高精度気圧計：Arduino UNO & Nano搭載、デュアルダイヤルで気圧変化を表示

必要な部品と用品

部品	数量	備考
Arduino Nano R3	1	3時間表示・予報担当
Arduino UNO（ATmega328 ベアチップ）	1	メイン気圧計・6時間表示担当、ベロボード実装

プロジェクト概要

Arduino UNOとNanoの2台構成で、直径12インチ（300mm）のアナログダイヤル3つをステッピングモーターで駆動し、気圧を表示します。

• メインダイヤル：現在の海面更正気圧（hPa）、10分ごと更新
• サブダイヤル1：過去6時間の気圧変化
• サブダイヤル2：過去3時間の気圧変化（0.5hPa分解能、天気予報用）

全ダイヤルに拡張レンジ機能（±5hPa以上でLED点灯）と、3時間変化に基づく天気予報LED（8色）を搭載。ケース内部に20×4 LCDを2台設置し、詳細データを表示。RTC（DS3231）で時刻管理し、1時間パルスで3時間側と同期。

ステップ1：従来のアナログ気圧計との比較

一般的なアナログ気圧計は現在気圧のみ表示し、可動針を手動で合わせて変化を読み取ります。天気予報は針の位置と記憶頼みで複雑。本機は3時間・6時間変化を自動記録・独立表示し、予報もLEDで自動判定します。

ステップ2：嵐予測のデモ

タイムラプス動画で、接近する嵐に対する針と予報LEDの反応を確認できます。

ステップ3：拡張レンジダイヤル

通常時は高分解能で表示。極端な気圧変化時は自動的に拡張レンジ（±5hPa以上）に切替、LEDで知らせます。さらに±9hPa超で両LED点灯し「レンジオーバー」を警告。実運用でメインダイヤルも拡張レンジ使用例あり（2020年1月、英国南部で1050hPa記録）。

ステップ4：LCD情報表示

• 3時間側LCD：現在値、3時間変化、天気予報詳細
• 6時間側LCD：メイン気圧、6時間変化、RTC時刻

ステップ5：天気予報ロジック

気圧（hPa）と3時間変化の組み合わせで8パターンの予報LEDを点灯：

条件	予報	点灯LED
<1009 hPa かつ 変化≥0	回復・涼しく	Clear + Change
<1009 hPa かつ -1.5≤変化<0	雨	Rain + Threat
<1009 hPa かつ 変化<-1.5	嵐	Stormy + Threat
1009-1022 hPa かつ |変化|≤1.5	変化なし・公平	Fair + No Change
1009-1022 hPa かつ 変化>1.5	回復傾向	Clear + Fair
1009-1022 hPa かつ 変化<-1.5	雨・雪	Rain + Change
>1022 hPa かつ 変化≥0	乾燥・好天継続	Dry + Fair
>1022 hPa かつ -1.5≤変化<0	好天	Fair + Dry
>1022 hPa かつ 変化<-1.5	変化の兆し	Change + Threat

ステップ6〜10：初期セットアップ手順

1. 起動時LEDテスト → 針が初期位置へ移動
2. RTC設定：UTC固定、夏時間変更なし。セレクトノブとボタンで時・分を調整
3. 6時間針設定：インチング（微調整）で目盛合わせ → RTC設定時にメモした値へ整数ステップで合わせ
4. メイン針設定：同様にインチング後、LCD表示の四捨五入海面更正気圧へ整数ステップで合わせ
5. 3時間針設定：専用ボタン（緑・白・青・黄）で0.5hPa単位調整 → LCDの「D」値へ合わせ

※ 6時間表示は8時間、3時間表示は4時間経過後に正常動作。過去データをコードに埋め込めば即時運用可能。

ステップ11：主要モジュール

• マイコン：ATmega328（UNO互換、ベロボード実装）＋ Arduino Nano
• 電源：LM2596バックコンバータ（12V→5V）、AMS1117（3.3V、BMP180用）
• 気圧センサー：BMP180 ×2（I2C、3.3V駆動必須）
• RTC：DS3231 AT24C32（I2C、リチウム電池バックアップ。充電回路抵抗R5除去で非充電電池対応）
• ステッピングモーター：NEMA 17、1.8°（200ステップ/回転）、1A、13N·cm ×3台。1/16マイクロステップ駆動
• LCD：20×4 I2C ×2台（バックライトスイッチ付きで省電力）
• ドライバー：A4988 ×3（1/16ステップ、電流制限調整必須、VMOT-GND間に47μF以上の電解コンデンサ推奨）

ステップ12：A4988ドライバー詳細

マイクロステップ設定（MS1〜3ピン）、電流制限（Vref調整）、電源保護（セラミックコンデンサのLCスパイク対策）など重要事項を解説。コードは1/16ステップ前提。

ステップ13〜24：製作プロセス

• ハードボード試作ダイヤルで配線確認
• RTCモジュール改造（充電抵抗除去）
• モジュール・基板のダイヤル直付け（木製ブロックでスペーサー兼マウント）
• 3mm LEDの均一取り付け（治具使用）
• クラシックスタイル：既製の12インチ掛け時計ケース（オーク材、ヒンジ付きダイヤルベゼル）を流用
• モダンスタイル：同サイズ額縁2つを背中合わせ、ヒンジとロックピンで壁掛けメンテナンス対応
• ダイヤル：1.5mmアルミ板にウォータースライドデカール転写、マットクリア塗装
• 針：市販クォーツ秒針を加工・組み合わせ自作、ブルータックで固定
• ベロボード配線：メイン基板、LED接続基板の2枚構成

ステップ25：回路図

メイン回路図と電源回路図を掲載。12V 1A以上のACアダプター必要。LCDバックライトはスイッチでON/OFF可能（99.99%見えないため省電力）。

ステップ26：ベロボードレイアウト

部品面・ハンダ面・モジュール実装状態・配線中の写真を掲載。LED基板はダイヤル着脱用にコネクタ接続。

ステップ27：コード

2つのスケッチに分割：

• BarometerA4988_23.ino：メイン気圧計＋6時間表示（UNO側）
• BarometerA4988_3hour__21.ino：3時間表示＋天気予報（Nano側）

主要ライブラリ：SFE_BMP180、AccelStepper、LiquidCrystal_I2C、Wire。RTC直読み書き関数、ステッピングモーター制御（マイクロステップ対応）、気圧取得・海面更正・履歴管理・予報ロジック・設定モード等を含む。

ステップ28：タイムラプス動画

雨雲レーダーと気圧計の予報連動を4K動画で記録。ダイヤルとLEDの詳細が確認可能。

コード（抜粋）

BarometerA4988_23.ino（メイン・6時間表示用）

/* バージョン履歴：v23まで改良
   - 6時間変化を毎時ステップ、拡張レンジLED、スリープ制御等 */
#include <SFE_BMP180.h>
#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <AccelStepper.h>

SFE_BMP180 pressure;
#define ALTITUDE 118.0  // 神奈川県寒川町付近の標高(m)

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);
#define DS3231_I2C_ADDRESS 0x68

// ステッピングモーター設定（A4988 1/16ステップ）
#define dirPin 8
#define stepPin 9
#define dirPin2 10
#define stepPin2 11
#define motorInterfaceType 1
AccelStepper stepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin);    // メイン
AccelStepper stepper2(motorInterfaceType, stepPin2, dirPin2); // 6時間

// 変数群（気圧履歴8時間分、RTC、設定モード、LED制御等）
// ... 詳細はダウンロードファイル参照

void setup() {
  // ピンモード、LCD、RTC、BMP180初期化、LEDテスト、モーター無効化
  getPressure(); // 初回測定
  // 起動時LCDに設定用情報表示
}

void loop() {
  // 設定モード（セレクトノブ＋ボタン）処理
  // RTC時刻表示（秒更新）
  // 10分ごとの気圧測定・メイン/6時間針ステップ
  // 毎時15秒に1時間パルス出力（3時間側へ）
  // 6時間履歴更新・差分計算・ステップ実行
}

// 設定モード、RTC操作、モーターステップ関数群...
// 全文は添付ファイル参照

BarometerA4988_3hour__21.ino（3時間・予報用）

/* v21：予報LED8色、LCD表示、1/16ステップ、手動調整ボタン対応 */
#include <SFE_BMP180.h>
#include <SPI.h>
#include <LiquidCrystal_I2C.h>
#include <AccelStepper.h>

SFE_BMP180 pressure;
#define ALTITUDE 125.0

LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7, 3, POSITIVE);

#define dirPin 11
#define stepPin 10
#define motorInterfaceType 1
AccelStepper stepper(motorInterfaceType, stepPin, dirPin);

// 予報LEDピン割り当て
int ledStormy = 8, ledRain = 7, ledChange = 6, ledFair = 2;
int ledDry = 13, ledClear = 12, ledThreat = 17, ledNoChange = 16;
// 3時間レンジLED
int hour3LowLED = 5, hour3HighLED = 4;
// 手動調整入力
int stepFwd1 = 14, stepBwd1 = 15, maninchFwdBwd = A7;
// メイン側からの1時間パルス入力
int hourPulse = 3;

void setup() {
  // LEDピン初期化、LCD、BMP180、LEDテスト、初回測定・予報・表示
  // モーター無効化
}

void loop() {
  // 1時間パルス検知→測定・予報・表示更新・3時間針ステップ
  // 手動調整ボタン（整数ステップ・インチング）対応
  // 3時間履歴管理・差分計算・ステップ実行
}

// 気圧取得、海面更正、3時間差分計算、予報判定、LCD表示、モーター制御関数群...
// 全文は添付ファイル参照

回路図