Wetterstation Listerfehrda
aktuelle Wetterdaten für die Region • Über die Technik
Herzlich Willkommen auf den Seiten der Wetterstation Listerfehrda und danke für dein Interesse an diesem Projekt.Die Station ist ein Hobbyprojekt welches mit preiswerten Komponenten realisiert wurde. Die Gesamtinvestition der Außeneinheit beläuft sich auf deutlich unter 100 €. Die Arbeitszeit wurde nicht erhoben. Die Infrastruktur zur Datenspeicherung und Veröffentlichung war bereits vorhanden und wird für mehrere Dienste verwendet.
Die veröffentlichten Messwerte können von den tatsächlichen Werten abweichen.
Elektronik
Das Herz der Wetterstation ist ein ESP8266 (32-Bit Microcontroller der chinesischen Firma espressif), der mit extrem wenig Energiebedarf arbeitet. In den Pausen zwischen den Messungen geht der Prozessor in eine Art Tiefschlaf mit einem Stromverbrauch von dann nur 0,018mA was einer Leistung von 60µW entspricht. Zum Vergleich würden eine Million Microcontroller so viel Strom verbrauchen wie eine Standard Glühlampe.- Sensoren:
- Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck Für die Messung der drei Werte kommt ein einziger Sensor vom Typ BME280 der Firma Bosch zum Einsatz, der über den I2C-Bus an den ESP8266 angeschlossen ist. Dieser Sensor ist extrem sparsam mit einer Leistung von 0,33µW im Standby bzw. 12µW während der Messung.
- Beleuchtungsstärke Die Beleuchtungsstärke wird mit einem Sensor vom Typ BH1750 der Firma ROHM Semiconductor gemessen, welcher ebenfalls über den I2C-Bus mit dem ESP8266 verbunden ist. Mit einer Leistung von maximal 0,6 mW während der Messung ist dieser Sensor auch sehr sparsam.
- Niederschlag Die Messung der Niederschläge benötigt sowohl eine mechanische als auch eine elektronische Komponente. Die mechanische Komponente ist ein fertiges Bauteil einer Wetterstation. Unter einem Trichter werden Niederschläge auf eine Wippe geleitet. Wenn das obere Gefäß der Wippe gefüllt ist, kippt die Wippe um und schließt damit einen Kontakt. Das Gefäß entleert sich und das gegenüberliegende Gefäß nimmt jetzt das Wasser auf.
Da keine Heizung vorhanden ist, können ausschließlich flüssige Niederschläge bzw. geringe Mengen fester Niederschläge bei höheren Umgebungstemperaturen gemessen werden.
Eine besondere Herausforderung ist die fortwährende Zählung der Impulse, denn der Microcontroller befindet sich 97% der Zeit im Tiefschlaf. Beim Aufwachen hat er alles vergessen und ist somit nicht für die Zählung der Impulse geeignet. Hierfür wurde ein Bauteil benötigt, was einen eigenen Speicher besitzt und den Inhalt des Speichers auf Anfrage übermittelt. Der DS2423 von maxim integrated™ bietet genau diese Eigenschaften und ist mit 10µW Leistung sehr sparsam. Die Verbindung zum Microcontroller ist mit dem 1-Wire Bus realisiert. Der DS2423 ist ein 32-Bit-Zähler, er kann also bis fast 4,3 Milliarden Impulse zählen. Das entspricht ca. 153 Millionen mm Niederschlag. Zur Veranschaulichung wäre das eine Wassersäule mit der Grundfläche eines Quadratmeters und der Höhe von 153km. Es ist stark zu bezweifeln, a) dass es in nächster Zeit so viel regnet und b) die Mechanik so lange überlebt. Hintergrund der Betrachtung ist die Berücksichtigung eines möglichen Zählerüberlaufs, der somit vernachlässigt werden kann. In der Software ist dennoch berücksichtigt, dass der Zähler nach einer eventuellen Unterbrechung der Stromversorgung wieder bei null zu zählen beginnt.
Energieversorgung
Die Energieversorgung erfolgt ausschließlich über ein kleines Solarpanel mit einer Nennleistung von 2,5W bei 5V. Der angeschlossene Laderegler versorgt einen Akku vom Typ 18650. Durch den sehr geringen Energiebedarf der eingesetzten Komponenten ist auch in der lichtarmen Jahreszeit eine 100%ige Funktion gesichert.Datenerfassung
In einem Intervall von 5 Minuten erwacht der Microcontroller selbständig aus seinem Tiefschlaf und ermittelt alle Messwerte sowie den Zählerstand des Regenmessers. Die Daten werden via Wi-Fi an einen Linux-Server mittels eines einfachen HTML-Datagramms übermittelt. Der Server speichert alle Daten in einer MySQL-Datenbank.Präsentation
Für das Hosting der Internetseite "Wetterstation Listerfehrda" ist ein Apache-Webserver auf der Basis eines Debian Linux-Servers im Einsatz. Mit Hilfe der unterschiedlichsten Webtechnologien werden die Seiten und Inhalte präsentiert. Die Hauptseite verwendet PHP sowie JavaScript mit Ajax-Techniken für die zyklische Aktualisierung der Werte. Der Aktualisierungszyklus orientiert sich an der Lieferung neuer Messwerte. Ein schmaler Balken unterhalb der Messwerte visualisiert die Zeit bis zur nächsten Aktualisierung. Ein erzwungenes Neuladen der Seite (refresh) ist damit überflüssig.Die Datenaufbereitung und die Diagrammseiten wurden mit Perl realisiert. Die Diagramme selbst werden dynamisch als SVG-Grafiken erzeugt. SVG zeichnet sich dadurch aus, dass Grafiken, anders als Bitmaps, ohne Informationsverlust frei skaliert werden können. In jeder Größe wird das Bild optimal dargestellt.
Die Y-Achse jedes Diagramms wird dynamisch an den jeweiligen Wertebereich angepasst, um eine optimale Lesbarkeit zu erreichen.
Die Werte für Sonnenaufgang bzw. -untergang werden mit frei verfügbaren Funktionen ermittelt, wie auch die Berechnung zur Darstellung der Mondphase. Die Solardaten beziehen sich auf den Standort der Wetterstation, also Listerfehrda und benennen die Zeitpunkte zu denen die Sonne am freien Horizont morgens sichtbar wird bzw. abends verschwunden ist.
Für die Darstellung der Mondphase wird zunächst das Bild des Vollmondes auf schwarzem Hintergrund dargestellt. Anschließend wird der Mondschatten in Form eines schwarzen Teilkreises als SVG-Grafik entsprechend der aktuellen Mondphase darübergelegt.
Hardware
Die Wetterstation ist freistehend an einem Metallpfosten befestigt. Ein ausreichender Abstand zur Bebauung ist gegeben. Die Sensoren befinden sich in einer Höhe von 2 m über dem Boden in einem speziellen Gehäuse für Wettersensoren der Firma TFA Dostmann. Alle Komponenten, die nicht der unmittelbaren Messwerterfassung dienen sind in einem wetterfesten Gehäuse untergebracht.Softwareentwicklung
Das Projekt ist eine komplette Eigenentwicklung. Das Programm für den Microcontroller wurde mit Hilfe der Arduino-Entwicklungsumgebung erstellt. Für die Netzwerkkommunikation und das Auslesen der Sensoren wurden einschlägige Opensource-Bibliotheken verwendet. Die Entwicklung der Internetseite erfolgte ausschließlich unter Verwendung eines Texteditors mit Syntaxhervorhebung und unter Anwendung der genannten Sprachen und Techniken.zurück zur Hauptseite