はじめに
Arduinoを使ってLCDディスプレイに時間を表示する時計を作成することは、電子工作の基本的なプロジェクトの一つです。本記事では、リアルタイムクロック（RTC）モジュールを使用して、正確な時間を表示する時計の作り方を詳しく解説します。
必要な部品
ArduinoとLCDディスプレイを使用した時計を作るために、以下の部品を準備します。
- Arduino Uno（または互換機）：プログラムを書き込んで制御を行うマイコンボード。
- LCDディスプレイ（16×2、I2C対応が便利）：時間を表示するためのディスプレイ。
- リアルタイムクロック（RTC）モジュール（DS3231など）：正確な時間を保持するために使用。
- ジャンパーワイヤー：Arduinoと各モジュールを接続するために使用。
- ブレッドボード：配線を簡単にするための基板。
- USBケーブル：ArduinoとPCを接続し、プログラムを書き込むために使用。
RTC（リアルタイムクロック）モジュールの仕組み
RTCモジュールは、小型のバッテリーを内蔵しており、Arduinoが電源オフの状態でも時間を記憶し続けることができます。代表的なRTCモジュールとして「DS3231」があり、高精度な時間保持が可能です。
RTCの主な特徴
- 低消費電力：ボタン電池（CR2032など）で長期間動作可能。
- 高精度：温度補償機能により、一般的な水晶発振子より誤差が少ない。
- I2C通信：Arduinoと簡単に接続できる。
LCDディスプレイの接続
LCDディスプレイには複数の種類がありますが、I2C対応のものを使用すると配線が簡単になります。
配線方法（I2C対応LCD + RTC DS3231）
| LCD ピン | Arduino ピン |
|---|---|
| VCC | 5V |
| GND | GND |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
| RTC ピン | Arduino ピン |
| VCC | 5V |
| GND | GND |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
Arduinoのスケッチ（プログラム）
以下のコードをArduinoに書き込むことで、LCDディスプレイに現在時刻を表示できます。
#include <Wire.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <RTClib.h>
LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2);
RTC_DS3231 rtc;
void setup() {
lcd.begin();
lcd.backlight();
if (!rtc.begin()) {
lcd.print("RTC Error");
while (1);
}
rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
}
void loop() {
DateTime now = rtc.now();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("Time: ");
lcd.print(now.hour(), DEC);
lcd.print(":");
lcd.print(now.minute(), DEC);
lcd.print(":");
lcd.print(now.second(), DEC);
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("Date: ");
lcd.print(now.year(), DEC);
lcd.print("/");
lcd.print(now.month(), DEC);
lcd.print("/");
lcd.print(now.day(), DEC);
delay(1000);
}応用編
LCD時計を基本に、さまざまな機能を追加することで、より実用的なデバイスに進化させることができます。
1. アラーム機能の追加
特定の時間になったらブザーを鳴らすことで、目覚まし時計やリマインダーとして利用できます。
2. 温度表示の追加
DS3231には温度センサーが内蔵されているため、温度情報を取得してLCDに表示することが可能です。
3. ボタン操作による時刻設定
ボタンを追加し、ユーザーが手動で時間を設定できるようにすることで、より実用的な時計にできます。
4. バッテリー駆動化
モバイルバッテリーや充電式リチウム電池を使い、持ち運びできる時計にすることも可能です。
よくあるトラブルと解決策
1. LCDに文字が表示されない
原因と対策
- I2Cアドレス（
0x27など）が異なっている可能性があるため、I2C Scannerを使って正しいアドレスを確認。 - 配線が間違っていないか再確認。
lcd.begin();を適切に記述しているか確認。
2. RTCの時間がずれる
原因と対策
rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));を初回のみ実行するように修正（毎回リセットすると、プログラムを書き込む度に時間が変更される）。- CR2032ボタン電池が消耗していないか確認。
3. ArduinoがRTCを認識しない
原因と対策
- I2C通信が正しく設定されているか確認。
Wire.begin();がsetup()内に記述されているか確認。- RTCが故障していないか別のボードでテスト。
まとめ
本記事では、ArduinoとLCDディスプレイを使って簡単な時計を作る方法を紹介しました。RTCモジュールを活用することで、正確な時間を保持でき、LCDディスプレイを使うことで視認性の高い時計を作ることができます。
今後は、アラーム機能や温度表示、ネットワーク同期機能などを追加し、より高機能なスマートクロックを目指してみてください。
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