Arduinoで電子工作人感センサー付き7セグ置時計を作ってみる

はじめに
外観の紹介
材料と作り方
ソフトウェア
おわりに

はじめに

以前にelchikaというハードウェアの開発者コミュニティのコンテストに出品した製作物となりますがNTP時刻合わせ置き時計をご紹介します。この電子工作は、キーパーツとして、人感センサ、７セグメントLED、リアルタイムクロックを使用して製作しています。

皆さん、電子工作と言えば、まずは時計を作りたくなりませんか？

詳しくはelchikaサイトのほうにもプログラムなど含めて記載していますので宜しければご参照下さい。

外観の紹介

完成形は下の写真の通りです。
LEDディスプレイの上段には年月日を、下段には時分秒を表示しています。

LEDなので視認性はかなり良いのですが、より良くする改善点として、LEDディスプレイの前面に半透明の光拡散板でカバーする事で、LEDの非表示部分を見えなくすると、時間がくっきりと見やすくなると思います。

3Dプリンターで作成した筐体に色紙でカバーしています。

時計の上部は、ある程度の面積のある平面を用意しているので、小さめの人形などちょっとした置物を置くこともできるのでおしゃれになるかと思います。

材料と作り方

〇主なパーツは次に示す通り入手性の良い一般的な部品で構成されています。

・Arduino Nano [互換機]　1個

Arduino 用Nanoボード USB Type-C V3.0 CH340/ATmega328P-AU 5V 16Mhz NanoV3.0互換アルディーノ電子工作電子部品

・人感センサー [SB412A]　1個秋月電子通商　通販コード　M-09002 など

ミニir焦電赤外線pirモーションヒューマンセンサー自動検出器モジュールam312センサーdc 2.7~12v -sr312

・８桁７セグメントLEDモジュール [MAX7219]　2個　※日付表示用と時刻表示用

PATIKIL 9 mm 8数字LED表示モジュール 2個 3.5-5V 7セグメントコモンカソード LEDディスプレイデジタルチューブ電子ドライバーボード用 82 x 15 x 12 mm レッド

・リアルタイムクロック(RTC)モジュール [DS3231]　1個

KKHMF DC 3.3-5.5V DS3231 AT24C32 時計モジュールリアル時間時計モジュール IICモジュール RTCモジュール Arduinoに対応 [並行輸入品]

・ブレッドボード　1個、ジャンパーワイヤー　数本

サンハヤト SAD-101 ニューブレッドボード

KKHMF 3PCS 120P 1P-1P 20cm ブレッドボード・ジャンパーワイヤ（オス-オス,オス-メス,メス-メス）120本

・９V電池　1本、９V電池用コネクター　1個

アルカリ乾電池 9V形角型ボルテージ

uxcell 電池クリップ Iタイプタイプコネクター DC 9V電池 15cm長さ 3個入り

人感センサーは人が近くにいる時のみディスプレイを点灯するために使用していて、人がいない時は電池の消耗を防ぐためにArduinoはsleep modeになるようなプログラムにしています。
リアルタイムクロックはsleep時にも現在時刻をカウントするために使用しています。

写真1の通り、配線は半田付け無しでできるようにブレッドボードとジャンパーワイヤーで全て組み上げてみました。
Arduino NanoにLEDモジュール、人感センサー、RTCモジュールをそれぞれ結線し、電源には9V電池を使用しました。

結線後の時計の内部はジャンパーワイヤーで配線しているので一見複雑に見えますが、比較的シンプルな結線になっています。

各部品間で結線すべき端子は下表の通りです。

ソフトウェア

Arduinoでプログラミングしています。なお、ここで紹介するメインプログラムにはRTCモジュールへ現在時刻の書き込み機能が実装されていませんので別途時刻の書き込みが必要です。

/*
7セグメントLED デジタル時計
 */
#include "LedControl.h"
#include <Wire.h>
#include <RtcDS3231.h>
#include <avr/sleep.h>
RtcDS3231<TwoWire>
Rtc(Wire);
LedControl lc = LedControl(5,7,6,2);  //5-DIN,7-CLK,6-CS,numer of unit

void setup() {
    pinMode(2, INPUT);
    set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
    Serial.begin(9600); 
    lc.setIntensity(0,0);
    lc.setIntensity(1,0);
    lc.clearDisplay(0); 
    lc.clearDisplay(1);
    Rtc.Begin() ;
}
void loop() {
    interrupt();
    Serial.println("In operation");
    delay (300);
    while(digitalRead(2)){
        lc.shutdown(0,false); 
        lc.shutdown(1,false);
        lc.setIntensity(0,1);
        lc.setIntensity(1,1);
        RtcDateTime dt = Rtc.GetDateTime() ;
        lc.setDigit(0,7,dt.Hour()/10%10,false);
        lc.setDigit(0,6,dt.Hour()%10,true);
        lc.setDigit(0,4,dt.Minute()/10%10,false);
        lc.setDigit(0,3,dt.Minute()%10,true);
        lc.setDigit(0,1,dt.Second()/10%10,false);
        lc.setDigit(0,0,dt.Second()%10,false);
        lc.setDigit(1,7,dt.Year()/10%10,false);
        lc.setDigit(1,6,dt.Year()%10,true);
        lc.setDigit(1,4,dt.Month()/10%10,false);
        lc.setDigit(1,3,dt.Month()%10,true);
        lc.setDigit(1,1,dt.Day()/10%10,false);
        lc.setDigit(1,0,dt.Day()%10,false);
    }
    lc.shutdown(0,true); 
    lc.shutdown(1,true);
    lc.setIntensity(0,0);
    lc.setIntensity(1,0);     
    lc.clearDisplay(0); 
    lc.clearDisplay(1);
}

void interrupt(){
    attachInterrupt(0,wakeUp,RISING);
    Serial.println("In Sleep");
    delay (300);
    PRR = PRR | 0b00100000;
    sleep_mode();
    detachInterrupt(0);
}

void wakeUp(){
    Serial.println("Wake up");
    delay (300);
    PRR = PRR & 0b00000000;
}