DIY电子钟

1. 项目简介

源作者仓库：https://gitee.com/xzqiaochu/eclock/

近年来，工业化大生产使得市面上的小商品越来越同质化。与此同时，各种小工具、DIY元件也大量涌现，鼓励人们自己设计并制作独特的作品。

钟表，作为人们日常生活中不可获取的一员，早已在步入机械化大生产的队伍，在数量上满足了人们的需求。但市面上的常见钟表功能单一，一般只具备显示时间的功能。虽然市场上也出现了多功能钟表，但其价格往往令人望而却步。

因此，我决定自己DIY一款多功能电子钟。

2. 设计方案

2.1 材料选择

主控板：Arduino Nano
作为风靡全球的单片机，Arduino提供简易、稳定的开发环境，而且网络上也有众多资料供参考。最重要的一点是，Arduino单片机的价格十分便宜。这次我选择的是Arduino系列的Nano版本，这款单片机体积小巧。

显示屏：OLED
我购买了带有SSD1306的OLED显示屏，这款只有四根接线，采用IIC与主控通讯，大大简化了接线。

时钟模块：DS3231
为了保证电子钟在断电的情况下仍能保证时间的准确性，需要加装外接时钟模块。这款时钟模块上装有一节纽扣电池。

2.2 电路设计

我使用立创EDA平台绘制了电路草图。

2.3 加工工艺

为了保证接线的牢固性，所有的接线均使用电烙铁焊接。

模块之间采用泡沫胶粘合。

3. 制作过程

3.1 硬件部分

首先我用面包线将各模块连接起来，并使用Arduino IDE下载相关示例程序，检查各模块的运行情况。（示例程序见：/arduino/examples/）

测试无误后，我使用电烙铁将接线焊接到各模块上。
这里我遇到了一个小困难。OLED显示屏和时钟模块都是采用IIC与主控通讯的，而在一个焊点上焊接两个针脚并不方便。随后我发现，时钟模块上有两组IIC引脚，这就好办了。我边将这两组引脚分别与主控和OLED屏相连接。

3.2 软件部分

3.2.1 日期时间显示

首先，要显示钟表最基本的功能：显示时间。

我使用了RTC库文件，该库封装了对DS3231模块的操作。只需要调用以下函数边和轻松获取到时间日期。

RTC.getYear();
RTC.getMonth();
RTC.getDay();
RTC.getHours();
RTC.getMinutes();
RTC.getSeconds();

需要注意的是，DS3231模块在使用前需要初始化时间。方法也非常简单，只需要上传一个示例程序即可。（程序见：/arduino/examples/DS3231_Adjust/）

3.2.2 温度显示

在看示例程序的过程中，我看到了获取温度的函数。

RTC.getTemp();

这是因为时钟模块的晶振会受温度的影响，为了保证时间的准确性，模块内置了一个温度传感器为晶振提供“补偿”。

而且，实际测试发现，得到的温度数据并不准确。大概是因为模块在工作的过程中会发热。

显示日期的温度的程序见：/arduino/time/

3.2.3 高考倒计时

完成了基本功能之后，我想让电子钟显示高考倒计时。

这就需要进行日期做差了，于是我使用DEV C++编写相关函数，在本地进行调试。（程序见：/cpp/）本地调试省去了费时的上传过程，大大提高了编程效率。

在电脑上调试好日期计算函数后，我将其移植到单片机上，执行正常。

4. 测试

我进行了如下测试，结果均正常：

• 断电一天后重新上电，时间显示正常。
• 强制指定一些特殊的时间点，高考倒计时计算正确。

5. 说明书

使用USB口供电即可使用，注意防尘防水。

6. 评价及反思

6.1 一些可取之处

1. 价格便宜，成本20~30元左右。
2. 扩展性强，实现的功能只受限于想象。
3. 功耗低，整机功耗约为10mA。

6.2 目前存在的bug

高考倒计时小鼠点后第六位时钟为0，即使改成double类型也是如此。

6.3 不足及改进方案

1. 没有外壳；以后可以采用3D打印外壳，或者环氧树脂密封。
2. 时间的准确性依赖于纽扣电池；以后可以改用ESP8266或ESP32模块，该模块支持接入WIFI同步网络时间，而且CPU频率更高，价格便宜。