マルチディスプレイLCD目覚まし時計：カスタマイズ可能な10種類の表示フェイス

特徴

• 10種類の表示スタイル：標準、デュアル太字、デュアルベベル、デュアルTrek、デュアル細字、ワードクロック、バイオリズム、温湿度計、砂時計アニメーション、アラーム設定画面
• 設定機能：時刻、日付、誕生日、アラーム時刻の設定・EEPROM保存
• アラーム停止：傾きスイッチ（水銀スイッチ）または任意ボタンで停止
• バックライト制御: 常時ON/OFF/タイムアウト（デフォルト10秒）選択可能
• 環境センサー：DHT21温湿度センサー対応（温湿度表示フェイスで活用）
• 電池バックアップ：DS1302 RTC用コインセル（CR2032/CR1220）で停電時も時刻維持

必要な部品

基本構成（ブレッドボード版）

部品	数量	備考
Arduino Uno	1	スタンドアロン化時はATmega328P-DIP + 16MHz水晶 + 22pF×2 + 7805 + コンデンサ類
16x2 キャラクタLCD (白文字/青背景)	1	HD44780互換、ピンヘッダー実装済み推奨
DS1302 RTCモジュール	1	32.768kHz水晶付き
コインセルホルダー + CR2032	1	PCB版ではCR1220
TMP36またはDHT21	1	温度のみならTMP36、温湿度ならDHT21
水銀傾きスイッチ	1	アラーム停止用（カプセル化タイプ推奨）
パッシブブザー	1	アラーム音用（10µFでDCカット）
10kΩトリマーポテンショメータ	1	LCDコントラスト調整
10kΩ抵抗	4	ボタンプルアップ用（内部プルアップ使用時は不要）
470Ω抵抗	1	ブザー電流制限
10µFコンデンサ	1	ブザーDCカット用
タクトスイッチ 6×6mm (13mm軸)	3	SETUP, INCREMENT, DECREMENT

PCB版追加部品（スタンドアロン化）

• ATmega328P-PU (DIP-28)
• 16MHz 水晶発振子 + 22pF セラコン ×2
• 7805 5Vレギュレータ (TO-220) + 100µF/16V + 0.1µF ×3 + 1µF
• 右角ピンヘッダー (LCD接続用)
• Eagleファイル添付（自作・発注両対応）

ケース製作用

• 3Dプリンター（STLファイル添付、0.2mmレイヤー、サポート不要）
• M3×6mmネジ ×4、M3タップ、2.5mmドリル
• DHT21用3ピンコネクタ（ケース背面取付用）

回路図とPCB

ブレッドボード版は比較的シンプル。LCDは4ビットモードでD4〜D7、RS、Eを接続。RTCは3線式（CE, IO, SCLK）。ボタンはアナログピンA0〜A3に接続し、内部プルアップを使用する場合は外付け抵抗不要。

注意：LCDを右角ピンヘッダーでPCBに直付けする場合、ケースへの組み込みが非常に困難です。スルーホールめっき済み両面基板なら、LCDを後から基板上でハンダ付け可能で組み立てやすくなります。

操作方法

3つのボタン（SETUP, INCREMENT, DECREMENT）と傾きスイッチで操作。

バックライト

• 消灯時：任意ボタン押下で点灯
• 点灯時：5秒（デフォルト10秒に変更可）無操作で自動消灯
• 点灯中はボタンが機能する

ボタン機能（バックライト点灯時）

ボタン	通常時	設定モード時
SETUP	設定モード突入	カーソル移動：時→分→日→月→年→誕生日→誕生月→誕生年→アラーム時→アラーム分→時計モード戻り
INCREMENT	表示スタイル切替（10種類を循環）	カーソル位置の値を増加
DECREMENT	アラームON/OFF切替	カーソル位置の値を減少
傾きスイッチ	−	アラーム鳴動時のみ：傾ける/ボタン押下で停止

表示スタイル詳細

1. 標準 (STANDARD)

上段：時:分:秒 | アラーム時:分

下段：日/月/年 | ALARM点滅表示

2. デュアル太字 (DUAL_THICK)

2行×3文字幅のカスタム文字で太い大型数字表示。12/24時間切替定義対応。

3. デュアルベベル (DUAL_BEVEL)

立体的なベベル（斜面）エッジを持つ大型数字。12/24時間切替定義対応。

4. デュアルTrek (DUAL_TREK)

秒表示含む3セグメント風大型数字。コロンもカスタム文字で点滅。

5. デュアル細字 (DUAL_THIN)

1文字幅1ピクセルの細い大型数字。アラーム時刻を右端に常時表示。12/24時間切替定義対応。

6. ワードクロック (WORD)

時刻を英単語で表現（"TWELVE THIRTY"等）。右上に砂時計アニメーション（8フレーム）。

7. バイオリズム (BIO)

誕生日から計算した3サイクルをバーグラフ表示：

• 身体（23日周期）
• 感情（28日周期）
• 知性（33日周期）

上バー＝プラス期、下バー＝マイナス期、バー長＝振幅。誕生日設定必須。

8. 温湿度計 (THERMO)

DHT21センサーで読み取った温度（℃）と湿度（%）を大型数字で表示。カスタム文字で温度計/水滴アイコン表示。

スタンドアロン版（PCB）の製作

1. EagleファイルからPCB発注またはトナー転写法で自作
2. 部品実装：ATmega328P、水晶、レギュレータ、RTC、LCDコネクタ、ボタン、ブザー等
3. LCDは右角ピンヘッダーで基板実装（スルーホールめっき推奨）
4. 3Dプリントケース（2パーツ）に基板をM3ネジで固定（穴位置調整用に4mm拡大推奨）
5. DHT21をケース背面の3ピンコネクタに接続

ソースコードの構成ポイント

単一スケッチ（DigitalClockAlarmV7.ino）で全機能実装。主な構成：

ライブラリ

• DS1302RTC.h：RTC通信
• TimeLib.h：時刻管理（RTCと同期）
• LiquidCrystal.h：LCD制御
• EEPROM.h：設定不揮発保存
• dht.h：DHT21読み取り

カスタム文字定義（PROGMEM配置）

• 大型数字フォント4種（厚/ベベル/Trek/細）各10文字分
• 砂時計アニメーション8フレーム
• ベル、時計、温度計、水滴アイコン
• バイオリズム用上下バー文字

主要な状態管理

• STYLE enum：8種類の表示モード
• SETUP enum：11段階の設定項目
• バックライトタイムアウト制御（ミリ秒カウント）
• アラーム判定：秒のLSBで点滅表示、時刻一致でブザー鳴動

EEPROMマップ

アドレス	内容
0	アラーム時 (0-23)
1	アラーム分 (0-59)
2	アラームON/OFF
3	現在の表示スタイル
4-5	誕生年 (16bit)
6	誕生月 (1-12)
7	誕生日 (1-31)

PME/機械学習は不使用

このプロジェクトではArduino 101のPMEは使用せず、純粋な時刻・センサー処理とカスタム文字描画に特化しています。Uno/ATmega328でも動作します。

アップデート履歴

• 2020/06/25：初版（Michalis Vasilakis氏のクロックをベースに複数フォント対応）
• 2020/06/29：ワードクロック綴り修正、バックライト制御#define追加、タイムアウト5→10秒
• 2020/11/22：誕生日設定・EEPROM保存追加、バイオリズムフェイス追加、設定画面コード整理
• 2020/12/06：DHT21対応、温湿度フェイス追加、PCBにDHT21用3ピンコネクタ追加

クレジット（ベースとなったプロジェクト）

• ベース：Michalis Vasilakis "Arduino Digital Clock With Alarm Function (custom PCB)"
• 標準画面：Michalis Vasilakis
• デュアル太字/細字：Arduino World
• デュアルベベル：Arduino Forum
• デュアルTrek：Carrie Sundra
• ワードクロック概念：LAGSILVA
• バイオリズム：John Bradnam
• ウェザークロック：ARDUinoautoMOTIVE

改善・拡張アイデア

• NTP対応（WiFiモジュール追加で自動時刻同期）
• アラーム音のメロディー化（RTTTL形式等）
• 週末/平日アラーム別設定
• 照度センサーでバックライト自動輝度調整
• 複数アラーム、スヌーズ機能
• バッテリー電圧監視・低電圧警告
• ケースデザインのバリエーション（壁掛け、卓上スタンド等）

まとめ

このプロジェクトは、単なる目覚まし時計を超え、「表示表現のバリエーション」「ユーザー設定の永続化」「環境センシング」「機械的インタラクション（傾きスイッチ）」をコンパクトなLCDデバイスに凝縮した優れた学習・実用プロジェクトです。コードはモジュール化されており、各表示スタイルの描画関数が独立しているため、新しいフェイスの追加や既存フェイスの改造が容易です。PCB版への移行で実用的なガジェットとして完成度が高まり、3Dプリントケースで見栄えも良く仕上がります。