Đồng hồ để bàn có báo thức và nhiệt độ (Arduino Nano + DS3231 + LCD1602)

Nguyên lý hoạt động

DS3231 là chip đồng hồ có thạch anh bù nhiệt bên trong, sai số khoảng ±2 phút mỗi năm, có pin CR2032 nuôi nên rút điện vẫn chạy. Arduino đọc giờ từ DS3231 và gửi chữ ra LCD qua cùng 2 dây I2C (SDA ở A4, SCL ở A5) — mỗi module có địa chỉ riêng nên dùng chung được. Còi chủ động ăn khoảng 30mA, nhiều hơn mức nên lấy từ chân Arduino, nên chân D8 chỉ cấp ~4mA mở transistor S8050 để transistor đóng điện cho còi. Hai nút nhấn dùng trở kéo lên bên trong chip.

Sơ đồ đấu dây

Mỗi màu là một dây. Chấm tròn là điểm hàn. Chạm vào tên dây trong bảng để làm nổi bật.

Danh sách linh kiện

Các bước làm

1. Chuẩn bị
   Lắp pin CR2032 vào module DS3231 (mặt có chữ + quay lên). Kiểm tra LCD đã có mạch I2C 4 chân (GND, VCC, SDA, SCL) hàn phía sau.
2. Đường nguồn
   Trên board lỗ hoặc breadboard kéo đường 5V từ chân 5V của Nano và đường GND từ chân GND.
3. Nối DS3231
   VCC → 5V, GND → GND, SDA → A4, SCL → A5. Các chân 32K và SQW để trống.
4. Nối LCD
   GND → GND, VCC → 5V, SDA → A4, SCL → A5 (chung đường với DS3231). Không nối SDA/SCL vào chân khác: Nano chỉ có I2C ở A4/A5.
5. Hai nút nhấn
   Nút CHỈNH: một chân → D2, chân chéo → GND. Nút TĂNG: một chân → D3, chân chéo → GND.
6. Còi báo thức
   S8050 mặt phẳng có chữ hướng về bạn: chân E – B – C từ trái sang phải. E → GND. Trở 1kΩ từ D8 tới B. Còi: chân dài (+, có ký hiệu +) → 5V, chân còn lại → C của S8050.
7. Kiểm tra trước khi cắm điện
   Đo thông mạch giữa 5V và GND: không được kêu. Kiểm tra SDA/SCL không bị đảo.
8. Nạp code
   Arduino IDE 2: Library Manager cài "RTClib" (Adafruit) và "LiquidCrystal I2C" (Frank de Brabander). Mở rtc_clock.ino, chọn Board Arduino Nano, Processor ATmega328P (nếu lỗi nạp chọn Old Bootloader), Upload. Lần đầu đồng hồ tự lấy giờ của máy tính lúc biên dịch.
9. Chỉnh giờ và báo thức
   Bấm CHỈNH để lần lượt chỉnh: giờ → phút → ngày → tháng → năm → giờ báo thức → phút báo thức → bật/tắt báo thức. Bấm TĂNG để tăng (giữ để tăng nhanh). Sau mục cuối hoặc 15 giây không bấm thì tự lưu. Đang báo thức bấm nút bất kỳ để tắt.
10. Chỉnh độ tương phản LCD
    Nếu màn sáng mà không thấy chữ, vặn biến trở xanh nhỏ phía sau mạch I2C bằng tua vít tới khi chữ hiện rõ.

Code nạp cho mạch

Cài thư viện: RTClib, LiquidCrystal I2C (Arduino IDE → Library Manager). Chọn board Arduino Nano.

/*
  Mạch Gọn — Đồng hồ để bàn có báo thức và nhiệt độ
  Board : Arduino Nano
  Module: DS3231 (I2C), LCD1602 I2C (PCF8574, địa chỉ 0x27 hoặc 0x3F — tự dò)
  Chân  : A4 = SDA, A5 = SCL, D2 = nút CHỈNH, D3 = nút TĂNG, D8 -> 1k -> S8050 -> còi
  Thư viện: RTClib (Adafruit), LiquidCrystal I2C (Frank de Brabander)
*/
#include <Wire.h>
#include <EEPROM.h>
#include <RTClib.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

const uint8_t PIN_SET = 2, PIN_UP = 3, PIN_BUZZ = 8;
const unsigned long DEBOUNCE_MS = 30, REPEAT_DELAY = 600, REPEAT_RATE = 150;
const unsigned long SET_TIMEOUT = 15000, ALARM_LEN = 60000;
const int EE_MAGIC = 0, EE_AH = 1, EE_AM = 2, EE_AON = 3;

RTC_DS3231 rtc;
LiquidCrystal_I2C* lcd = nullptr;
bool rtcOk = false;

const char* DAYS[] = {"CN", "T2", "T3", "T4", "T5", "T6", "T7"};
const uint8_t DAYS_IN_MONTH[] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};

enum Mode { M_RUN, M_HOUR, M_MIN, M_DAY, M_MONTH, M_YEAR, M_AHOUR, M_AMIN, M_AON, M_COUNT };
Mode mode = M_RUN;
int eH, eM, eD, eMo, eY;            // giá trị đang chỉnh
uint8_t alarmH = 6, alarmM = 30;
bool alarmOn = false;
bool ringing = false;
unsigned long ringStart = 0, lastTouch = 0;
int lastAlarmMinute = -1;

struct Button { uint8_t pin; bool stable, last; unsigned long changed, pressedAt, lastRepeat; };
Button bSet = {PIN_SET, HIGH, HIGH, 0, 0, 0}, bUp = {PIN_UP, HIGH, HIGH, 0, 0, 0};

// 1 = vừa bấm, 2 = giữ (lặp), 0 = không
uint8_t readButton(Button& b) {
  bool r = digitalRead(b.pin);
  unsigned long now = millis();
  if (r != b.last) { b.last = r; b.changed = now; }
  if (now - b.changed >= DEBOUNCE_MS && r != b.stable) {
    b.stable = r;
    if (r == LOW) { b.pressedAt = now; b.lastRepeat = now; return 1; }
  }
  if (b.stable == LOW && now - b.pressedAt > REPEAT_DELAY && now - b.lastRepeat > REPEAT_RATE) { b.lastRepeat = now; return 2; }
  return 0;
}

uint8_t daysIn(int m, int y) {
  if (m == 2 && ((y % 4 == 0 && y % 100 != 0) || y % 400 == 0)) return 29;
  return DAYS_IN_MONTH[m - 1];
}

void loadAlarm() {
  if (EEPROM.read(EE_MAGIC) != 0xA5) return;
  alarmH = EEPROM.read(EE_AH) % 24;
  alarmM = EEPROM.read(EE_AM) % 60;
  alarmOn = EEPROM.read(EE_AON) == 1;
}
void saveAlarm() {
  EEPROM.update(EE_MAGIC, 0xA5); EEPROM.update(EE_AH, alarmH);
  EEPROM.update(EE_AM, alarmM); EEPROM.update(EE_AON, alarmOn ? 1 : 0);
}

uint8_t findLcd() {
  for (uint8_t a : (const uint8_t[]){0x27, 0x3F, 0x20, 0x38}) {
    Wire.beginTransmission(a);
    if (Wire.endTransmission() == 0) return a;
  }
  return 0x27;
}

void startEdit() {
  DateTime n = rtc.now();
  eH = n.hour(); eM = n.minute(); eD = n.day(); eMo = n.month(); eY = n.year();
}

void finishEdit() {
  if (rtcOk) rtc.adjust(DateTime(eY, eMo, eD, eH, eM, 0));
  saveAlarm();
  mode = M_RUN;
  lcd->clear();
  Serial.println(F("Da luu gio va bao thuc"));
}

void increment() {
  switch (mode) {
    case M_HOUR: eH = (eH + 1) % 24; break;
    case M_MIN: eM = (eM + 1) % 60; break;
    case M_DAY: eD = eD % daysIn(eMo, eY) + 1; break;
    case M_MONTH: eMo = eMo % 12 + 1; if (eD > daysIn(eMo, eY)) eD = daysIn(eMo, eY); break;
    case M_YEAR: eY = eY >= 2099 ? 2024 : eY + 1; if (eD > daysIn(eMo, eY)) eD = daysIn(eMo, eY); break;
    case M_AHOUR: alarmH = (alarmH + 1) % 24; break;
    case M_AMIN: alarmM = (alarmM + 1) % 60; break;
    case M_AON: alarmOn = !alarmOn; break;
    default: break;
  }
}

void drawRun(const DateTime& n) {
  char l1[17], l2[17];
  int t10 = rtcOk ? (int)(rtc.getTemperature() * 10) : 0;
  snprintf(l1, sizeof l1, "%02d:%02d:%02d %3d.%dC", n.hour(), n.minute(), n.second(), t10 / 10, abs(t10 % 10));
  snprintf(l2, sizeof l2, "%s %02d/%02d/%04d %c", DAYS[n.dayOfTheWeek()], n.day(), n.month(), n.year(), alarmOn ? '*' : ' ');
  if (ringing) snprintf(l2, sizeof l2, " ** BAO THUC ** ");
  lcd->setCursor(0, 0); lcd->print(l1);
  lcd->setCursor(0, 1); lcd->print(l2);
}

void drawEdit() {
  static const char* const TITLES[] = {"", "Chinh GIO", "Chinh PHUT", "Chinh NGAY", "Chinh THANG", "Chinh NAM",
                                       "Bao thuc: GIO", "Bao thuc: PHUT", "Bao thuc: BAT?"};
  char l1[17], l2[17];
  snprintf(l1, sizeof l1, "%-16s", TITLES[mode]);
  bool blinkOff = (millis() / 400) % 2;
  switch (mode) {
    case M_HOUR: case M_MIN: snprintf(l2, sizeof l2, "     %02d:%02d      ", eH, eM); break;
    case M_DAY: case M_MONTH: case M_YEAR: snprintf(l2, sizeof l2, "   %02d/%02d/%04d   ", eD, eMo, eY); break;
    case M_AHOUR: case M_AMIN: snprintf(l2, sizeof l2, "     %02d:%02d      ", alarmH, alarmM); break;
    default: snprintf(l2, sizeof l2, "      %s       ", alarmOn ? "BAT" : "TAT"); break;
  }
  // nháy phần đang chỉnh
  if (blinkOff) {
    int s = -1, len = 2;
    if (mode == M_HOUR || mode == M_AHOUR) s = 5;
    if (mode == M_MIN || mode == M_AMIN) s = 8;
    if (mode == M_DAY) s = 3;
    if (mode == M_MONTH) s = 6;
    if (mode == M_YEAR) { s = 9; len = 4; }
    if (mode == M_AON) { s = 6; len = 3; }
    for (int i = 0; i < len && s >= 0; i++) l2[s + i] = ' ';
  }
  lcd->setCursor(0, 0); lcd->print(l1);
  lcd->setCursor(0, 1); lcd->print(l2);
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(PIN_SET, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_UP, INPUT_PULLUP);
  pinMode(PIN_BUZZ, OUTPUT);
  digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW);
  Wire.begin();
  uint8_t addr = findLcd();
  Serial.print(F("LCD dia chi 0x")); Serial.println(addr, HEX);
  lcd = new LiquidCrystal_I2C(addr, 16, 2);
  lcd->init();
  lcd->backlight();
  rtcOk = rtc.begin();
  if (!rtcOk) {
    lcd->print(F("Loi DS3231"));
    lcd->setCursor(0, 1); lcd->print(F("Kiem tra A4/A5"));
    Serial.println(F("Khong tim thay DS3231"));
  } else if (rtc.lostPower()) {
    rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));  // lấy giờ lúc biên dịch
    Serial.println(F("DS3231 mat gio, da dat theo gio bien dich"));
  }
  loadAlarm();
}

void loop() {
  uint8_t s = readButton(bSet), u = readButton(bUp);
  unsigned long now = millis();

  if (ringing && (s || u)) { ringing = false; digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW); s = u = 0; lcd->clear(); }

  if (s == 1) {
    lastTouch = now;
    if (mode == M_RUN) { if (rtcOk) { startEdit(); mode = M_HOUR; lcd->clear(); } }
    else if (mode == M_AON) finishEdit();
    else { mode = (Mode)(mode + 1); lcd->clear(); }
  }
  if (u && mode != M_RUN) { lastTouch = now; if (!(mode == M_AON && u == 2)) increment(); }
  if (mode != M_RUN && now - lastTouch > SET_TIMEOUT) finishEdit();

  static unsigned long lastDraw = 0;
  if (now - lastDraw >= 200) {
    lastDraw = now;
    if (!rtcOk) return;
    DateTime n = rtc.now();
    if (mode == M_RUN) {
      // kiểm tra báo thức (mỗi phút chỉ kích 1 lần)
      if (alarmOn && n.hour() == alarmH && n.minute() == alarmM && n.minute() != lastAlarmMinute) {
        lastAlarmMinute = n.minute();
        ringing = true; ringStart = now;
        Serial.println(F("BAO THUC!"));
      }
      if (n.minute() != alarmM) lastAlarmMinute = -1;
      drawRun(n);
    } else drawEdit();
  }

  // còi kêu ngắt quãng 4 tiếng/giây, tự tắt sau 1 phút
  if (ringing) {
    if (now - ringStart > ALARM_LEN) { ringing = false; lcd->clear(); }
    digitalWrite(PIN_BUZZ, ringing && ((now / 125) % 2 == 0) && ((now / 1000) % 2 == 0));
  } else digitalWrite(PIN_BUZZ, LOW);
}

Đo kiểm bằng đồng hồ vạn năng

Sửa lỗi thường gặp