Arduino 实时天气时钟：OLED 显示时间、日期与温度

核心硬件清单

• Arduino Uno ×1
• DS3231 RTC 模块 ×1 - 高精度（±2ppm, 0-40°C），带备用电池（CR2032）
• SSD1306 OLED 显示屏 (128×64) ×1 - SPI 接口（本项目），也支持 I2C
• LM35 温度传感器 ×1 - 模拟输出，10mV/°C，量程 -55~150°C
• 面包板、跳线 若干

电路连接详解

OLED (SPI 模式)

DS3231 (I2C 模式)

LM35

• VCC → 5V
• OUT → A0
• GND → GND

软件库依赖

• DS3231.h - jarzebski/Arduino-DS3231（库管理器可装）
• Adafruit_SSD1306.h + Adafruit_GFX.h - 官方库

完整固件代码（已修正语法、添加注释）

#include <Wire.h>
#include <DS3231.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

// ===== OLED SPI 引脚 =====
#define OLED_MOSI  11
#define OLED_CLK   13
#define OLED_DC    9
#define OLED_CS    10
#define OLED_RESET 8
Adafruit_SSD1306 display(OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);

// ===== 传感器与 RTC =====
DS3231 rtc(Wire); // 使用 Wire (A4/A5)
const int sensorPin = A0;
float temperature;

void setup() {
  pinMode(sensorPin, INPUT);
  rtc.begin();
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);

  // 首次运行取消注释设置时间
  // rtc.setDOW(WEDNESDAY);
  // rtc.setTime(19, 2, 0);     // 24小时制
  // rtc.setDate(7, 12, 2017);  // 日,月,年

  // 启动画面
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 0);
  display.println(" Weather");
  display.setCursor(0, 17);
  display.println(" Clock ");
  display.display();
  delay(5000);
}

void loop() {
  // 读取 LM35 温度
  int raw = analogRead(sensorPin);
  temperature = raw * 500.0 / 1024.0; // 5V/1024 * 100 = 500/1024 ≈ 0.488 mV/LSB → °C

  // 刷新显示
  display.clearDisplay();
  
  // 时间 (大字体)
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(20, 0);
  display.print(rtc.getTimeStr()); // "HH:MM:SS"
  
  // 日期 + 星期 (小字体)
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 15);
  display.print(rtc.getDateStr()); // "DD/MM/YYYY"
  display.setCursor(70, 15);
  display.print(rtc.getDOWStr());  // "MON" 等
  
  // 温度
  display.setCursor(20, 25);
  display.print("Temp: ");
  display.print(temperature, 1); // 1位小数
  display.print(" C");
  
  display.display();
  delay(1000);
}

关键技术细节

温度计算公式推导

LM35 输出 10mV/°C，Arduino 10-bit ADC 参考 5V：

Voltage = raw * 5.0 / 1024.0 (V)

Temp(°C) = Voltage / 0.01 = raw * 500.0 / 1024.0

代码中 500/1023 为近似，建议用 500.0/1024.0 提升精度。

DS3231 优势

• 内置温补晶振 (TCXO)，年漂 < ±1 分钟
• 掉电走时靠纽扣电池，无需联网校时
• 提供可编程闹钟、方波输出、温度寄存器

OLED 显示优化

• clearDisplay() 每帧清屏防止残影
• 分字号显示：时间大号醒目，日期/温度小号紧凑
• 坐标手动排版，适配 128×64 分辨率

常见问题与调试

进阶扩展功能

• 多传感器融合：加入 BME280（温湿度气压）、BH1750（光照）、MH-Z19（CO2）
• 网络校时：换用 ESP32/ESP8266，NTP 自动同步，弃用 DS3231
• 图形化 UI：绘制温度趋势曲线、湿度条形图、天气图标（需更大 Flash）
• 低功耗待机：OLED 关屏 + MCU 睡眠 + RTC 闹钟唤醒，按键/运动唤醒显示
• 外壳设计：3D 打印桌面座、壁挂盒，集成旋钮编码器调整时区/显示模式

教学价值总结

本项目集成了 RTC 实时时钟、模拟传感器读取、SPI/OLED 图形显示、字符串格式化 等核心嵌入式技能，代码量精简（<100 行），硬件成本低（~¥60），是「万年历/环境监测」类入门项目的标准范式。通过替换传感器与显示模块，可快速衍生智能家居面板、工业现场仪表、车载行车电脑等应用。