Precisie luchtdrukmeter: Arduino UNO & Nano barometer met dubbele wijzers

Onderdelen en benodigdheden

• Arduino Nano R3
• Arduino UNO (Atmega328 op veroboard)

Over dit project

Deze barometer gebruikt een Arduino UNO en Nano om de luchtdruk weer te geven op een 12-inch (300 mm) analoog display met drie stappenmotoren.

• Er zijn twee wijzerontwerpen beschikbaar: modern en klassiek.
• Hoofdwijzer toont luchtdruk in hPa (hectopascal), bijgewerkt elke 10 minuten.
• Twee secundaire wijzers: één voor de drukverandering over de afgelopen 6 uur, één voor de afgelopen 3 uur.
• De 3-urige wijzer heeft een verhoogde resolutie van 0,5 hPa (voor weersvoorspelling).
• LED's tonen wanneer het uitgebreide bereik actief is op alle drie de displays en geven de weersvoorspelling aan op basis van de 3-urige wijzer.
• In de behuizing tonen twee 20×4 LCD-schermen informatie van beide microcontrollers.
• Hoofddisplay en 6-urige display worden gestuurd door een RTC (Real Time Clock), die ook een 1-uurs puls geeft voor de 3-urige display.

Stap 1: Vergelijking met een conventionele analoog barometer

Meeste analoog barometers tonen alleen de huidige druk als weersvoorspelling. Je moet handmatig een tweede wijzer zetten en de tijd noteren om verandering te zien. Mijn barometer meet continu de verandering over 3 en 6 uur en toont dit op aparte wijzers.

Stap 2: Demo – een storm voorspellen

Deze time-lapse toont hoe de wijzers en voorspellings-LED's reageren op een nadende storm.

Stap 3: Uitgebreide bereik-wijzers

Alle drie de wijzers hebben een uitgebreid bereik. Bij extreme weersomstandigheden schakelen ze over. LED's indiceren welk bereik actief is: rood voor +5 hPa en groen voor -5 hPa. Als de waarde verder gaat dan ±9, branden beide LED's.

Stap 4: LCD-informatiedisplays

Twee 20×4 LCD's tonen gedetailleerde informatie: 3-urige metingen en voorspelling, plus hoofdbarometer en 6-urige metingen.

Stap 5: Het weer voorspellen

De voorspelling gebruikt 8 LED's, gebaseerd op huidige luchtdruk en verandering over 3 uur. De logica volgt standaard meteorologische regels:

• < 1009 hPa: Stijgend/constant = opklarend/koeler; Langzaam dalend = regen; Snel dalend = storm.
• 1009–1022 hPa: Stijgend/constant = onveranderd; Langzaam dalend = weinig verandering; Snel dalend = regen/sneeuw.
• > 1022 hPa: Stijgend/constant = droog; Langzaam dalend = mooi weer; Snel dalend = verandering.

De specifieke LED-combinaties worden in de code geïmplementeerd (zie codesection).

Stap 6: Opstartprocedure

Bij eerste inschakeling wordt een LED-test uitgevoerd, waarna de wijzers naar hun kalibratiepositie gaan.

Stap 7-10: Initiële instellingen (RTC, 6-urige wijzer, hoofdwijzer, 3-urige wijzer)

De instellingen gebeuren via schakelaars en knoppen op de veroboard. De RTC (DS3231) wordt ingesteld op UTC. De 6-urige en 3-urige wijzers moeten handmatig gecalibreerd worden naar bekende referentiewaarden (bijv. van een lokaal weerstation). De code bevat arrays voor de afgelopen 8 respectievelijk 5 uur die je kunt voorladen.

Stap 11: Modules en componenten

• Microcontrollers: Atmega328 (UNO) en Arduino Nano.
• Voeding: AMS1117 3.3V regelaar voor BMP180; LM2596 buck converter 12V→5V.
• BMP180 barometrische druksensor (2×): I2C-interface, 3.3V voeding vereist.
• RTC DS3231 AT24C32: I2C real-time klok met batterij (R5 verwijderd voor niet-oplaadbare batterij).
• Stappenmotoren (3× NEMA 17, 1.8°): 1.8° staphoek deelt precies in 360° (200 stappen). Geen 28BYJ-48 gebruiken.
• LCD 20×4 (2×): Eén voor barometer/klok/6u, één voor 3u/voorspelling.
• A4988 stappenmotordrivers (3×): Ingesteld op 1/16 microstepping. Belangrijk: stroombegrenzing correct instellen via Vref-potentiometer. Gebruik een grote elektrolytcondensator (≥47 µF) op VMOT tegen spanningspieken.

Stap 12: A4988 stappenmotordriver details

De driver vereist logische voeding (3–5.5V op VDD/GND) en motorvoeding (8–35V op VMOT/GND). Let op: nooit motor aansluiten/loskoppelen tijdens stroom. Stel stroombegrenzing in via Vref voordat je de motor aansluit.

Stap 13-24: Constructie (prototyping, RTC-modificatie, montage, LED-fixatie, behuizing klassiek/modern, wijzers, schema, veroboard)

De bouw wordt stap voor stap beschreven met veel foto's:

• Prototyping op hardboard met papieren dials.
• RTC-modificatie: verwijder weerstand R5 voor niet-oplaadbare batterij.
• Modules op houten blokken lijmen op het dial (modern) of in achterdoos (klassiek).
• 3mm LED's met uniformte diepte via een jig.
• Klassieke behuizing: 12-inch klokkenkast van eBay (eiken, hinged dial).
• Moderne behuizing: twee identieke lijsten achterelkaar (30×30 cm), scharnierend voor toegang.
• Dial van 1,5 mm aluminium, geboord met papier template, geprimeerd en gelakt.
• Water-slide decals voor schaalmarkeringen.
• Wijzers: zelfgemaakt uit donor-wijzers, bevestigd met Blu Tack.
• Schema's en veroboard-layouts inclusief LED-veroboard voor loskoppelbare dial.

Stap 25: Schema

Gebruik een geregelde 12V/1A plug-adapter. LCD-backlights zijn optioneel uitschakelbaar.

Stap 26: Veroboard layout

Hoofdveroboard met modules, aparte LED-veroboard met Dupont-connectors voor serviceerbaarheid.

Stap 27: Code

De code is verdeeld in twee bestanden (één voor hoofdbarometer + 6u, één voor 3u + voorspelling). Beide gebruiken de SFE_BMP180, AccelStepper en LiquidCrystal_I2C bibliotheken. De code is uitgebreid en bevat kalibratie-, instel- en weersvoorspellingslogica. Download de volledige .ino-bestanden via de projectpagina.

Stap 28: Time-lapse video

Een 4K time-lapse video toont de barometer naast een regenradar, met zichtbare voorspelling van regen en storm.

Code-bestanden

• BarometerA4988_23.ino – Hoofdbarometer en 6-urige display
• BarometerA4988_3hour__21.ino – 3-urige display en weersvoorspelling

Opmerking: De code is te lang voor volledige weergave hier. Download de volledige bestanden via de projectpagina.

Schema