Baromètre de Précision Double Cadran : Arduino UNO & Nano avec Aiguilles Pas à Pas

Composants et fournitures

Composant	Quantité	Notes
Arduino Nano R3	1	Gère l'affichage 3h + prévisions météo
Arduino UNO (ATmega328 sur veroboard)	1	Gère baromètre principal + affichage 6h + RTC

À propos du projet

Ce baromètre de précision affiche la pression atmosphérique sur un grand cadran analogique de 12" (300 mm) entraîné par trois moteurs pas à pas NEMA 17. Deux designs de cadran sont proposés : moderne (carré) et classique (rond, style horloge anglaise).

Fonctionnalités

• Cadran principal (grand) : Pression absolue en hPa, mise à jour toutes les 10 minutes.
• Cadran secondaire 6h : Variation de pression sur 6 heures glissantes.
• Cadran secondaire 3h : Variation sur 3 heures, résolution 0,5 hPa (utilisée pour la prévision météo).
• LEDs d'étendue étendue : Indiquent quand l'aiguille dépasse l'échelle normale (±5 hPa pour les cadrans 3h/6h, ±9 hPa pour le principal).
• LEDs de prévision météo (8) : Basées sur la pression actuelle + tendance 3h (logique détaillée ci-dessous).
• Deux écrans LCD 20×4 : Informations détaillées (valeurs numériques, horodatage, diagnostics).
• Horloge temps réel (DS3231) : Pilotage des mises à jour horaires, heure UTC.

Comparaison avec un baromètre analogique classique

Un baromètre classique ne donne qu'une indication qualitative (variable, pluie, beau temps) et nécessite un réglage manuel du pointeur de référence. Ce baromètre numérique :

• Mesure en continu la variation sur 3h et 6h.
• Affiche quantitativement ces variations sur deux cadrans dédiés.
• Calcule automatiquement la prévision météo selon des règles météorologiques éprouvées.

Cadran à échelle étendue

Les trois cadrans disposent d'une échelle étendue (±9 hPa au-delà de l'échelle principale). LEDs indicatrices :

• LED Rouge : lecture > +5 (échelle rouge)
• LED Verte : lecture < -5 (échelle verte)
• Les deux allumées : lecture hors échelle étendue (> +9 ou < -9). La valeur réelle = indication cadran ± 10.

Record réel : En janvier 2020, une pression de 1050 hPa (record UK) a fait basculer le cadran principal en échelle étendue (LED rouge allumée).

Écrans LCD d'information

• LCD 1 (UNO) : Pression actuelle, variation 6h, heure UTC, statut RTC.
• LCD 2 (Nano) : Pression actuelle, variation 3h, prévision météo textuelle.

Logique de prévision météo (8 LEDs)

Basée sur les règles classiques d'interprétation barométrique (source : services météorologiques) :

Pression (hPa)	Tendance 3h	Prévision	LEDs
< 1009	Croissante ou stable (≥ 0)	Amélioration, temps plus frais	Changement + Amélioration
< 1009	Baissante lente (-1,5 à 0)	Pluie	Pluie + Menace
< 1009	Baissante rapide (< -1,5)	Tempête	Tempête + Menace
1009 – 1022	Stable (-1,5 à +1,5)	Peu de changement	Beau temps + Pas de changement
1009 – 1022	Croissante rapide (> +1,5)	Amélioration	Amélioration + Beau temps
1009 – 1022	Baissante rapide (< -1,5)	Pluie/Neige	Pluie + Menace
> 1022	Croissante ou stable (≥ 0)	Sec, beau temps	Sec + Beau temps
> 1022	Baissante lente (-1,5 à 0)	Beau temps	Beau temps + Pas de changement
> 1022	Baissante rapide (< -1,5)	Changement imminent	Changement + Menace

Séquence de démarrage et calibration

1. Test LED au power-on (toutes les LEDs s'allument séquentiellement).
2. Positionnement initial des trois aiguilles sur leur zéro mécanique.
3. Réglage RTC (DS3231) : Via commutateurs sur veroboard (avance/retard heure/minute, synchronisation 30s).
4. Calibrage aiguille 6h : Recadrage pas à pas sur le chiffre exact, puis positionnement sur la valeur mémorisée (relevé au démarrage).
5. Calibrage aiguille principale : Même procédure, cible = pression au niveau de la mer arrondie (affichée sur LCD).
6. Calibrage aiguille 3h : Via 4 boutons dédiés (pas fin ±0,5 hPa, pas gros ±1 hPa). Cible = valeur "D" sur LCD 3h.

Note : Les affichages 3h et 6h nécessitent 4h et 8h respectivement pour devenir pleinement précis (constitution de l'historique). Il est possible de pré-charger l'historique dans le code pour une mise en service immédiate.

Modules et composants clés

Module	Qté	Détails
Capteur pression BMP180 (I2C)	2	Un par Arduino, alimenté en 3,3V (AMS1117)
Horloge temps réel DS3231 (I2C)	1	Sur carte UNO, pile CR2032 (modification R5 retirée pour pile non rechargeable)
Moteurs pas à pas NEMA 17 (1,8°, 1A, 13 N.cm)	3	Angle 1,8° = 200 pas/révolution, compatible micro-pas 1/16
Drivers A4988	3	Configurés en 1/16 micro-pas (3200 micro-pas/révolution)
Écrans LCD 20×4 I2C	2	Adresse 0x27, rétroéclairage commutable
Convertisseur DC-DC LM2596 (12V → 5V)	1	Alimentation globale (~65 mA + pics moteurs)
Régulateur 3,3V AMS1117	1	Pour les deux BMP180

Construction mécanique

Cadran (aluminium 1,5 mm)

1. Imprimer le gabarit CAO (A3) avec repères de perçage (LEDs 3 mm, axes moteurs).
2. Fixer sur tôle, centrer-pouindre, percer (3 mm LEDs, 5-6 mm axes moteurs).
3. Ébarber, apprêter, peindre (blanc antique + vernis mat).
4. Appliquer décalcomanie waterslide (imprimante jet d'encre, papier transparent, vernis acrylique).
5. Percer la décalcomanie aux emplacements des trous.

Aiguilles

Fabriquées sur mesure à partir de donneurs (aiguilles de quartz). Fixation sur axes moteurs par Blu Tack (amovible, tient bien).

Boîtiers

• Style classique : Boîtier d'horloge anglaise 12" (ebay "case only"), chêne, biseau à charnière.
• Style moderne : Deux cadres photo 30×30 cm dos à dos (double profondeur), charnières GTV 270° pour accès maintenance, verrouillage par goupille filetée.

Électronique : Veroboard et câblage

• Veroboard principal : ATmega328, RTC, 2× A4988, connectique LCD, boutons réglage, potentiomètre sélection fonction.
• Veroboard secondaire (Nano) : Nano, A4988, 8 LEDs prévision, 2 LEDs échelle étendue, boutons calibrage 3h.
• Veroboard LEDs cadran : Raccordement des 12 LEDs du cadran (connecteur Dupont pour dépose facile).
• Condensateur électrolytique 47 µF minimum sur VMOT de chaque A4988 (protection contre pics LC).
• Courant moteur limité via Vref sur chaque A4988 (voir datasheet / tutoriels vidéo).

Code source (deux fichiers)

1. BarometerA4988_23.ino (UNO) : Baromètre principal + cadran 6h + RTC + LCD 1.

2. BarometerA4988_3hour__21.ino (Nano) : Cadran 3h + prévision météo 8 LEDs + LCD 2.

Les codes utilisent la bibliothèque AccelStepper pour le pilotage fluide des moteurs en micro-pas, SFE_BMP180 pour les capteurs, LiquidCrystal_I2C pour les LCD. La synchronisation inter-Arduino se fait par une impulsion horaire (broche 13 UNO → broche 3 Nano) envoyée à H+1min.

Schéma électrique

Vidéo time-lapse 4K

Une vidéo 4K montre le baromètre en fonctionnement réel, couplé à un radar pluie, démontrant la prédiction de pluie et d'orages.

Projet avancé mêlant mécanique de précision, électronique embarquée et algorithmique météo — un bel objet scientifique décoratif et fonctionnel.