DS1302 RTCとArduino UNOで作る信頼性の高い目覚まし時計

部品と材料

部品	数量
DS1302 RTCモジュール (リアルタイムクロック)	1
ブザーモジュール (または2ピン圧電ブザー)	1
Adafruit標準LCD 16×2 (白文字/青背景) ※I2Cタイプ推奨	1
Arduino UNO	1
4×4マトリックスキーパッドモジュール	1

プロジェクト概要

Arduino UNOで簡単な目覚まし時計を作ります。以前に個別に学習したモジュール (RTC、キーパッド、LCD、ブザー) を組み合わせたプロジェクトです。各モジュールで躓いた場合は、個別のチュートリアルを参照してください。

必要なモジュール

• Arduino UNOボード (互換ボードでも可)
• DS1302 RTCモジュール
• 4×4マトリックスキーパッドモジュール
• LCD I2Cスクリーン
• ブザーモジュール (または2ピン圧電ブザー)

参考チュートリアル

• DS1302 RTC + キーパッド + Arduino + LCD のセットアップ
• DS1302 RTC + Arduino + LCD の基本使用法
• Arduino LCD I2C の基本使用法とシリアルモニタからの直接書き込み
• Arduino UNO + 4×4キーパッドマトリックス + LCD I2C
• Arduinoでブザー/圧電スピーカーを使う方法

配線図

ライブラリとコード

以下のライブラリが必要です (Arduino IDEのライブラリマネージャからインストール可能):

• LCD I2Cライブラリ
• Keypadライブラリ
• RTC DS1302 virtuabotixライブラリ

コードの動作

配線完了後、「*」キーでDS1302 RTCの日時設定モードに入り、現在の日時が表示されます。「A」キーでアラーム時刻 (時/分) を設定、「B」キーでアラーム無効化、アラーム鳴動中は任意のキーで停止できます。

コード

// DS1302 RTC + 4x4 Keypad + LCD I2C + Arduino + Buzzer
// 配線後、LCDにデフォルトまたは設定済みの日時を表示
// キーパッドからRTCを設定し、画面表示、アラーム設定が可能
// 詳細はSurtrtech.comまたはSurtrTech YouTubeチャンネルを参照

#include <Keypad.h>
#include <Wire.h>
#include <virtuabotixRTC.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define I2C_ADDR 0x27
#define BACKLIGHT_PIN 3
#define En_pin 2
#define Rw_pin 1
#define Rs_pin 0
#define D4_pin 4
#define D5_pin 5
#define D6_pin 6
#define D7_pin 7

LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR, En_pin, Rw_pin, Rs_pin, D4_pin, D5_pin, D6_pin, D7_pin);
virtuabotixRTC myRTC(2, 3, 4); // RTC配線: CLK, DAT, RST (変更時はここも修正)

const byte numRows = 4;
const byte numCols = 4;
char keymap[numRows][numCols] = {
  {'1','2','3','A'},
  {'4','5','6','B'},
  {'7','8','9','C'},
  {'*','0','#','D'}
};
byte rowPins[numRows] = {12, 11, 10, 9};
byte colPins[numCols] = {8, 7, 6, 5};

int i1,i2,i3,i4;
char c1,c2,c3,c4;
char keypressed, keypressedx;
int A_hour = NULL;
int A_minute = NULL;
int AlarmIsActive = NULL;
int buzzer = 13;

Keypad myKeypad = Keypad(makeKeymap(keymap), rowPins, colPins, numRows, numCols);

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  lcd.begin(16, 2);
  lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN, POSITIVE);
  lcd.setBacklight(HIGH);
  lcd.home();
}

void loop() {
  while (keypressed == NO_KEY) {
    keypressed = myKeypad.getKey();
    lcd.clear();
    myRTC.updateTime();

    // アラーム判定 (秒0-2の間に鳴動)
    if (myRTC.hours == A_hour && myRTC.minutes == A_minute && AlarmIsActive == 1 && myRTC.seconds >= 0 && myRTC.seconds <= 2) {
      while (keypressedx == NO_KEY) {
        tone(buzzer, 1000); delay(100);
        tone(buzzer, 2000); delay(100);
        lcd.clear();
        lcd.print("Get up !!!");
        keypressedx = myKeypad.getKey();
      }
    }
    keypressedx = NO_KEY;
    noTone(buzzer);

    // 日時表示
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print(myRTC.dayofmonth); lcd.print("/");
    lcd.print(myRTC.month); lcd.print("/");
    lcd.print(myRTC.year);
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print(myRTC.hours); lcd.print(":");
    lcd.print(myRTC.minutes); lcd.print(":");
    lcd.print(myRTC.seconds);
    delay(100);
  }

  // 日時設定モード (*キー)
  if (keypressed == '*') {
    lcd.clear(); lcd.print(" Setup"); delay(1000);
    lcd.clear(); lcd.print("Setup year");
    // 年(4桁)入力
    char keypressed2 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed2)) { c1 = keypressed2; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed3 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed3)) { c2 = keypressed3; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    char keypressed4 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed4)) { c3 = keypressed4; lcd.setCursor(2,1); lcd.print(c3); }
    char keypressed5 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed5)) { c4 = keypressed5; lcd.setCursor(3,1); lcd.print(c4); }
    i1 = (c1-48)*1000; i2 = (c2-48)*100; i3 = (c3-48)*10; i4 = c4-48;
    int N_year = i1+i2+i3+i4; delay(500);

    // 月(2桁)入力
    lcd.clear(); lcd.print("Setup month");
    char keypressed6 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed6)) { c1 = keypressed6; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed7 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed7)) { c2 = keypressed7; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; int N_month = i1+i2; delay(500);

    // 日(2桁)入力
    lcd.clear(); lcd.print("Setup Day");
    char keypressed8 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed8)) { c1 = keypressed8; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed9 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed9)) { c2 = keypressed9; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; int N_day = i1+i2; delay(500);

    // 時(2桁)入力
    lcd.clear(); lcd.print("Setup hour");
    char keypressed10 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed10)) { c1 = keypressed10; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed11 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed11)) { c2 = keypressed11; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; int N_hour = i1+i2; delay(500);

    // 分(2桁)入力
    lcd.clear(); lcd.print("Setup minutes");
    char keypressed12 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed12)) { c1 = keypressed12; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed13 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed13)) { c2 = keypressed13; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; int N_minutes = i1+i2; delay(500);

    // RTCに書き込み (秒=22, 曜日=1 固定)
    lcd.clear();
    myRTC.setDS1302Time(22, N_minutes, N_hour, 1, N_day, N_month, N_year);
    keypressed = NO_KEY;
  }

  // アラーム設定 (Aキー)
  if (keypressed == 'A') {
    lcd.clear(); lcd.print(" Alarm setup "); delay(1000);
    lcd.clear(); lcd.print("Set alarm hour");
    char keypressed14 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed14)) { c1 = keypressed14; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed15 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed15)) { c2 = keypressed15; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; A_hour = i1+i2; delay(500);

    lcd.clear(); lcd.print("Set alarm minutes");
    char keypressed16 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed16)) { c1 = keypressed16; lcd.setCursor(0,1); lcd.print(c1); }
    char keypressed17 = myKeypad.waitForKey();
    if (validKey(keypressed17)) { c2 = keypressed17; lcd.setCursor(1,1); lcd.print(c2); }
    i1 = (c1-48)*10; i2 = c2-48; A_minute = i1+i2; delay(500);

    lcd.clear(); AlarmIsActive = 1; keypressed = NO_KEY;
  }

  // アラーム無効化 (Bキー)
  if (keypressed == 'B') {
    lcd.clear(); lcd.print("Alarm deactivated");
    AlarmIsActive = 0; keypressed = NO_KEY; delay(500);
  } else {
    myRTC.updateTime();
    keypressed = NO_KEY;
  }
}

// 有効な数字キーか判定
bool validKey(char k) {
  return (k != NO_KEY && k != '*' && k != '#' && k != 'A' && k != 'B' && k != 'C' && k != 'D');
}

回路図