2周，目测还行。

上面是时钟，下面是电池。中间两根排针直接输出大概4.0v（锂电是3.7-4.2，测试3.7v时 8266还能工作，再低也许会有问题，该充电了）为电路板供电，加了个tp4056充电带保护小板（网上2-3块钱到处都是）埋在热熔胶里面，旁边留出usb充电口。原本打算打印个像样的外壳，一直没时间弄，目前直接插着用，起码功能是达到了。
原理比较简单，tm1650控制数码管，stc51单片机处于掉电状态，每秒唤醒一次刷新tm1650，主要是为了中间的两个点闪烁。但51本身掉电时定时器误差很大，每分钟从ds1302读取一次时间校正，也保证分钟的显示基本正确。当然ds1302的误差也不小，所以通过51控制esp8266，每天对时两次，校正ds1302的时间。这样基本上误差也就是1-2秒，对于一个以显示分钟的时钟来说并没什么问题。
至于耗电，主要就是数码管和tm1650和stc15每秒的刷新，万用表实测1.2-1.3ma左右，esp8266对时耗电倒是比较高，大概有80-100ma，但一般10秒内就完成，信号好时3-5秒，然后自己去深度睡眠了，影响不大。

发个电路图

电路里面除了电源接口排针，其他的按键还有排针都是为了刷stc51和8266，都是焊好了再调程序，而且这样改程序也方便。

代码附后，tm1650和ds1302驱动都是网上抄回来改的，因为类似的代码太多搞不清来源了，如果有人觉得不妥可以留言沟通。
电路设计和主程序妥妥是自己写的，引用请写出处。

楼下更新代码：

补充内容 (2019-9-30 15:15):
经过近一个月的使用，1块1000ma的手机锂电支持运行时间是20天，到时会因为电压太低锂电保护板截止而关闭，直接充电就好。

Never。 · 发表于 2019-9-4 12:24:58

这电路不重要，，代码重要

spirndai · 发表于 2019-9-4 12:32:05

本帖最后由 spirndai 于 2019-9-5 10:49 编辑

贴上8266的代码，其中和51通信用了nodemcu 的 ow（one-wire）模块，但没按标准方法使用（ow那根线没接上拉电阻，用标准ow方法可能有问题，中断的延迟和冲突也不好处理），51那边有相应的接收代码，用来做标准ow接收应该是可以的。

IOPIN = 2
ow.setup(IOPIN)
gpio.mode(IOPIN,gpio.OUTPUT);
gpio.write(IOPIN,gpio.HIGH)
function initall()
local sta_config=wifi.sta.getconfig(true)
if sta_config==nil or sta_config.ssid==nil or sta_config.ssid=="" then
print("init1...")
wifi.sta.autoconnect(0)
wifi.setmode(wifi.STATION,false)
station_cfg={}
station_cfg.ssid="ap 名称"
station_cfg.pwd="ap 密码"
station_cfg.save=true
station_cfg.auto=false
wifi.sta.config(station_cfg)
wifi.sta.connect(function(a,b,c) print("conn0 ok") end)
else
print("init2...",sta_config.ssid)
wifi.setmode(wifi.STATION,false)
wifi.sta.connect(function(a,b,c) print("conn1 ok") end)
end
end
initall()
conn_wifi = tmr.create()
local function num2bcd( dec)
return (dec%10)+(dec/10)*16
end
function out_bytes()
gpio.write(IOPIN,gpio.HIGH);
gpio.write(IOPIN,gpio.LOW);
tmr.delay(2000000); -- 2s
local tm = rtctime.epoch2cal(rtctime.get()+8*3600)
b = {tm["sec"],tm["min"],tm["hour"],tm["day"],tm["mon"],tm["wday"],tm["year"]-2000};
csum = 0
for pos=1,#b do
b[pos]=num2bcd(b[pos])
csum = bit.bxor(csum,b[pos])
end
gpio.write(IOPIN,gpio.HIGH);
for pos=1,#b do
ow.write(IOPIN,b[pos],1);
end
ow.write(IOPIN,csum,1);
print("output ok");
gpio.mode(IOPIN,gpio.OUTPUT);
gpio.write(IOPIN,gpio.HIGH)
end
function output_time()
local time_start = rtctime.get()+8*3600
print(time_start);
if (time_start>1566159285) then
out_bytes();
else
print("time error")
end
node.dsleep(0)
end
count=0
conn_wifi:register(1000,tmr.ALARM_AUTO, function()
count= count + 1
if count>30 then
conn_wifi:stop()
print("fail")
return
end
print("syncing ",wifi.sta.status())
if wifi.sta.status()~=wifi.STA_GOTIP then
local rr = wifi.sta.status()
if rr== wifi.STA_CONNECTING then
print("connect...")
elseif rr == wifi.STA_WRONGPWD then
print("wrong pass")
elseif rr== wifi.STA_APNOTFOUND then
print("ap not found")
elseif rr== wifi.STA_FAIL then
print("sta fail")
end
if rr~= wifi.STA_CONNECTING then
wifi.sta.connect(function(a,b,c) print("conn1 ok") end)
end
return
end
conn_wifi:stop()
sntp.sync(nil,
function(a,b,c,d)
print("sync ok")
output_time()
end,
function(a,b)
conn_wifi:start()
end
)
end)
conn_wifi:start()

复制代码

spirndai · 发表于 2019-9-4 12:39:21

本帖最后由 spirndai 于 2019-9-4 12:58 编辑

51主控代码

#include "stc15.h"
/*
#include "C:\Keil\C51\INC\STC\STC15.H"
#include "intrins.h"
*/
#include "tm1650.h"
#include "ds1302.h"
#define ESP12_EN P31
#define ESP12 P35
uchar dec2bcd(uchar dec){
return (dec%10)+(dec/10)*16;
}
uchar bcd2dec(uchar num){
return ((num/16 * 10) + (num % 16));
}
int fixtime = 1750 ;
void powerdown()
{
WKTCL = fixtime&0xff; //about 500us for 1
WKTCH = 0x80|(fixtime>>8); //最高位必须为1,0x80,即使能掉电唤醒控制位为1
PCON = 0x02; //进入掉电模式
_nop_();
_nop_();
}
uchar int3_happend = 0 ;
uchar time_rev_buf[8] ;
void handle_ow(){
uchar tmp = 0;
uchar i;
int3_happend = 0 ;
while (ESP12==0 && ++tmp<0xff) ;
if (tmp<150) goto endint;
while (ESP12==0) ;
for (i=0;i<64;i++){
while (ESP12==1) ;
tmp=39; while (--tmp) ; //15us
tmp = i>>3 ;
time_rev_buf[tmp] >>= 1;
if (ESP12==1) time_rev_buf[tmp] |= 0x80 ;
else while (ESP12==0) ;
}
tmp = 0 ;
for (i=0;i<8;i++) tmp = tmp ^ time_rev_buf[i] ;
if (tmp==0){
for (i=0;i<7;i++) ds1302_timebuf[i] = time_rev_buf[i] ;
write_ds1302_time();
}
endint:
ESP12_EN = 0 ;
}
void main(){
int tmp ;
uchar point ;
P3M0 = 0x02 ; // P31控制esp12，电流强一些也许比较好
P3M1 = 0 ;
get_ds1302_time();
ESP12_EN = 0 ;
while (ds1302_timebuf[4]==0){
powerdown();
ESP12_EN = 1 ;
if (ESP12==0) handle_ow();
}
while(1)
{
if (((ds1302_timebuf[2]&0xf)==5) && ds1302_timebuf[1]==0x59 && ds1302_timebuf[0]<5){
ESP12_EN = 1 ;
}
if (ds1302_timebuf[0]>0x55 ){
ESP12_EN = 0 ;
}
if (ESP12==0) handle_ow();
powerdown();
if (ESP12==0) handle_ow();
tmp = bcd2dec(ds1302_timebuf[0]);
if (++tmp>=60){
get_ds1302_time();
tmp = bcd2dec(ds1302_timebuf[0]);
if (tmp>50) fixtime += 20;
else if (tmp>1) fixtime -= 10;
else if (tmp==1) fixtime-=3;
if (fixtime>2000 || fixtime<1500) fixtime=1750;
}else{
ds1302_timebuf[0] = dec2bcd(tmp);
}
if (ESP12==0) handle_ow();
point = ds1302_timebuf[0]&1;
point = point << 7 ;
tmp = ds1302_timebuf[2];
if (tmp<=0x8)
LED_print(0x48,16,0); // level 3 bright
else
LED_print(0x48,18,0); // level 7 bright
if (tmp>=0x10)
LED_print (0x68, tmp>>4,0);
else
LED_print (0x68, 17,0); // close it
LED_print (0x6a, tmp&0xf,point);
tmp = ds1302_timebuf[1];
LED_print (0x6c, tmp>>4,point);
LED_print (0x6e, tmp&0xf,0);
}
}

复制代码

ds1302驱动

#include "stc15.h"
#include "ds1302.h"
unsigned char ds1302_addr[7]={0x80,0x82,0x84,0x86,0x88,0x8a,0x8c}; //写的地址
unsigned char ds1302_timebuf[7]={0,0,0,0,0,0,0}; //秒分时日月周年
void writeByte(uchar dat){
uchar i;
for(i=0;i<8;i++) //传送8位地址，往哪里写
{
DS_CLK=0; //再置为低，以便实现上升沿
_nop_(); DS_IO=dat&0x01; //先传送最低位
dat>>=1; //向右移位，把8位数据依次写入
DS_CLK=1; //数据在上升沿时，写入数据
_nop_();
}
}
void write(uchar addr,uchar dat) {
DS_CLK=0; _nop_();
DS_EN=0; _nop_(); DS_EN=1; //拉高，准备写地址读数据
_nop_(); _nop_();
writeByte(addr);
writeByte(dat);
DS_EN=0; //复位
}
uchar readByte(){
uchar i,dat=0;
for(i=0;i<8;i++) //读出8位数据
{
DS_CLK=1; //置为高，以便实现下降沿
_nop_();
dat>>=1; //向右移位，把8位数据依次读出
DS_CLK=0; //读数据时，下降沿有效,这时可以读取数据
if(DS_IO==1) dat=dat|0x80;
_nop_();
}
return dat ;
}
uchar read(uchar addr) {
uchar dat ;
DS_CLK=0; _nop_();
DS_EN=0; _nop_(); DS_EN=1; //拉高，准备写地址读数据
_nop_(); _nop_();
writeByte(addr);
dat = readByte();
DS_EN=0; //复位
_nop_();
DS_CLK = 1; _nop_(); DS_IO = 0; _nop_(); DS_IO = 1; _nop_();
return dat; //返回读到的数据
}
void write_ds1302_time(){
char n;
write(0x8e,0);
for(n=1;n<7;n++){
write (ds1302_addr[n],ds1302_timebuf[n]);
}
write (ds1302_addr[0],ds1302_timebuf[0]);
write(0x8e,0x80);
}
void get_ds1302_time(){
uchar n;
for(n=0;n<7;n++)
ds1302_timebuf[n]=read(ds1302_addr[n]+1); //读取分秒时日月周年
ds1302_timebuf[0] = ds1302_timebuf[0] & 0x7f ;
}

复制代码

tm1650驱动

#include "stc15.h"
/*
#include "C:\Keil\C51\INC\STC\STC15.H"
#include "intrins.h"
*/
#include "tm1650.h"
#define Pt_TM1650_SDAM P3M1
#define Pt_TM1650_SDA P34
#define Pt_TM1650_SCL P30
#define DIO P34
#define SDA_TM1650_IN Pt_TM1650_SDAM=0x10 //
#define SDA_TM1650_OUT Pt_TM1650_SDAM=0 //
#define DIO_H Pt_TM1650_SDA=1 //
#define DIO_L Pt_TM1650_SDA=0 //
#define CLK_H Pt_TM1650_SCL=1 //
#define CLK_L Pt_TM1650_SCL=0 //
#define W5NOP _nop_();_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();
#define uint8 unsigned char
void Delay_us(unsigned char k) //@11.0592MHz
{
_nop_();
k <<= 1;
while (--k);
}
void I2CStart(void)//开始信号
{
CLK_H;
DIO_H;
Delay_us(5);
DIO_L;
}
void I2Cask(void) {
uint8 timeout = 1;
CLK_H;
Delay_us(5);
CLK_L;
while((DIO)&&(timeout<=100))
{
timeout++;
}
Delay_us(5);
CLK_L;
}
void I2CStop(void) //停止信号
{
CLK_H;
DIO_L;
Delay_us(5);
DIO_H;
}
void I2CWrByte(uint8 oneByte) {
uint8 i;
CLK_L;
Delay_us(1);
for(i=0;i<8;i++)
{
oneByte = oneByte<<1;
DIO = CY;
CLK_L;
Delay_us(5);
CLK_H;
Delay_us(5);
CLK_L;
}
}
unsigned char LED_0F[] =
{
//0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A b C d E F -
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07, 0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x31,0,0x71
};
void LED_print(uint8 Address, uint8 dat,uint8 p) //数码管显示
{
//写显存必须从高地址开始写
I2CStart();
I2CWrByte(Address); //第一个显存地址
I2Cask();
I2CWrByte(LED_0F[dat] | p);
I2Cask();
I2CStop();
}

复制代码

zzsese · 发表于 2019-9-5 08:54:40

高手，这是高手，软硬兼施。

jpdd521 · 发表于 2019-9-5 11:13:39

8266固件用啥的呢。。

spirndai · 发表于 2019-9-5 12:13:08

本帖最后由 spirndai 于 2019-9-5 13:34 编辑

jpdd521 发表于 2019-9-5 11:13
8266固件用啥的呢。。

https://nodemcu-build.com/ 这里定制的固件。除了缺省的模块，要加上sntp bit ow rtctime 这几个

kindzhon · 发表于 2019-9-5 17:00:26

8266本身就是单片机，还带wifi功能，接TM1650和DS1302没任何问题，何况自己也有RTC，加上网络校时，所以51和ds1302都可以取消了。8266也有低功耗，也可以需要时才开wifi，另外用arduino编程非常简单，比51爽多了。

spirndai · 发表于 2019-9-5 17:41:52

本帖最后由 spirndai 于 2019-9-5 18:28 编辑

kindzhon 发表于 2019-9-5 17:00
8266本身就是单片机，还带wifi功能，接TM1650和DS1302没任何问题，何况自己也有RTC，加上网络校时，所以51 ...

8266不开wifi也要10-20ma，而且8266 深度睡眠是通过重启唤醒的，中间时钟丢失。所以8266要保留时钟最多就是关wifi，保持大概10-20ma来运行。而实际测试中，即使关掉wifi，也有60-80ma的电流，非要重启有一次才能真正降下来。当然你可以保留ds1302，定期从ds1302读取数据从而避开8266 深度睡眠时钟丢失的问题，这样相当于用8266取代了51。但8266跑起来至少也要十几ma的电流，而51大概2-3ma（我试过不掉电直接循环），所以最后还是加了个51。

这个钟核心关键就是要省电，后面如果还要改进
1、是把tm1650去掉，换上595，做基于笔画而不是字母的扫描，这样可以保证同一时间只有一个笔画而不是一个字母被点亮。但换来的代价就是51会有更多的运算时间，运气不好也许会耗电更多。
2、加个555，用pwm点亮数码管，可以在晚上进一步降低亮度，白天也可以适当的调整

暂时来说没想到继续用数码管的减功耗方案了。

rishew · 发表于 2019-9-5 17:56:36

单片机高手。

laoyoutiao · 发表于 2019-9-5 23:35:11

对我等小白来说，还是直接买个成品简单省事，哈哈哈哈

ssn2 · 发表于 2019-9-6 11:25:37

长亮吗？才1.2ma，关闭对时就很实用了。

spirndai · 发表于 2019-9-6 11:43:28

ssn2 发表于 2019-9-6 11:25
长亮吗？才1.2ma，关闭对时就很实用了。

是长亮的，就是照片里面的亮度

kindzhon · 发表于 2019-9-6 13:34:55

spirndai 发表于 2019-9-5 17:41
8266不开wifi也要10-20ma，而且8266 深度睡眠是通过重启唤醒的，中间时钟丢失。所以8266要保留时钟最多就 ...

tm1650本身就有8级亮度控制。

kindzhon · 发表于 2019-9-6 13:41:23

spirndai 发表于 2019-9-5 17:41
8266不开wifi也要10-20ma，而且8266 深度睡眠是通过重启唤醒的，中间时钟丢失。所以8266要保留时钟最多就 ...

http://www.jxtobo.com/11168.html，rtc是不丢失的。还light sleep。就2MA。你仔细看看。

spirndai · 发表于 2019-9-6 14:12:51

kindzhon 发表于 2019-9-6 13:41
http://www.jxtobo.com/11168.html，rtc是不丢失的。还light sleep。就2MA。你仔细看看。 ...

https://www.espressif.com/sites/default/files/9b-esp8266-low_power_solutions_en_0.pdf

官方文档里面写得清清楚楚，lightsleep 和 deepsleep 里面 system clock是off的，当然就是时钟丢失。modemsleep电流15ma，也就是为了保持系统时钟运行最小的电流。rtc保持不等于时钟保持，而且8266 deep sleep的rtc是低精度的，就是为了发个中断，误差非常的大。