Wetterstation mit Spark.IO
Vorgeschichte
Man kann billig einfache Wetterstationen für den Hausgebrauch kaufen. Ein aussen montiertes Gerät misst Temperatur und Feuchte. Diese Daten sendet es an die Basisstation im Innern des Hauses, welches ebenfalls Temperatur, Feuchte und Luftdruck misst. Diese Basisstation zeigt dann auf seiner Anzeige gemessene Wetterdaten an und gibt sogar Prognosen über kommende Werte.
Leider lässt meist die Qualität zu wünschen übrig und man möchte etwas mehr substantielles zum Selberbauen als eine billige Elektronik.
Natürlich sind selbstgebaute Wetterstationen denselben Fehlerquellen ausgesetzt. Weil man hier jedoch Einfluss auf die Beurteilung der Messwerte nehmen kann, sind Verbesserungen leichter möglich.
Eine Wetterstation im eigenen Vorgarten zu betreiben ist alles andere als einfach. Meist sind die lokalen Verhältnisse eher ungeeignet und mit Einschränkungen versehen. So ist eine Windmessung innerhalb einer Überbauung kaum representativ. Die gemessen Temperaturen sind evtl. höher als die der offenen Umbgebung und die unnatürliche Abschattung durch Bauten beeinflusst alle Sensoren zugleich. Trotzdem zeigt eine solche Messstation sehr interessante Daten zur Umwelt.
Bei der Suche nach einem geeigneten Standort im Garten und der Konstruktion, wurde ich auf die Möglichkeit zur Unterstützung von Wildbienen aufmerksam. Die Station sollte erhöht über dem Boden stehen. Dazu kann man ein Dreibein verwenden oder einen Pfosten setzen. Die Rasenfläche ums Haus wurde bereits vor geraumer Zeit durch einen pflegeleichten Steingarten abgelöst. Was liegt also näher als die Wetterstation auf eine Gittersteinsäule zu setzen?
Update:
Herbst 2014: Das Wetter war nicht sehr sonnenreich und so sind die Akkuwerte kontinuierlich in den Keller gefallen. Dabei hat sich eine der NiCd Zellen verabschiedet. Mit 3V läuft der Spannungswandler zwar noch, er fordert aber auch entsprechenden Strom an. Bei leeren Akkus ist das nicht möglich. So muss wohl der Spannungswandler und der Akku eine Art Spannungspendler gebildet haben. Als Resultat ist der Spark.IO Prozessor vermutlich wegen Brown-Out Effekten Hops gegangen. Er lässt sich zwar noch irgendwie beeinflussen, ein Programm bekommt man aber nicht mehr zum laufen.
Hier möchte ich der Spark.IO Crew herzlich danken. Nachdem ich mich im Forum mit dem Problem gemeldet habe, und nach diversen Versuchen keine Lösung in Sicht war, haben Sie mir einfach einen neuen Core ohne Kosten für mich zugestellt. Herzlichen Dank dafür.
Spezifikationen
Wildbienen: Wildbienen und andere interessierte Lebewesen sollen verschiedene Angebote zur Behausung erhalten. Dazu sollen verschiedene Arten von Angeboten geschaffen werden.
Wetterdaten: Mittels verschiedener Sensoren werden Luftdruck, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit, Farbspektrum, und die elektrischen Werte der Solarzellen gemessen. Diese werden anschliessend per WLAN auf einen kleinen Raspberry Pi Webserver übertragen und dort in einer Datenbank gespeichert.
Stromversorgung: Ein Solarpanel versorgt einen NiCad Akku mit Energie. Das Energiemanagement ist so ausgelegt, dass nur Strom für die Messung der Sensoren und das Versenden der Daten benötigt wird. In der übrigen Zeit ist das System im Schlafmodus. Sollte wieder erwarten die Akkuspannung auf einen kritischen Wert sinken, werden die Messintervalle auf ein mehrfaches (30 min.) erweitert. Im Falle einer zu hohen Akkuspannung wird auf den Schlafmodus verzichtet. Aufgrund mehrmonatiger Erfahrung können die Akkus auch bei vermeintlicher Überspannung voll geladen werden. Grund für die Überspannung sind hohe Leitungswiderstände, welche das Messsignal beeinflussen.
Elektronik
Sensoren
BMP085: Zuverlässiger und von vielen Herstellern als Breakoutmodul verfügbarer Luftdrucksensor. Er beinhaltet zusätzlich noch einen Temperatursensor der für eine adequate Bestimmung der absoluten Höhe nötig ist. In diesem Projekt wird er nicht verwendet.
Leistungsdaten:
Spannungsbereich: 3 – 5V
Logik: 3 – 5V verträglichDruckbereich: 300 – 1100 hPa (-500 bis 9000m Meereshöhe)
Auflösung: 0.03 hPa / 0.25m
Temperaturbereich: -40 bis +85 Grad, +/- 2 Grad Temperaturgenauigkeit
Protokoll: I2C
DHT22: Sensormodul für Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Dieser Sensor ist weit verbreitet und verwendet ein eigenes Datenprotokoll. Er ist eigentlich nicht für den Einsatz im Freien vorgesehen da der Sensor bei nahezu 100% Luftfeuchtigkeit eine erhöhter Alterung und Messfehler erzeugt. Es gibt weitere Sensoren die einen gleichen Aufbau und Protokoll aufweisen, aber nicht denselben Messbereich und Auflösung besitzen.
Protokoll: Special
TCS34725: Dieser Sensor misst mit seiner RGB Messzelle die Farbe und Itensität von sichtbarem Licht. Eine auf dem Board vorhandene weisse LED kann das zu messende Objekt direkt beleuchten. Natürlich sind die Messwerte mit diesen Sensor nicht direkt wissenschaftlich verwendbar, weil nicht kalibriert. Trotzdem zeigen die Kurven in der grafischen Auswertung durchaus die vorherrschende Tagessituation sei es Hochnebel, Abendrot oder blauer Himmel.
Protokoll: I2C
INA219: Die von Adafruit vertriebene Messbrücke misst die Spannung einer Eingangsquelle und den, welcher über den Shuntwiderstand abfällt. Daraus lassen sich Strom und Leistungsdaten ableiten. In diesen Projekt wird der Sensor benutzt, um die Leistung des Solarpanels zu dokumentieren.
Protokoll: I2C
