Arduino Nano 多功能伴侣套件 —— 电阻/电容测量、二极管测试、RTC时钟一体化

核心元器件清单

所需工具

• 电烙铁、焊锡、吸锡带
• 热熔胶枪、美纹纸、透明胶带
• 剥线钳、斜口钳、美工刀、锋利剪刀

设计理念

作者因手头万用表无电容测量功能，萌生自制想法。为利用 Arduino 闲置引脚，集成了自动量程欧姆表、电容表、二极管/LED 测试、RTC 时钟四大功能，外壳设计成 IC 芯片造型，极具辨识度。

项目采用模块化步进式教学：先在面包板验证各功能模块，再整合代码与电路，最后制作 PCB 与纸板外壳。适合有 2-3 周 Arduino 经验的入门者。

核心原理与代码片段

1. 自动量程欧姆表 —— 分压法 + 引脚切换

使用 5 个已知电阻 (1k~100k) 通过数字引脚切换接入分压电路，根据测量值自动选择最合适的量程，覆盖 <1Ω 至 >100kΩ。

// 关键逻辑：先用 1k 基准测量，根据读值决定切换哪个基准电阻
float r[5] = {1000, 4700, 10000, 47000, 100000};
int rPin[5] = {2,3,4,5,6};
// 测量公式：R_unknown = (ADC * R_known) / (1023 - ADC)
// 量程边界：2850, 7350, 28500, 73500 对应 5 档位

2. 电容表 —— RC 时间常数法

通过 10k 电阻充电，测量电压达到 63.2% (ADC=648) 所需时间，换算电容值。自动切换 µF/nF 单位显示。

// 充电引脚 D7，测量 A0，放电 D12
float R = 10000.0;
unsigned long t = millis();
while (analogRead(A0) < 648);  // 等待 1τ
float uF = ((float)(millis()-t) / R) * 1000;

3. 二极管/LED 测试 —— 正反向导通判断

A6 上拉至 5V，D12 输出低电平。被测件正向导通时 A6 读值 <700，反向则接近 1023。

4. RTC 实时时钟 —— DS3231 I2C 接口

通过 RTClib 库读取年月日时分秒，掉电走时。A4/SDA, A5/SCL 接线。

硬件制作全流程

步骤 1-6：面包板验证与电路整合

分别验证四大功能模块，确认代码逻辑，再合并为主程序。主程序通过模式键调用 Clock()、findResistance()、findCapacitance()、diodeTest() 四个函数。

步骤 7-13：IC 造型纸板外壳制作

1. 下载 A3/ANSI B 版布局 PDF，实尺寸打印，贴合 2mm 纸板
2. 美工刀配钢尺裁切外轮廓，刻折痕 (LCD 区域中线暂不折)
3. 底盒侧边斜角打磨，热熔胶粘合，预埋螺丝柱
4. 侧面开槽安装 3 个滑动开关、复位按键
5. 盖板同法制作，LCD 窗口裁切、铰链固定
6. 三角翻盖锁扣、装饰腿部件单独制作

步骤 14-20：通用 PCB 电路板焊接

• PCB 裁剪 2×4 英寸，留出开关位置
• Arduino Nano 女排针居中焊接
• 欧姆表 5 支基准电阻连 D2-D6，公共端接 A7
• 电容表：220Ω (D12-A0) + 10kΩ (A0-D7，复用 LCD D4)
• 二极管测试：10kΩ 上拉 (A6-5V)
• LCD 连接器：6P×2 排线分别接数据/控制引脚
• RTC 模块直插排针，接 VCC/GND/A4/A5

步骤 21-26：面板组装与接线

• 模式键：Pin1 位置开孔，小巧板焊接按键+上拉电阻，热熔胶固定
• 6 组测试座：6P 母排针开槽嵌入，内部并联焊接，引线接对应 ADC/IO
• 金属腿贴铝箔+透明胶带装饰
• 电源开关：环氧腻子 (M-seal) 固定，配合金属杆防回弹
• USB 口开孔，修整线材护套
• 拆除 Nano 与 RTC 模块上的电源指示 LED 省电

步骤 27-33：总调与外观

• 按原理图逐一焊接飞线：复位键、背光/串口切换开关、模式键、6 组测试点、电池盒
• 电池盒嵌入盖板，正极接电源开关中间脚，负极接地
• 装配金属腿、电源开关支撑杆
• M-seal 填补缝隙，打磨、二次喷漆、贴装饰按钮

常见问题排查

• 万用表通断档逐个检查焊点，防短路
• 剪短元件引脚，防掉落短路
• LCD 不显示：调对比度、检查 D0/D1 开关、排查排线连通性
• 单功能失效：对照代码核对该模块接线
• 远离好奇宠物！

踩坑记录

• IC 外壳比例用三角函数计算 (约 80°)，初版手绘失败，改用 CAD 绘图
• 拆 Nano 上 LED 用力过猛扯断焊盘 —— 拆焊需耐心
• 过早热熔胶固定 PCB 导致无法接电池线，用烙铁融胶取出
• RTC 模块电池座干涉，飞线延长侧置

资源下载

全部布局 PDF、CAD 源文件、主程序代码：Google Drive 链接

原理图