ARDUINO RTC-LCD

Arduino はじめました

Arduino 始めました。リアルタイムタイマーリレーを完成させる予定です。このページでは、とりあえず LCD(液晶表示器)に RTC(リアルタイムクロック)からデータを取得し、現在時刻を1秒毎に表示するところまで掲載します。

今回準備したハードウェアとソフトウェア

ハードウェア

1.Nano Clone　(ATmega328PB)

2.DS3231SN モジュール　(I2C)

3.LCD 2004 モジュール　(I2C)

4.ジャンパーワイヤー　(オスメス) 8本

5.抵抗器5.6kΩ　(LCD のバックライト調整用)

6.ブレッドボード

7.USBケーブル (miniB)

ソフトウェア

8.Arduino IDE 2.3.2 (Linux 64bit Appimage)

9.MiniCore (Urboot bootloader)

11.DS3232RTC (library)

12.Arduino Time Library

13.LiquidCrystal I2C (library)

1.Nano Clone(ATmega328PB) 315yen

Arduino Uno(純正品)を購入したのですが、意外と消費電流が大きいし、I2Cは2個しか刺さらないしで、これは教則的な使用方法を学ぶ、教材の立ち位置なのかな、と思いました。そこで、中華サイトにて上記 Uno の 1/10以下(315円/個)の値段で購入した Nano Clone をブレッドボードに挿して使用してみました。
この Clone に使用されているマイコンは純正(328P)ではなく、上位互換品(328PB)です。購入時から焼かれているブートローダーが 328P 用のオールドバージョン(スケッチ書き込みの通信速度が現行の半分の速度)でしたので、MiniCore をインストールしてブートローダーを焼き直し、ボードを ATmega328 として使用しています。

2.DS3231SN モジュール　(I2C) 229yen

お試しで 5 枚購入しました。すべて DS3231SN と IC に刻印されていましたが、32kHz の出力を測定すると 32.768kHz を大幅に下回るものが 4 枚(32.661〜32.663kHz) ありました。差は 100Hz 以上(笑)、明らかに偽物です。まあ、正規ルートでこの IC を購入すると、1 IC あたり 2000yen 前後(時価)するので、フェイクであることはわかっていたのですが。　電池を入れて放置すること数日。何故か 2100年になっているもの、ランダムにリセットされるもの、温度のズレが10度以上あるもの、3 日で 2 秒遅れるもの、とバラエティに富んでいます。残り 1 枚は 32.765Hz で時刻のズレは数日ではわからないものでした。これは中古かもしれません(刻印が他のものと違う)。5 枚中 3 枚は使用できないので、DS3231S#(SNより使用温度範囲が狭い)正規品を発注し、IC 取り外しの刑に処しました。

発注の翌日には IC が届いたので、早速取り付けて

分解能１Hz 誤差 1ppm の精度で周波数測定できるかもしれない、というカウンターで確認

これが普通の DS3231S# です。DS3231 のデータシートにありますが、32.768kHz が出力されるのです。MIN も MAX もありません、判で押したように 32.768ｋHzなのです。これが狂っているものは、偽物か DS3231M かまたは壊れかけの中古品です(個人的見解)。

正規 IC は chip1stop(チップワンストップ)様にて 6 ピース購入いたしました。破格のお値段と迅速なるご発送ありがとうございました。

結局 RTC モジュール 1 台あたりの合計金額は 229(基板) + 959(IC) ＝ 1,188yen となりました。ちなみに筆者のラズパイ用 RTC (seeed studio製 DS3231SN 搭載) は、購入当時(2021年) 1,299yen でした。2024年現在、これ 2,244yen に跳ね上がってます。某王手通販サイトでは 3,980yen おそるべし。

3.LCD 2004 モジュール　(I2C) 708yen

LCDもI2C接続のものを選びました。20文字×4行の表示領域を持つものです。専用のモジュールが裏側にはんだ付けされています。バックライトが眩しすぎましたので、ショートピンを外して、5.6kΩ の抵抗を取り付けました。

スケッチ

とにかく、後のことを考えると delay() の使用は NG ですので、色々考えた結果、millis() で1秒を計測後、経過時間をゼロに初期化する方法にしました。これで疑似的なマルチタスクが可能になりそうです(Windows 3.1 的な)。

時刻の設定は、筆者所有の raspberry pi 4 を使用します。筆者のラズパイはほぼ音楽専用機ですが、RTC (DS3231) を取り付けてあります。これの代わりに今回の"偽 DS3231SN" シールドを取り付け、以下のコマンドで現在時刻を設定しました。ntpサーバと同期しているので書き込み時の値は正確です。

$ sudo hwclock -w --local

--local を指定しない場合、UTC（世界協定時刻）が設定され、日本の場合だと9時間ずれます。

time_show.ino

   1 : // LCD Clock for DS3231SN/M
   2 : // Nano Clone (atmega328PB MiniCore board:ATmega328)
   3 : // LCD2004 I2C
   4 : // DS3231 Shield
   5 : // Jumper Wire 8
   6 : 
   7 : #include <DS3232RTC.h>
   8 : #include <LiquidCrystal_I2C.h>
   9 : LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 20, 04);    //0x27 (value of jumper selection)
  10 : DS3232RTC myRTC;
  11 : const char *week_day[] = {
  12 :   "NOP", "SUN", "MON", "TUE", "WED", "THU", "FRI", "SAT" };
  13 : tmElements_t tm;
  14 : extern volatile unsigned long timer0_millis;
  15 : unsigned long interval = 1000;
  16 : int status = 1;
  17 : 
  18 : void setup() {
  19 :   lcd.init();
  20 :   lcd.backlight();
  21 :   lcd.setCursor(0,0);
  22 :   lcd.print("RealTimeClock v1.0");
  23 :   myRTC.begin();
  24 :   //Sync your display to RTC
  25 :   int sec0, sec1 = 1024;
  26 :   while(1) {
  27 :     myRTC.read(tm);
  28 :     sec0 = int(tm.Second);
  29 :     if (sec0 - sec1 == 1) break;
  30 :     sec1 = sec0;
  31 :   }
  32 :   // set | adjust time
  33 :   // Install the Li-battery in the RTC and replace raspberry-pi4's RTC(DS3231)
  34 :   // $ sudo hwclock -w --local 
  35 :   // remove the RTC from raspberry pi immediately .
  36 :  }
  37 : 
  38 : void loop() {
  39 :   if (status == 1){
  40 :     myRTC.read(tm);
  41 :     char buff[15];
  42 :     sprintf(buff, "%d/%02d/%02d %s", tm.Year + 1970,
  43 :       tm.Month, tm.Day, week_day[tm.Wday]); 
  44 :     lcd.setCursor(0, 1);
  45 :     lcd.print(buff);
  46 :     sprintf(buff, "%02d:%02d:%02d", tm.Hour, tm.Minute, tm.Second);
  47 :     lcd.setCursor(0, 2);
  48 :     lcd.print(buff);
  49 :     char buff2[6];
  50 :     float temp = myRTC.temperature();
  51 :     temp = temp / 4.0;
  52 :     dtostrf(temp, 5, 2, buff2);
  53 :     sprintf(buff, "TEMP = %s \xdf\x43", buff2);
  54 :     lcd.setCursor(0, 3);
  55 :     lcd.print(buff);
  56 :     status = 0;
  57 :  }
  58 :   
  59 :   unsigned long tMillis = millis();
  60 :     
  61 :   if (tMillis >= interval) {
  62 :     status = 1;
  63 :     noInterrupts ();
  64 :     timer0_millis = 0;
  65 :     interrupts ();
  66 :   } 
  67 : }

avrdude: 8608 bytes of flash verified
この行数で約 1/4 のプログラム領域を消費してしまいました。この先タイマー時刻(ON / OFF)を入力するためのロータリーエンコーダーやボタンの入力処理、強制 ON / OFF 処理をコーディングするのですが、ちょっと不安になる勢いです。

25 行目からの RTC と LCD の同期ですが、特に重要ではありません。しかし、これがないと、どんなに高精度の RTC を使用したとしても、最大 1 秒の表示ズレを起動時に発生させます。筆者的には、なんだか負けたような気がして、許容できません。とはいえ、LCD の表示更新スピードが遅いので、必ず起動時のタイムラグが生じます。millis() も正確な 1 秒を刻めませんし、世の中にはどうしようもないことがありますね。

動作確認

消費電流 16ｍA (USB 電圧 5.134 V)