Entrada 12: Datalogger “Caja Negra” y Control Atmosférico con BME280 y Tarjeta SD en el Iglú Científico BermejaHab

Completada la telemetría en tiempo real del Invernadero y el Centro de Control, nos adentramos en el Módulo de Experimentos Científicos (Iglú). El alumnado asume el rol de Analistas de Datos Muestrales y Mantenimiento de Soporte Vital Atmosférico.

En esta fase se aborda la resiliencia de datos: la telemetría no solo se transmite por puerto serie, sino que se almacena de forma ininterrumpida en una tarjeta MicroSD en formato CSV (DATALOG.CSV), registrando presión, temperatura, humedad y el estado de la atmósfera lunar.

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 ┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
 │           IGLÚ DE EXPERIMENTOS CIENTÍFICOS                  │
 │                                                             │
 │   ┌────────────────┐         ┌──────────────────────────┐   │
 │   │ Sensor BME280  │ (I2C)   │  Arduino Uno/Nano/Mega   │   │
 │   │ (P, T, H)      ├────────>│  (Procesador de Vuelo)   │   │
 │   └────────────────┘         └────────────┬─────────────┘   │
 │                                           │ (SPI)           │
 │                                           ▼                 │
 │                              ┌──────────────────────────┐   │
 │                              │ Módulo Tarjeta MicroSD   │   │
 │                              │ (Caja Negra / CSV Log)   │   │
 │                              └──────────────────────────┘   │
 └─────────────────────────────────────────────────────────────┘

🤖 Prompt Optimizado para Claude: Generador de Firmware Datalogger

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Actúa como un ingeniero de sistemas embebidos de la ESA/NASA. Genera un sketch completo, limpio y listo para compilar en C++ para Arduino (Uno, Nano o Mega) que gestione la toma de datos del Iglú Científico de la base BermejaHab.

Requisitos de Hardware:
1. Sensor BME280 por I2C (dirección 0x76 o 0x77) usando las librerías <Wire.h>, <Adafruit_Sensor.h> y <Adafruit_BME280.h>.
2. Módulo de Tarjeta MicroSD mediante bus SPI (Pin Chip Select / CS en el Pin 10) usando <SPI.h> y <SD.h>.
3. LED integrado (Pin 13) como testigo visual de escritura en disco.

Requisitos de Código:
1. En setup():
   - Inicializa el puerto serie a 9600 baudios.
   - Detecta e inicializa el BME280 (autodetección de dirección I2C 0x76 y 0x77).
   - Inicializa la tarjeta SD. Si se inicializa correctamente, verifica si existe el archivo "DATALOG.CSV". Si el archivo no existe o está vacío, crea la cabecera: "Tiempo_ms;Presion_hPa;Temp_C;Humedad_Pct;Estado_Atmosfera".
2. En loop() (cada 3000 ms):
   - Lee presión (hPa), temperatura (°C) y humedad (%).
   - Clasifica el estado según la presión:
     * 1000.0 hPa a 1025.0 hPa -> "NOMINAL"
     * < 1000.0 hPa -> "ALERTA_DESPRESURIZACION"
     * > 1025.0 hPa -> "ALERTA_SOBREPRESION"
   - Escribe la fila separada por punto y coma (;) en "DATALOG.CSV" y parpadea el LED 13 durante la escritura.
   - Muestra por el Monitor Serie la trama formateada para la telemetría web:
     "[LAB] T:XXs | P:XXXX.X hPa | Temp:XX.X C | Hum:XX.X % | Estado: ESTADO"

Escribe únicamente código C++ funcional, con comentarios explicativos y sin placeholders.

💻 Código Firmware Real: Datalogger BME280 + SD (Iglu_Cientifico_Datalogger.ino)

C++

/*
  BermejaHab - Iglú de Experimentos Científicos
  Datalogger "Caja Negra" (BME280 + Módulo SD SPI)
  IES Monterroso - Proyecto MonteSTEAM
*/

#include <Wire.h>
#include <SPI.h>
#include <SD.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

// Configuración de Hardware
const int chipSelect = 10; // Pin CS (Chip Select) del lector SD
const int ledWrite = 13;   // LED integrado indicador de escritura

// Objetos globales
Adafruit_BME280 bme;
File dataFile;

bool sdOK = false;
bool bmeOK = false;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledWrite, OUTPUT);
  digitalWrite(ledWrite, LOW);

  Serial.println(F("=================================================="));
  Serial.println(F("   BERMEJAHAB - INICIALIZANDO IGLÚ CIENTÍFICO     "));
  Serial.println(F("=================================================="));

  // 1. Inicialización BME280 (I2C)
  if (bme.begin(0x76)) {
    bmeOK = true;
    Serial.println(F("🟢 BME280 detectado en direccion 0x76."));
  } else if (bme.begin(0x77)) {
    bmeOK = true;
    Serial.println(F("🟢 BME280 detectado en direccion 0x77."));
  } else {
    Serial.println(F("❌ ERROR: No se encuentra el sensor BME280. Revisa el cableado I2C."));
  }

  // 2. Inicialización Tarjeta MicroSD (SPI)
  Serial.print(F("Iniciando Tarjeta SD... "));
  if (!SD.begin(chipSelect)) {
    Serial.println(F("❌ FALLO: Tarjeta SD no detectada o error de lectura SPI."));
  } else {
    sdOK = true;
    Serial.println(F("🟢 Tarjeta SD lista para registrar datos."));

    // Verificar o crear cabecera CSV
    dataFile = SD.open("DATALOG.CSV", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      if (dataFile.size() == 0) {
        dataFile.println(F("Tiempo_ms;Presion_hPa;Temp_C;Humedad_Pct;Estado_Atmosfera"));
        Serial.println(F("📝 Cabecera CSV creada con éxito en DATALOG.CSV"));
      }
      dataFile.close();
    } else {
      Serial.println(F("⚠️ Error abriendo el archivo DATALOG.CSV"));
    }
  }
}

void loop() {
  if (!bmeOK) {
    Serial.println(F("⚠️ Error: BME280 no disponible. Comprueba las conexiones SDA/SCL."));
    delay(3000);
    return;
  }

  // Lectura de variables ambientales
  float presion = bme.readPressure() / 100.0F; // Convertir Pa a hPa
  float temp = bme.readTemperature();
  float humedad = bme.readHumidity();
  unsigned long tiempo = millis();

  // Evaluador de Seguridad Atmosférica en el Iglú
  String estadoAtmosfera = "NOMINAL";
  if (presion < 1000.0) {
    estadoAtmosfera = "ALERTA_DESPRESURIZACION";
  } else if (presion > 1025.0) {
    estadoAtmosfera = "ALERTA_SOBREPRESION";
  }

  // A. Emisión por Puerto Serie (Formato Telemetría Web)
  Serial.print(F("[LAB] T:"));
  Serial.print(tiempo / 1000);
  Serial.print(F("s | P:"));
  Serial.print(presion, 1);
  Serial.print(F(" hPa | Temp:"));
  Serial.print(temp, 1);
  Serial.print(F(" C | Hum:"));
  Serial.print(humedad, 1);
  Serial.print(F(" % | Estado: "));
  Serial.println(estadoAtmosfera);

  // B. Registro en Tarjeta SD (Caja Negra CSV)
  if (sdOK) {
    digitalWrite(ledWrite, HIGH); // Testigo encendido durante la escritura
    
    dataFile = SD.open("DATALOG.CSV", FILE_WRITE);
    if (dataFile) {
      dataFile.print(tiempo);
      dataFile.print(F(";"));
      dataFile.print(presion, 2);
      dataFile.print(F(";"));
      dataFile.print(temp, 2);
      dataFile.print(F(";"));
      dataFile.print(humedad, 2);
      dataFile.print(F(";"));
      dataFile.println(estadoAtmosfera);
      dataFile.close();
    } else {
      Serial.println(F("⚠️ Error de escritura en disco SD."));
    }
    
    digitalWrite(ledWrite, LOW);
  }

  delay(3000); // Frecuencia de muestreo: 3 segundos
}

🛠️ Esquema de Conexión Compacto (Protoboard)

Módulo / Sensor	Pin Módulo	Pin Arduino Uno / Nano	Pin Arduino Mega	Notas de Cableado
BME280 (I2C)	VCC / GND	3.3V o 5V / GND	3.3V o 5V / GND	Alimentación y tierra
	SDA / SCL	A4 / A5	20 (SDA) / 21 (SCL)	Bus I2C de datos y reloj
Lector SD (SPI)	VCC / GND	5V / GND	5V / GND	Alimentación del lector SD
	MOSI / MISO	Pin 11 / Pin 12	Pin 51 / Pin 50	Bus SPI (Master In/Out)
	SCK / CS	Pin 13 / Pin 10	Pin 52 / Pin 10	Reloj SPI / Chip Select

🔄 Secuencia Didáctica en el Taller y Laboratorio

1. 💻 Simulación y Código desde Casa: El alumnado utiliza el Prompt de Claude para generar el firmware, analizando cómo se gestionan los errores de conexión I2C y la estructura de archivos en sistemas incrustados.
2. 🔌 Montaje e Integración en el Aula: Conexión del sensor BME280 y el módulo SD. Inserción de una tarjeta MicroSD formateada en FAT32.
3. 🧪 Prueba de Estrés Atmosférico: Simulación de una bajada brusca de presión colocando el BME280 dentro de un recipiente hermético flexible y aplicando succión para verificar el salto de estado a ALERTA_DESPRESURIZACION.
4. 📊 Extracción de la “Caja Negra”: Retiro de la tarjeta MicroSD e inspección del archivo DATALOG.CSV en hojas de cálculo o visualizadores web.

🎓 Vinculación Curricular (3º / 4º ESO)

• Asignaturas: Física y Química / Tecnología y Digitalización.
• Saberes Básicos:
  • Sistemas de Adquisición de Datos: Sensores I2C/SPI, calibración y conversión de unidades de presión ($hPa$).
  • Estructuras de Almacenamiento Persistente: Creación y gestión de archivos planos CSV (DATALOG.CSV) para análisis estadístico posterior.
  • Física Atmosférica Espacial: Estudio de la presión en entornos confinados, despresurización y margen de supervivencia de la tripulación.
• Competencias Específicas: Diseñar y construir prototipos tecnológicos capaces de monitorizar magnitudes físicas reales y garantizar la redundancia de datos.