Construa um Relógio Retrô Numitron com Arduino: Simples, Confiável e Eficiente
Componentes e Materiais
| Arduino Nano R3 | ×1 |
| Maxim Integrated DS3231M — ±5 ppm, RTC I²C | ×1 |
| Registrador de Deslocamento TPIC6C595 (Driver Alta Corrente) | ×4 |
| Tubo Numitron IV9 (display 4 dígitos) | ×4 |
| LED Genérico (indicador de segundos) | ×2 |
| Capacitor 100 nF (Desacoplamento) | ×4 |
| 1N4007 — Diodo Alta Tensão, Alta Corrente | ×2 |
| Chave Deslizante (Potência / Intensidade Display) | ×1 |
| Resistor 1 kΩ (Limitação de Corrente) | ×1 |
Ferramentas e Máquinas Necessárias
- Ferro de Solda (genérico)
- Fio de Solda, Livre de Chumbo
Aplicativos e Serviços Online
- Arduino IDE (Ambiente de Desenvolvimento Integrado)
Sobre Este Projeto
Este guia orienta na construção de um elegante relógio de tubos Numitron alimentado por Arduino Nano, módulo RTC DS3231 e registradores de deslocamento TPIC6C595. O resultado é um display de baixa dissipação térmica, confiável, que mostra hora, data, ano e temperatura ambiente a cada 30 segundos.
O conceito original veio de este repositório GitHub. Na minha primeira montagem, encontrei vários problemas: os registradores 74HC595 superaqueciam porque o consumo total de corrente excedia sua classificação de 70 mA, e o programa usava delays bloqueantes que faziam o relógio ler o RTC apenas uma vez por minuto.
Ao trocar para os drivers de alta corrente TPIC6C595 e refatorar o firmware para usar temporização não-bloqueante com millis(), o relógio agora atualiza em tempo real, mantém os tubos Numitron frios, e até oferece modo de economia de energia que ilumina o display fracamente.
Destaques principais:
- Apenas quatro tubos Numitron IV9 e quatro drivers TPIC6C595 são necessários.
- O DS3231 fornece cronometragem precisa e sensor de temperatura, eliminando necessidade de termômetro externo.
- Uma chave deslizante alterna o indicador de segundos por LED e permite ajustar brilho do display.
- Todos os componentes são baratos e facilmente disponíveis, tornando este um ótimo projeto DIY para entusiastas.
Após montar o circuito e carregar o código, simplesmente monte o relógio em um gabinete decorativo. Será um iniciador de conversas em qualquer oficina ou vitrine.
Código
Código Arduino (C/C++)
#include <RTClib.h> // RTC com temperatura para DS3231
RTC_DS3231 rtc; // instanciar DS3231
#include <Wire.h> // fiação I2C
#include <TimeLib.h> // funções de tempo
#include <Time.h> // biblioteca time
#include <DS1307RTC.h> // suporte RTC adicional
#include <SPI.h>
#define led 7
const int latchPin = 13; // pino latch para TPIC6C595
const int clockPin = 10; // pino clock
const int dataPin = 11; // pino data
unsigned long previousMillis = 0; // última atualização do display
unsigned long previousMillisDiode = 0; // último toggle do LED
const long interval = 30000; // intervalo de refresh do display (30 s)
const long intervalDiode = 500; // intervalo de blink do LED
const int nums[12] = {
0b10111110, // 0
0b00000110, // 1
0b01111010, // 2
0b01101110, // 3
0b11000110, // 4
0b11101100, // 5
0b11111100, // 6
0b00001110, // 7
0b11111110, // 8
0b11101110, // 9
0b11001010, // indicador °C
0b10111000 // ponto decimal °C
};
// Variáveis para armazenar dígitos parseados de hora e temperatura
int hour1, hour2, minute1, minute2, day1, day2, month1, month2, year1, year2, year3, year4, temp1, temp2;
int hourDecimal, minuteDecimal, dayDecimal, monthDecimal, year70, tempDecimal;
void setup() {
pinMode(led, OUTPUT);
pinMode(latchPin, OUTPUT);
pinMode(clockPin, OUTPUT);
pinMode(dataPin, OUTPUT);
Serial.begin(9600);
SPI.begin();
digitalWrite(clockPin, LOW); // garante clock começando baixo
}
void loop() {
tmElements_t tm; // estrutura da biblioteca DS1307RTC
RTC.read(tm); // lê hora atual e temperatura
// Parse dígitos
hourDecimal = tm.Hour / 10;
hour1 = hourDecimal;
hour2 = tm.Hour - 10 * hourDecimal;
minuteDecimal = tm.Minute / 10;
minute1 = minuteDecimal;
minute2 = tm.Minute - 10 * minuteDecimal;
dayDecimal = tm.Day / 10;
day1 = dayDecimal;
day2 = tm.Day - 10 * dayDecimal;
monthDecimal = tm.Month / 10;
month1 = monthDecimal;
month2 = tm.Month - 10 * monthDecimal;
year70 = tm.Year - 30;
year1 = 2;
year2 = 0;
year3 = year70 / 10;
year4 = year70 - 10 * year3;
tempDecimal = rtc.getTemperature() / 10;
temp1 = tempDecimal;
temp2 = rtc.getTemperature() - 10 * tempDecimal;
// Toggle LED segundos
if (millis() - previousMillisDiode >= intervalDiode) {
previousMillisDiode = millis();
digitalWrite(led, !digitalRead(led));
}
// Refresh display a cada 30 s
if (millis() - previousMillis >= interval) {
previousMillis = millis();
// Limpa display (efeito breathing)
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(500);
// Mostra data (mês/dia)
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(nums[month2]);
SPI.transfer(nums[month1]);
SPI.transfer(nums[day2]);
SPI.transfer(nums[day1]);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(1500);
// Limpa novamente
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(500);
// Mostra ano (AA)
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(nums[year4]);
SPI.transfer(nums[year3]);
SPI.transfer(nums[year2]);
SPI.transfer(nums[year1]);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(1500);
// Limpa novamente
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(500);
// Mostra temperatura (°C)
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(0b10111000); // ponto decimal
SPI.transfer(0b11001010); // símbolo °C
SPI.transfer(nums[temp2]);
SPI.transfer(nums[temp1]);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(1500);
// Limpeza final
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
SPI.transfer(0b00000000);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
delay(500);
} else {
// Display regular de hora (HH:MM)
digitalWrite(clockPin, LOW);
SPI.transfer(nums[minute2]);
SPI.transfer(nums[minute1]);
SPI.transfer(nums[hour2]);
SPI.transfer(nums[hour1]);
digitalWrite(clockPin, HIGH);
}
}
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