Monitor de Presión Atmosférica de Precisión: Arduino UNO y Nano con Doble Esfera

Componentes y materiales

• Arduino Nano R3 ×1
• Arduino UNO (ATmega328 en placa vero) ×1
• 2× Sensor BMP180 (módulo I2C)
• RTC DS3231 AT24C32 (I2C) con pila no recargable (modificación: quitar R5)
• 3× Motor paso a paso NEMA 17 (1,8°, 1 A, 13 N·cm)
• 3× Driver A4988 (microstepping 1/16) con disipadores y condensador electrolítico ≥47 µF en VMOT
• 2× LCD 20×4 I2C
• Fuente 12 V 1 A regulada + LM2596 buck converter (12 V → 5 V) + AMS1117 3,3 V (para BMP180)
• LEDs 3 mm (rangos extendidos y pronóstico) ×8
• Caja: esfera clásica 12″ (reloj de pared) o marco doble moderno 30×30 cm
• Bisagras GTV 270° con bloqueo para acceso trasero

Sobre el proyecto

Barómetro analógico de 12″ (300 mm) que muestra:

• Esfera principal: Presión absoluta en hPa (actualizada cada 10 min).
• Esfera secundaria 6 h: Cambio de presión en las últimas 6 horas.
• Esfera secundaria 3 h: Cambio en 3 h con resolución 0,5 hPa (clave para pronóstico).

Todas las esferas tienen rango extendido (±5 hPa más allá de la escala normal) indicado por LEDs rojo/verde. Si se supera el rango extendido, ambos LEDs se encienden. El pronóstico meteorológico (8 LEDs) se basa en la presión actual y su variación a 3 h según reglas clásicas de barómetro.

Dos LCD 20×4 internos muestran datos detallados de cada microcontrolador. El RTC (UTC, sin horario de verano) sincroniza las actualizaciones y genera un pulso horario para la esfera de 3 h.

Comparación con barómetro analógico convencional

Los barómetros tradicionales solo marcan "lluvia/seco" y requieren ajuste manual del indicador móvil. Este dispositivo monitoriza continuamente la tendencia a 3 h y 6 h, mostrando el pronóstico automáticamente.

Demostración: Predicción de tormenta

Animación time-lapse muestra cómo las agujas y LEDs reaccionan ante la aproximación de una borrasca.

Esferas con rango extendido

• LED verde: lectura ≤ –5 hPa (escala verde).
• LED rojo: lectura ≥ +5 hPa (escala roja).
• Ambos encendidos: fuera de rango extendido (sumar/restar 10 hPa al valor indicado).

En enero de 2020 se registró 1050 hPa (récord en sur de Inglaterra), activando el rango extendido de la esfera principal.

Pantallas LCD informativas

• LCD 3 h: Lecturas de 3 h, diferencia actual y pronóstico.
• LCD 6 h / Principal: Presión principal, lecturas de 6 h y reloj.

Lógica de pronóstico (8 LEDs)

Basada en tablas clásicas (presión >1022, 1009–1022, <1009 hPa combinada con cambio a 3 h: estable, caída lenta, caída rápida). Ejemplos:

• <1009 hPa y subiendo/estable → "Despejando" (LED Clear + Change).
• <1009 hPa y bajando rápido (<–1,5 hPa) → "Tormenta" (LED Stormy + Threat).
• 1009–1022 hPa y cambio entre ±1,5 hPa → "Sin cambio" (LED Fair + NoChange).
• >1022 hPa y bajando rápido → "Cambio" (LED Change).

Secuencia de puesta en marcha

1. Test de LEDs al encender.
2. Las agujas se posicionan para calibración manual.

Configuración inicial (controles en placa vero)

RTC

Interruptor "Select Setting Enable" → ON. Potenciómetro "Select Setting" navega por menús: RTC Hour Retard/Advance, RTC Min Retard/Advance. Botón "Change Setting" ajusta. Botón negro "Reset to 30 seconds" sincroniza segundos. Volver potenciómetro a "OFF" y desactivar interruptor.

Aguja 6 h

1. Calibrar al dígito más cercano (Inch Retard/Advance).
2. Ajustar al valor memorizado (tomado al configurar RTC) con 6Hr Baro Retard/Advance (pasos de 1 hPa).
3. Nota: la esfera 6 h necesita 8 h para llenar su histórico; se pueden precargar valores en el código (array hour0…hour7).

Aguja principal

Igual que 6 h: calibración fina (Baro Inch Retard/Advance) y ajuste a presión redondeada al nivel del mar (Barometer Retard/Advance).

Aguja 3 h (placa Nano)

Cuatro botones en placa vero: Yellow (Slow Bwd), Blue (Slow Fwd), White (3Hr Step Bwd), Green (3Hr Step Fwd). Calibrar a medio dígito y ajustar al valor "D" del LCD 3 h. Histórico de 4 h (precargable en hour0…hour4).

Módulos y componentes (detalle)

• Microcontroladores: ATmega328 (UNO) + Nano (por espacio en placa vero).
• Alimentación: LM2596 (12→5 V), AMS1117 3,3 V (BMP180). Consumo ~65 mA + picos de motores.
• BMP180: I2C, solo 3,3 V. SCL/SDA seguros en MCU 5 V.
• RTC DS3231: I2C, pila CR2032 (quitar R5 para evitar carga).
• Motores NEMA 17 1,8°: 200 pasos/vuelta = 360° exacto. No usar 28BYJ‑48 (ángulo distinto).
• A4988: Configurado a 1/16 paso (MS1/MS2/MS3). Ajuste Vref por potenciómetro según motor (ver vídeo). Condensador 47 µF en VMOT obligatorio.
• LCD 20×4 I2C: Dos unidades, backlight conmutable.

Construcción: Prototipado, modificación RTC, montaje

Prototipo en cartón duro con plantilla de taladros. Plantillas de esfera impresas en papel para probar diseños (clásico redondo / moderno cuadrado).

Modificación RTC: quitar resistencia R5 para usar pila no recargable (seguridad).

Montaje en esfera: motores pegados con cola caliente a bloques de madera atornillados a la chapa de aluminio (1,5 mm). Placas vero y LCD atornilladas a bloques encolados. Esfera reforzada con perfiles de aluminio desigual en el reverso.

Cajas

Estilo clásico (caja de reloj 12″)

Comprar "case only" en eBay (roble, bisagras, bisel de latón). Esfera de aluminio fresada, pintura blanca antique + barniz mate. Calcas waterslide (papel BIGBITE Studio) para escalas y números.

Estilo moderno (marco doble)

Dos marcos de fotos 30×30 cm espalda con espalda. Caja trasera de madera 50 mm, solapada por marcos para efecto sombra. Bisagras GTV 270° en bloque de madera anclado a pared; pasador roscado como cerradura. Esfera extraíble (2 tornillos) para mantenimiento.

Esfera: fabricación, calcas, agujas

1. Chapa Al 1,5 mm + plantilla taladros (LEDs 3 mm, ejes motores).
2. Imprimir calcas en papel waterslide transparente, barnizar, aplicar en agua, posicionar, secar, barnizar mate final.
3. Agujas: recicladas de movimientos de cuarzo; aguja principal compuesta de 3 donantes. Fijadas con Blu Tack (reversible, seguro).

Esquemáticos y placa vero

Esquema principal (3 motores, 2 BMP180, RTC, 2 LCD, 8 LEDs, A4988×3, alimentación). Placa vero con zócalos para módulos, placa secundaria para LEDs (conectores Dupont).

Código

Dos sketches (UNO + Nano) usando librerías SFE_BMP180, AccelStepper, LiquidCrystal_I2C.

• BarometerA4988_23.ino (UNO): Esfera principal + 6 h + RTC + LCD principal.
• BarometerA4988_3hour__21.ino (Nano): Esfera 3 h + pronóstico 8 LEDs + LCD secundario.

Ambos incluyen: lectura BMP180 cada 10 min, cálculo presión nivel mar, histórico circular (8 h / 4 h), control A4988 a 1/16 paso, menús de calibración por potenciómetro/pulsadores, test LEDs, lógica pronóstico, guardado en arrays.

Vídeo time-lapse

Vídeo 4K mostrando radar de lluvia y barómetro prediciendo lluvia y tormenta (detalle esferas y LEDs).

Esquemas

Esquema completo en imagen adjunta (ver sección Schematics).