Estação Meteorológica Arduino Nano: Kit de Sensores e Display OLED

Componentes e Materiais

Componente	Quantidade
Arduino Nano R3	1
Sensor Barométrico Seeed Grove BMP280	1
Sensor Temperatura e Umidade DHT11 (4 pinos)	1
Display OLED 0.96" 128x64 (ElectroPeak)	1
Sensor UV GUVA-S12SD	1
RTC DS3231	1

Ferramentas Necessárias

• Ferro de solda
• Fio de solda (sem chumbo)
• Impressora 3D (genérica)

Aplicativos e Serviços Online

• Arduino IDE
• Autodesk Fusion 360 (para modelagem do gabinete)

Sobre o Projeto

Há muito tempo queria fazer uma estação meteorológica sem usar internet. É ótimo medir os dados climáticos do seu entorno e consultá-los quando quiser. Então criei uma estação meteorológica local com visual legal que mede pressão atmosférica, temperatura, umidade e índice UV do dia (se colocada perto da janela). E tem mais! 😉 Também tem tela de relógio mostrando hora, data e dia da semana.

Neste tutorial, mostro como fazer esta estação meteorológica nos seguintes passos.

Passo 1: Construir o Gabinete

Usei Autodesk Fusion 360 para criar o gabinete e imprimi com PLA verde. Necessita suportes; imprimi com 20% de preenchimento e 70 mm/s na minha Ender 3. O arquivo STL do gabinete está disponível com o projeto.

Passo 2: BMP280

O BMP280 mede pressão atmosférica e temperatura, usando I2C ou SPI. Aqui usei SPI. Conexões:

• CS → D10
• SDA → D11
• SDO → D12
• SCK → D13

No código, incluo a biblioteca #include <Adafruit_BMP280.h> (baixe aqui). Defino os pinos SPI, inicializo o sensor no setup() e leio pressão e temperatura no loop() com bmp.readPressure() e bmp.readTemperature(). Divido pressão por 100 para obter hPa. Para altitude, uso bmp.readAltitude(1005.47) — altere 1005.47 para a pressão média da sua região.

Passo 3: RTC DS3231

A estação também tem tela de relógio (hora, data, dia da semana). Uso o módulo RTC DS3231 (protocolo I2C). Conexões:

• SCL → A5
• SDA → A4

Primeiro, ajuste a hora/data no RTC usando o programa DS3231_set.ino dos exemplos da biblioteca.

No programa principal, incluo #include <DS3231.h> e leio os dados de tempo conforme a biblioteca. Criei um switch-case para cada dia da semana.

Passo 4: DHT11

Uso este sensor para umidade. Conecte seu pino de dados ao D2 do Arduino. No programa, incluo #include <DHT.h>, inicializo no setup() e leio umidade no loop() com dht.readHumidity().

Passo 5: Sensor UV GUVA-S12SD

O GUVA-S12SD é um fotodiodo Schottky à base de Nitreto de Gálio. Detecção UV típica de 240-370 nm (cobre UVB e a maior parte do UVA). Emite tensão analógica calibrada que varia com intensidade da luz UV. Podemos ler o valor analógico via ADC do Arduino.

No loop(), leio o sensor e calculo o índice UV:

float sensorValue = analogRead(A0);
float sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;
int UV_index = sensorVoltage / 0.1;

Passo 6: Display OLED

Uso display OLED 0.96" 128x64 (protocolo I2C). Conexões:

• SCK → A5
• SDA → A4

No programa, incluo as bibliotecas:

#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>

Crio a variável display e adiciono bitmaps para exibir ícones. No setup(), inicializo o display. No loop(), exibo todos os dados usando display.print(). Os dados aparecem em 4 páginas: Hora, Pressão, Temperatura & Umidade, Índice UV. Há delay de 5 segundos entre cada página.

Vídeo Demonstrativo

Vídeo do projeto em funcionamento disponível na página original.

Código Completo

#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>
#include <DS3231.h>
#include <DHT.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <Fonts/FreeSans9pt7b.h>
#include <Fonts/FreeMonoBoldOblique12pt7b.h>

#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
#define OLED_RESET 4
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, OLED_RESET);

#define BMP_SCK 13
#define BMP_MISO 12
#define BMP_MOSI 11
#define BMP_CS 10

DS3231 clock;
bool century = false;
bool h12Flag;
bool pmFlag;

Adafruit_BMP280 bmp(BMP_CS, BMP_MOSI, BMP_MISO, BMP_SCK);

#define DHTPIN 2
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);

// Bitmaps para ícones (frame0, frame1, frame2) - omitidos por brevidade
// const unsigned char PROGMEM frame0 [] = { ... };
// const unsigned char PROGMEM frame1 [] = { ... };
// const unsigned char PROGMEM frame2 [] = { ... };

void setup() {
  Serial.begin(57600);
  if (!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {
    Serial.println(F("Falha SSD1306"));
  }
  Wire.begin();
  dht.begin();
  if (!bmp.begin()) {
    Serial.println(F("Problema BMP"));
    while (1) delay(10);
  }
  
  // Tela inicial
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 9);
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.println("**** LOCAL ****");
  display.setCursor(0, 38);
  display.setFont(&FreeMonoBoldOblique12pt7b);
  display.println("wather");
  display.setCursor(27, 58);
  display.println("Station");
  display.display();
  delay(2000);
  
  bmp.setSampling(Adafruit_BMP280::MODE_NORMAL,
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X2,
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X16,
                  Adafruit_BMP280::FILTER_X16,
                  Adafruit_BMP280::STANDBY_MS_500);
}

void loop() {
  // Página 1: Hora
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(13, 15);
  display.setFont(&FreeMonoBoldOblique12pt7b);
  display.print(clock.getHour(h12Flag, pmFlag));
  display.setCursor(38, 15);
  println(":");
  display.setCursor(50, 15);
  display.println(clock.getMinute());
  display.setCursor(70, 15);
  if (pmFlag) display.println(" PM"); else display.println(" AM ");
  
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.setCursor(20, 60);
  display.println(clock.getDate());
  display.setCursor(40, 60);
  display.println("/");
  display.setCursor(46, 60);
  display.println(clock.getMonth(century));
  display.setCursor(65, 60);
  display.println("/");
  display.setCursor(70, 60);
  display.println("20");
  display.setCursor(90, 60);
  display.println(clock.getYear());
  
  display.setCursor(30, 30);
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  switch (clock.getDoW()) {
    case 1: display.println("Sabado"); break;
    case 2: display.println("Domingo"); break;
    case 3: display.println("Segunda"); break;
    case 4: display.println("Terca"); break;
    case 5: display.println("Quarta"); break;
    case 6: display.println("Quinta"); break;
    case 7: display.println("Sexta"); break;
  }
  display.display();
  delay(5000);
  
  // Página 2: Pressão
  display.clearDisplay();
  display.drawBitmap(0, 0, frame0, 40, 40, 1);
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.setCursor(41, 28);
  display.println(bmp.readPressure() / 100);
  display.setCursor(110, 28);
  display.setFont();
  display.println("hPa");
  display.setCursor(0, 55);
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.println("Altitude:");
  display.setCursor(65, 62);
  display.println(bmp.readAltitude(1005.47));
  display.setCursor(113, 62);
  display.println("m");
  display.display();
  delay(5000);
  
  // Página 3: Temperatura e Umidade
  display.clearDisplay();
  display.setFont(&FreeMonoBoldOblique12pt7b);
  display.drawBitmap(0, 5, frame1, 40, 51, 1);
  display.setCursor(35, 30);
  display.print(bmp.readTemperature());
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.setCursor(102, 28);
  display.println(" *");
  display.setCursor(110, 31);
  display.println(" C");
  display.setFont();
  display.setCursor(66, 45);
  display.println("RH :");
  byte RH = dht.readHumidity();
  display.setCursor(95, 45);
  display.println(RH);
  display.setCursor(110, 45);
  display.println("%");
  display.drawBitmap(0, 56, frame2, 135, 15, 1);
  display.display();
  delay(5000);
  
  // Página 4: Índice UV
  display.clearDisplay();
  float sensorValue = analogRead(A0);
  float sensorVoltage = sensorValue / 1024 * 5.0;
  int UV_index = sensorVoltage / 0.1;
  display.setFont(&FreeSans9pt7b);
  display.setCursor(0, 15);
  display.print(" UV INDEX ");
  display.setCursor(58, 45);
  display.println(UV_index);
  display.display();
  delay(5000);
}

Peças Personalizadas e Gabinetes

Arquivo STL do gabinete disponível para download.

Esquemático