DIY Arduinoワードクロック – 文字で時刻を表示する洗練されたリアルタイムクロック

概要

「IT IS TEN FIFTEEN」のように、言葉で時刻を伝えるワードクロックをArduinoで自作します。DS1307 RTC（リアルタイムクロック）とシフトレジスタ（74HC595）＋ダーリントンアレイ（ULN2803A）でLEDマトリクスを駆動し、バックアップ電池で停電時も時刻をキープ。スイッチレスでシンプル、長期運用に耐える設計です。

必要なパーツ

パーツ名	数量	備考
Arduino UNO（またはATmega328Pスタンドアロン）	1	あらゆるArduino互換ボードで可
DS1307 RTCモジュール	1	CR2032バックアップ電池付き推奨
74HC595 シフトレジスタ	3	24ビット出力拡張（22ワード制御用）
ULN2803A ダーリントンアレイ	3	LEDシンクドライバ（各8ch）
LEDストリップ（白色）	約2m	3チップごとに切断可能なタイプ
ICソケット 16pin×3、18pin×3	各1セット	IC保護・交換用
12V ACアダプタまたは電池	1	LED駆動用
ユニバーサル基板、配線、ピンヘッダ等	適宜
マウントボード（厚紙）、アクリル板（乳白半透明）	各1	フレーム・拡散板用
文字ステンシル（印刷またはカッティングシート）	1式	「IT IS」「FIVE」「TEN」等の英単語

回路構成

要点

• Arduino I/Oはわずか5本：シフトレジスタ用3本（Data/Clock/Latch）、RTC用2本（SDA/SCL）
• 74HC595を3個カスケード接続し、24ビットの並列出力を得る
• ULN2803Aは「ローサイドスイッチ」：LEDのアノード（＋）を共通12Vへ、カソード（−）を各ドライバ出力へ接続
• RTCはI2Cアドレス0x68、ライブラリ（RTClib等）で時刻取得

回路図は添付画像（PNG）を参照。スタンドアロンATmega328P化する場合は、水晶・コンデンサ・リセット回路を追加し、FTDIで書き込み。

フレーム・光学部の製作

1. マウントボードを前面パネルサイズにカット
2. 単語レイアウトを鉛筆で下書き（一般的なワードクロックは 11×10 または 10×11 マス）
3. 1.5cm幅のマウントボードストリップで「仕切り壁」を作り、単語ごとのボックスを形成（光漏れ防止）
4. LEDストリップを各ボックスに合わせてカット（3LED単位）、裏面粘着で基板に固定
5. 全LEDのアノードを共通配線、カソードを各ワードごとに引き出しドライバへ
6. アクリル板に文字ステンシルを貼り、前面パネルとする
7. ケース背面に壁掛け用穴を開け、基板・配線を収納して完成

ソフトウェア構成

GitHub（rakshithbk/Word_clock）に公開されているスケッチをベースに、自分の単語レイアウトへマッピングを書き換えます。

主要関数

• #define セクション：シフトレジスタの各ビットに対応する単語名をマクロ定義
• WriteLEDs()：シフトレジスタへ24ビットデータをシフトアウト
• selfTest()：起動時やデバッグ用に全ワードを順番に点滅
• displayTime()：RTCから時刻取得 → 「IT IS」「HALF」「TEN」「FIVE」等、点灯すべきワードのビットマスクを生成 → WriteLEDs()
• loop()：1分ごと（または秒ごと）に displayTime() を呼び出し

時刻→ワード変換ロジックの例

// 5分刻みで "FIVE", "TEN", "QUARTER", "TWENTY", "HALF" 等を点灯
// "TO" / "PAST" で前後関係を表現
// 時は "ONE" 〜 "TWELVE" を点灯
// 例: 10:10 → "IT IS TEN PAST TEN"

日本語版にする場合は、ローマ字や漢字・ひらがなレイアウトに合わせてマッピングを再設計してください。

仕上げと動作確認

1. 基板・RTC・ドライバをケース内に固定
2. LEDボードを仕切り壁に合わせて設置
3. アクリル前面パネルを被せ、隙間から光漏れがないか確認
4. 電源投入 → selfTest() で全ワード点灯確認 → 正常なら通常動作へ
5. 時刻合わせはスケッチ内で一度だけ実行、以降はRTC電池で維持

カスタマイズアイデア

• RGB LEDストリップ（WS2812B等）化で色変化・グラデーション表示
• 光センサー（CdS/フォトトランジスタ）で周囲輝度に応じた自動調光
• Wi-Fiモジュール（ESP8266/ESP32）追加でNTP自動時刻同期
• アクリルをミラーアクリルにして「ミラークロック」風に
• 木製フレーム・レーザーカットアクリルでインテリア性向上

参考ファイル

• スケッチ・ライブラリ：GitHubリポジトリ
• 回路図：添付画像（PNG）
• 基板データ：F4B9GO9IBYX12RN.zip、FMC93S0ICRXOKWF.zip