【Arduino 动手做】带TM1637显示屏的多功能厨房定时器

Arduino是一个开放源码的电子原型平台，它可以让你用简单的硬件和软件来创建各种互动的项目。Arduino的核心是一个微控制器板，它可以通过一系列的引脚来连接各种传感器、执行器、显示器等外部设备。Arduino的编程是基于C/C++语言的，你可以使用Arduino IDE（集成开发环境）来编写、编译和上传代码到Arduino板上。Arduino还有一个丰富的库和社区，你可以利用它们来扩展Arduino的功能和学习Arduino的知识。

Arduino的特点是：
1、开放源码：Arduino的硬件和软件都是开放源码的，你可以自由地修改、复制和分享它们。
2、易用：Arduino的硬件和软件都是为初学者和非专业人士设计的，你可以轻松地上手和使用它们。
3、便宜：Arduino的硬件和软件都是非常经济的，你可以用很低的成本来实现你的想法。
4、多样：Arduino有多种型号和版本，你可以根据你的需要和喜好来选择合适的Arduino板。
5、创新：Arduino可以让你用电子的方式来表达你的创意和想象，你可以用Arduino来制作各种有趣和有用的项目，如机器人、智能家居、艺术装置等。

该 Arduino 项目提供了一个用户友好、高度可定制的厨房计时器，具有所有基本功能。

## 步骤1：描述

厨房计时器是一种简单、用户友好的设备，可以倒计时设定的时间，并在烹饪或烘焙任务完成时通过声音或视觉信号提醒用户。

大多数商用厨房计时器的设置和操作都相对复杂，因为人们更加关注许多不必要的选项和功能，而忽略了操作的简单性，而这对于具有此用途的计时器来说是一个基本特征。

在这个项目中，我将向您展示一种非常简单的方法来制作厨房计时器，它操作极其简单，但几乎具有现代商用计时器的所有功能。

## 第 2 步：零件

要制造该设备，您只需要几个组件：

- Arduino Nano微控制器板

- TM1637 - 4 位，7 段显示

-10K电位器

- 三个按钮

- 和蜂鸣器

## 步骤3：功能和能力

首先，我将解释如何操作该设备及其功能和性能。为了简单起见，时间设置使用一个简单的电位器，分为三个范围：0 至 60 分钟、0 至 30 分钟和 0 至 10 分钟。绿色按钮启动倒计时，黄色按钮可随时重置设备，红色按钮可选择所需的范围。

当设备打开时，屏幕上会出现时间，该时间由电位器的位置决定。

开机默认范围为 60 分钟。现在，使用电位器简单快速地设置所需时间，例如 7 分钟，然后按下启动按钮。计时器开始倒计时，显示屏中间的两个点开始闪烁。如果在此过程中的任何时候按下重置按钮，时间将恢复到原始设置状态。蜂鸣器会发出间歇性提示音，显示屏上的数字（在本例中为四个零）也会交替闪烁，表示设置时间已结束。这种情况会持续到我们按下重置按钮，之后设备即可再次运行。我们还来了解一下 RANGE 按钮的功能。

按下按钮后，屏幕上会显示设定范围两秒钟，然后显示该范围内的定时器值。使用此选项，我们可以更精确、更轻松地设置更短的时间间隔。正如您在说明中所见，此定时器的设置精度目前为 30 秒，因为对于厨房定时器来说，这已经足够了。

## 步骤4：代码说明

但是，根据需要，它可以是 10 秒、5 秒甚至 1 秒，并在代码中设置：

#define QUANTIZE_INTERVAL 30 //（1 到 60 秒）

至于代码，我试图使其尽可能灵活且易于修改，因此只需进行最少的更改，我们就可以创建一个自定义计时器来满足我们自己的要求。

简而言之，正如您所见，所有定时器参数都可以更改。例如，前面提到的 QUANTIZE_INTERVAL、POT_SMOOTHING、POT_READ_DELAY、报警频率以及开启/关闭时间、定时器范围的数量和持续时间，甚至显示屏的亮度。

## 步骤5：结论、原理图和代码

最后是简短的总结。总而言之，这个 Arduino 项目提供了一个用户友好、高度可定制的厨房定时器，具备所有必备功能，证明了有效的计时并不需要不必要的复杂性。

项目代码

//-----------------------------------------------------
// Kitchen Timer with TM1637 Display
// by: mircemk
// License: GNU GPl 3.0
// Created: April 2025
//-----------------------------------------------------


#include <TM1637Display.h>

// Pin definitions
#define CLK 2
#define DIO 3
#define POT_PIN A0
#define START_BUTTON 4
#define RESET_BUTTON 5
#define BUZZER_PIN 6
#define RANGE_BUTTON 7

// Constants
#define QUANTIZE_INTERVAL 30    
#define POT_SMOOTHING 30        
#define POT_READ_DELAY 50       
#define ALARM_FREQ 500          
#define ALARM_ON_TIME 200       
#define ALARM_OFF_TIME 200      
#define COLON_ON_TIME 500      
#define COLON_OFF_TIME 500     
#define RANGE_DISPLAY_TIME 1000 
#define BUTTON_DEBOUNCE_TIME 300

// Timer ranges in seconds
const int TIMER_RANGES[] = {600, 1800, 3600};  // 10min, 30min, 60min
const int NUM_RANGES = 3;

// Display instance
TM1637Display display(CLK, DIO);

// Variables
unsigned long previousMillis = 0;
const long interval = 1000;     
bool timerRunning = false;
int remainingTime = 0;          
bool colonState = true;         
unsigned long lastBuzzTime = 0;
unsigned long lastColonToggle = 0;  
bool alarmOn = false;
bool displayOn = true;          
int lastDisplayedTime = -1;     
unsigned long lastPotRead = 0;
unsigned long lastDisplayFlash = 0;
int currentRangeIndex = 2;      // Start with 60min range (index 2)
unsigned long rangeDisplayStartTime = 0;
bool showingRange = false;      
unsigned long lastRangeButtonPress = 0;

// State enumeration
enum TimerState {
  IDLE,
  SHOWING_RANGE,
  RUNNING,
  ALARMING
};

TimerState currentState = IDLE;

void setup() {
  pinMode(START_BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(RESET_BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(RANGE_BUTTON, INPUT_PULLUP);
  pinMode(BUZZER_PIN, OUTPUT);

  display.setBrightness(0x0a);
  updateDisplay(quantizeTime(readSmoothedPot()));
}

void loop() {
  unsigned long currentMillis = millis();
  
  switch(currentState) {
    case SHOWING_RANGE:
      // Stay in range display mode until time elapsed
      if (currentMillis - rangeDisplayStartTime >= RANGE_DISPLAY_TIME) {
        currentState = IDLE;
        lastDisplayedTime = -1;  // Force pot reading update
      } else {
        // Keep showing range
        displayRange(TIMER_RANGES[currentRangeIndex]);
        return;  // Skip all other processing while showing range
      }
      break;
      
    case IDLE:
      // Handle range button
      if (digitalRead(RANGE_BUTTON) == LOW) {
        if (currentMillis - lastRangeButtonPress >= BUTTON_DEBOUNCE_TIME) {
          currentRangeIndex = (currentRangeIndex + 1) % NUM_RANGES;
          rangeDisplayStartTime = currentMillis;
          lastRangeButtonPress = currentMillis;
          currentState = SHOWING_RANGE;
          displayRange(TIMER_RANGES[currentRangeIndex]);
          return;  // Exit loop immediately after changing to range display
        }
      }
      
      // Handle potentiometer input
      if (currentMillis - lastPotRead > POT_READ_DELAY) {
        lastPotRead = currentMillis;
        int potTime = quantizeTime(readSmoothedPot());
        if (potTime != lastDisplayedTime) {
          colonState = true;
          updateDisplay(potTime);
          lastDisplayedTime = potTime;
        }
      }
      
      // Handle start button
      if (digitalRead(START_BUTTON) == LOW) {
        delay(50);
        if (digitalRead(START_BUTTON) == LOW) {
          remainingTime = quantizeTime(readSmoothedPot());
          currentState = RUNNING;
          previousMillis = currentMillis;
          lastDisplayedTime = -1;
          colonState = true;
          lastColonToggle = currentMillis;
        }
      }
      break;
      
    case RUNNING:
      // Handle colon blinking
      if (colonState && (currentMillis - lastColonToggle >= COLON_ON_TIME)) {
        colonState = false;
        lastColonToggle = currentMillis;
        updateDisplay(remainingTime);
      }
      else if (!colonState && (currentMillis - lastColonToggle >= COLON_OFF_TIME)) {
        colonState = true;
        lastColonToggle = currentMillis;
        updateDisplay(remainingTime);
      }
      
      // Update timer
      if (currentMillis - previousMillis >= interval) {
        previousMillis = currentMillis;
        if (remainingTime > 0) {
          remainingTime--;
          updateDisplay(remainingTime);
        }
        if (remainingTime == 0) {
          currentState = ALARMING;
        }
      }
      
      // Check reset button
      if (digitalRead(RESET_BUTTON) == LOW) {
        delay(50);
        if (digitalRead(RESET_BUTTON) == LOW) {
          resetTimer();
        }
      }
      break;
      
    case ALARMING:
      handleAlarm();
      if (digitalRead(RESET_BUTTON) == LOW) {
        delay(50);
        if (digitalRead(RESET_BUTTON) == LOW) {
          resetTimer();
        }
      }
      break;
  }
}

void displayRange(int rangeInSeconds) {
  int minutes = rangeInSeconds / 60;
  uint8_t segments[4];
  
  segments[0] = display.encodeDigit(minutes / 10);
  segments[1] = display.encodeDigit(minutes % 10) | 0x80;  // Force colon on
  segments[2] = display.encodeDigit(0);
  segments[3] = display.encodeDigit(0);
  
  display.setSegments(segments);
}

int readSmoothedPot() {
  long total = 0;
  for (int i = 0; i < POT_SMOOTHING; i++) {
    total += analogRead(POT_PIN);
    delay(1);
  }
  int average = total / POT_SMOOTHING;
  return map(average, 0, 1023, 0, TIMER_RANGES[currentRangeIndex]);
}

int quantizeTime(int seconds) {
  int quantized = (seconds / QUANTIZE_INTERVAL) * QUANTIZE_INTERVAL;
  return constrain(quantized, 0, TIMER_RANGES[currentRangeIndex]);
}

void updateDisplay(int timeInSeconds) {
  if (currentState == ALARMING && !displayOn) {
    display.clear();
    return;
  }

  int minutes = timeInSeconds / 60;
  int seconds = timeInSeconds % 60;

  uint8_t segments[4];
  
  segments[0] = display.encodeDigit(minutes / 10);
  segments[1] = display.encodeDigit(minutes % 10);
  segments[2] = display.encodeDigit(seconds / 10);
  segments[3] = display.encodeDigit(seconds % 10);
  
  if (colonState) {
    segments[1] |= 0x80;
  }

  display.setSegments(segments);
  lastDisplayedTime = timeInSeconds;
}

void handleAlarm() {
  unsigned long currentMillis = millis();
  
  // Handle display flashing
  if (currentMillis - lastDisplayFlash >= 500) {
    lastDisplayFlash = currentMillis;
    displayOn = !displayOn;
    updateDisplay(0);
  }

  // Handle intermittent alarm sound
  if (currentMillis - lastBuzzTime >= (alarmOn ? ALARM_ON_TIME : ALARM_OFF_TIME)) {
    lastBuzzTime = currentMillis;
    alarmOn = !alarmOn;
    
    if (alarmOn) {
      tone(BUZZER_PIN, ALARM_FREQ);
    } else {
      noTone(BUZZER_PIN);
    }
  }
}

void resetTimer() {
  currentState = IDLE;
  timerRunning = false;
  noTone(BUZZER_PIN);
  alarmOn = false;
  displayOn = true;
  colonState = true;
  lastDisplayedTime = -1;
  updateDisplay(quantizeTime(readSmoothedPot()));
}
复制代码

附录
【Arduino 动手做】带TM1637显示屏的多功能厨房定时器
项目链接：https://www.hackster.io/mircemk/ ... 1637-display-2ea539
项目作者：马其顿  米尔塞姆克

视频教程（9分钟）：https://www.youtube.com/watch?v=Ml7XeU9oe6c
项目代码：https://content.instructables.co ... FC8SENLMAXYF50W.ino