多显示模式 LCD 闹钟：可自定义表盘与生物节律

组件与物料

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组件	数量	备注
Arduino UNO	1	若用自制 PCB，需 ATmega328P-DIP、16MHz 晶振、2×22pF 电容、7805 稳压、100µF/16V、3×0.1µF、1µF 电容
10 kΩ 电阻	4
470 Ω 电阻	1
Adafruit 1602 LCD (白字蓝底)	1
无源蜂鸣器	1
10 µF 电解电容	1
DS1302 RTC 模块	1
32.768 kHz 晶振	1	RTC 专用
CR2032 纽扣电池 + 座	1	PCB 版建议用 CR1220
倾斜开关 (汞开关)	1	用于翻转关闭闹钟
10 kΩ 微调电位器	1	LCD 对比度调节

所需工具

• 3D 打印机（打印外壳）

软件

• Arduino IDE

项目详解

作者在网上看到许多 1602 LCD 时钟实现，决定把它们整合成一个支持多种显示风格的综合时钟。新版 10 款表盘已发布，详见链接。

功能特性

• 8 种显示风格（标准、双行粗体、斜角、Trek、细体、文字、生物节律、温湿度）
• 设置时间、日期、生日、闹钟
• 汞倾斜开关翻转关闭闹钟
• 背光自动控制（可配置常亮/关闭/超时）
• DHT21 温湿度传感器支持

面包板原型

电路简洁，DHT21 接 D9（图中未画）。烧录草图即可运行。

操作说明

三按键：SETUP、INCREMENT、DECREMENT，外加倾斜开关。

• 背光关闭时，任意键点亮；背光亮起 10 秒无操作自动熄灭（可改）。
• SETUP：进入设置菜单，光标指示可修改项（时/分/日/月/年/生日/闹钟时/分），再按循环。
• INCREMENT：非设置态下切换显示风格。
• DECREMENT：非设置态下开关闹钟。
• 倾斜开关：闹铃响时翻转或按任意键停止。

成品制作（PCB + 3D 外壳）

从面包板进阶需自制 PCB（附 Eagle 文件），采用碳粉法或商业打板。注意 LCD 用弯针排针连接 PCB，建议双面通孔板以便焊接后再装壳。

元件选型：ATmega328P-DIP + 16MHz 晶振 + 22pF×2，7805+100µF 供电，DS1302+32.768kHz 晶振，蜂鸣器经 10µF 直流隔离，电阻 1/8W 或 1/4W，汞开关 5mm 直径，背板三个 6×6mm 轻触开关（13mm 柄）。

外壳 3D 打印（0.2mm 层高，无支撑），PCB 安装孔 2.5mm 钻孔攻 M3 螺纹，用 M3×6 螺丝固定。PCB 固定孔扩至 4mm 便于对齐按键。

致谢

本项目融合多位 Maker 的成果：基础闹钟代码来自 Michalis Vasilakis；双行粗/细体字体来自 Arduino World；斜角字体来自 Arduino Forum；Trek 字体来自 Carrie Sundra；文字时钟概念来自 LAGSILVA；生物节律时钟来自 John Bradnam；天气时钟来自 ARDUinoautoMOTIVE。

更新日志

• 2020-06-29：修正文字时钟拼写，增加背光控制宏，超时 5→10 秒。
• 2020-11-23：增加生日设置与 EEPROM 存储，新增生物节律表盘（23 天体能、28 天情绪、33 天智力三周期柱状图），重构设置代码。
• 2020-12-06：增加 DHT21 支持，新增温湿度表盘，PCB 增加 3Pin 接口。

代码

DigitalClockAlarmV7.ino (C/C++)

完整代码含 8 种显示模式驱动、RTC 同步、EEPROM 存储、闹钟逻辑、DHT21 读取、生物节律计算等。关键片段：

/* 1602 LCD 闹钟 - John Bradnam */
#include <Wire.h>
#include <TimeLib.h>
#include <DS1302RTC.h>
#include <LiquidCrystal.h>
#include <EEPROM.h>
#include <dht.h>

#define LIGHT 2
#define LCD_D7 3
#define LCD_D6 4
#define LCD_D5 5
#define LCD_D4 6
#define LCD_E 7
#define LCD_RS 8
#define BTN_SET A0
#define BTN_ADJUST A1
#define BTN_ALARM A2
#define BTN_TILT A3
#define SPEAKER 11
#define DHT21 9
#define RTC_CE 10
#define RTC_IO 12
#define RTC_SCLK 13

LiquidCrystal lcd(LCD_RS, LCD_E, LCD_D4, LCD_D5, LCD_D6, LCD_D7);
DS1302RTC rtc(RTC_CE, RTC_IO, RTC_SCLK);
dht DHT;

enum STYLE { STANDARD, DUAL_THICK, DUAL_BEVEL, DUAL_TREK, DUAL_THIN, WORD, BIO, THERMO };
STYLE currentStyle = STANDARD;
// ... EEPROM 地址定义、自定义字符、字体数组 ...

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // 引脚模式、RTC 初始化、读取 EEPROM 闹钟/生日/风格
  // BLE 无，直接按键设置时间
  // 初始化对应风格的自定义字符
}

void loop() {
  readBtns(); getTimeDate(); getTempHum();
  if (!setupScreen) {
    lcdPrint(); if (alarmON) callAlarm();
    #ifdef BACKLIGHT_TIMEOUT
    if (backlightOn && millis() > backlightTimeout) switchBacklight(false);
    #endif
  } else {
    timeSetup(); switchBacklight(true);
  }
}
// ... 按键处理、时间读取、温湿度读取、背光控制、各风格绘制函数 ...
// 生物节律计算：基于生日天数对 23/28/33 取模，映射为柱状图高度
// 文字时钟：数字转英文单词（HUNDRED, ONE... TWENTY, THIRTY...）

完整代码请下载附件 DigitalClockAlarmV7.ino。

自定义零件与外壳

stl_files_ZuDXHCHZCl.zip

原理图与 PCB

eagle_files_ZN59zdeNf5.zip