Arduino Nano 七段数码管时钟 - DS3231 RTC 与 LDR 自动亮度

所需组件与材料

所需软件

• Arduino IDE
• Adafruit GFX Library
• Adafruit LED Backpack Library

项目特点

• DS3231 高精度 RTC：温补晶振，年误差约 ±2ppm，内置温度传感器
• 自动夏/冬令时切换：代码内置欧洲规则（3 月最后一个周日 2:00 进入夏令时，10 月最后一个周日 3:00 恢复冬令时）
• LDR 环境光自适应亮度：白天高亮，夜间自动调暗，护眼省电
• 时间/温度轮询显示：可配置显示时长（默认时间 20 秒，温度 2 秒）
• 秒指示动画：左侧双点随秒数上下交替闪烁，中间冒号每秒闪烁一次
• 错误显示：RTC 读取失败时显示 "BEEF" 报警
• 配置持久化：v1.1 修正了周日判断逻辑（dayOfWeek == 1 表示周日）

接线指南

RTC 初始化（设置时间）

首次使用需将 DS3231 时间设置为当前时间。可使用 Adafruit 的 ds3231_set_time 示例，或通过串口发送指令。时间将写入 RTC 并由纽扣电池维持，断电不丢失。

完整代码 (v1.1 修正版)

// MyClock v1.1 - Ingo Lohs
// Hardware: Arduino Uno/Nano (ATmega328P)
// Libraries: Wire, Adafruit_GFX, Adafruit_LEDBackpack

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include "Adafruit_LEDBackpack.h"

#define DS3231_I2C_ADDRESS 0x68

int ldr_sensor = A0;
int ldr_value = 0;
int brightness_matrix = 15;
int threshold_brightness = 400;  // 环境光阈值，需实测调整
int blinkrate_value = 0;
int delay_matrix_time = 20000;   // 时间显持续 20 秒 (单位 ms)
int delay_matrix_temp = 2000;    // 温度显示 2 秒
int blinky_dot = 2;

Adafruit_7segment matrix = Adafruit_7segment();

byte decToBcd(byte val) { return (val / 10 * 16) + (val % 10); }
byte bcdToDec(byte val) { return (val / 16 * 10) + (val % 16); }

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  matrix.begin(0x70);
}

void loop() {
  lightBrightness();
  matrixBlinkrate();
  displayTime();
  displayTemp();
}

void lightBrightness() {
  ldr_value = analogRead(ldr_sensor);
  Serial.print("LDR: "); Serial.println(ldr_value);
  // LDR 值越小 = 光线越强
  if (ldr_value <= threshold_brightness) {
    brightness_matrix = 15;  // 白天最高亮
  } else {
    brightness_matrix = 0;   // 夜间最暗
  }
}

void matrixBlinkrate() {
  matrix.blinkRate(blinkrate_value);
}

void displayTime() {
  matrix.setBrightness(brightness_matrix);
  matrix.clear();

  for (uint16_t i = 0; i < delay_matrix_time / 1000; i++) {  // 简化：每秒更新一次
    byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
    getDateDs3231(&second, &minute, &hour, &dayOfWeek, &dayOfMonth, &month, &year);

    // 夏/冬令时自动切换 (欧洲规则：周日 dayOfWeek == 1)
    // 夏令时：3 月最后一个周日 2:00 -> 3:00
    if ((dayOfWeek == 1) && (dayOfMonth >= 25) && (month == 3) && (hour == 2)) {
      setDS3231time(second, minute, 3, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year);
    }
    // 冬令时：10 月最后一个周日 3:00 -> 2:00 (year=1 标记夏令时)
    if ((dayOfWeek == 1) && (dayOfMonth >= 25) && (month == 10) && (hour == 1) && (year != 1)) {
      setDS3231time(second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, 1);
    }
    if ((dayOfWeek == 1) && (dayOfMonth >= 25) && (month == 10) && (hour == 3) && (year == 1)) {
      setDS3231time(second, minute, 2, dayOfWeek, dayOfMonth, month, 0);
    }

    // 显示时分 HH:MM
    if (hour > 9) {
      matrix.writeDigitNum(0, hour / 10, false);
      matrix.writeDigitNum(1, hour % 10, false);
    } else {
      matrix.writeDigitNum(1, hour, false);
    }

    // 左侧双点随秒数上下翻转：前 30 秒显下点，后 30 秒显上点
    if (second <= 30) blinky_dot = 10;  // 下点 + 中间冒号
    else blinky_dot = 6;                // 上点 + 中间冒号
    matrix.writeDigitRaw(2, blinky_dot);

    matrix.writeDigitNum(3, minute / 10, false);
    matrix.writeDigitNum(4, minute % 10, false);
    matrix.writeDisplay();

    // 中间冒号每秒闪烁
    delay(500);
    matrix.drawColon(false);
    matrix.writeDisplay();
    delay(500);
  }
}

void displayTemp() {
  matrix.setBrightness(brightness_matrix);
  matrix.clear();

  byte temp = get3231Temp();
  int abs_temp = abs(temp);

  // 显示温度，支持负数
  if (temp < 0) matrix.writeDigitRaw(0, 0x40);  // 负号
  if (temp <= -10) matrix.writeDigitRaw(2, 0x0C); // 十位负号位置调整

  if (temp >= 10 || temp <= -10) matrix.writeDigitNum(0, abs_temp / 10, false);
  matrix.writeDigitNum(1, abs_temp % 10, false);
  matrix.writeDigitRaw(3, 0x63);  // '°' 符号
  matrix.writeDigitRaw(4, 0x39);  // 'C' 符号
  matrix.writeDisplay();

  Serial.print("Temperature C: "); Serial.println(get3231Temp());
  delay(delay_matrix_temp);
}

void setDS3231time(byte second, byte minute, byte hour, byte dayOfWeek, byte dayOfMonth, byte month, byte year) {
  Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS);
  Wire.write(0);
  Wire.write(decToBcd(second));
  Wire.write(decToBcd(minute));
  Wire.write(decToBcd(hour));
  Wire.write(decToBcd(dayOfWeek));    // 1=周日, 7=周六
  Wire.write(decToBcd(dayOfMonth));
  Wire.write(decToBcd(month));
  Wire.write(decToBcd(year));
  Wire.endTransmission();
}

void getDateDs3231(byte *second, byte *minute, byte *hour, byte *dayOfWeek, byte *dayOfMonth, byte *month, byte *year) {
  Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS);
  Wire.write(0);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 7);
  *second = bcdToDec(Wire.read() & 0x7f);
  *minute = bcdToDec(Wire.read());
  *hour = bcdToDec(Wire.read() & 0x3f);
  *dayOfWeek = bcdToDec(Wire.read());
  *dayOfMonth = bcdToDec(Wire.read());
  *month = bcdToDec(Wire.read());
  *year = bcdToDec(Wire.read());
}

float get3231Temp() {
  byte tMSB, tLSB;
  Wire.beginTransmission(DS3231_I2C_ADDRESS);
  Wire.write(0x11);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(DS3231_I2C_ADDRESS, 2);
  if (Wire.available() >= 2) {
    tMSB = Wire.read();
    tLSB = Wire.read();
    float temp3231 = (tMSB & 0x7F);           // 符号位处理
    temp3231 += ((tLSB >> 6) * 0.25);         // 小数部分 0.25 度分辨率
    if (tMSB & 0x80) temp3231 = -temp3231;    // 负温度
    return temp3231;
  } else {
    Serial.println("DS3231 Sensor Error - cant read temperature");
    matrix.print(0xBEEF, HEX);
    matrix.writeDisplay();
    delay(5000);
    return 0;
  }
}

进阶扩展建议

• 添加闹钟功能（蜂鸣器 + 按键设定）
• 集成蓝牙模块 (HC-05/HC-06) 配合 Blynk App 远程设置
• 加入 NTP 网络校时（需 ESP8266/ESP32 协同）
• PCB 板级制作，替代面包板，提升可靠性

源码仓库

GitHub - ILohs/MySketches