Live Wind und Wetterdaten vom Platz auf der Vereins-Website

Als Mitglied eines Vereins mit Hangflugplatz, stellt sich immer die Ungewissheit ob die Bedingungen auf dem Platz auch passend sind. Gerade wenn die Anfahrt rund 30 Minuten dauert.
Es muss daher eine Wind- Wetterstation her, deren Daten man per Web möglichst aktuell abrufen kann. Wie immer in solchen Fällen, ist der Platz weitab von Infrastruktur.

Ich möchte hier den Werdegang des Projekts und die gemachten Erfahrungen posten.

Ausgangslage
- Der Platz ist etwas abgelegen, besitzt jedoch eine 230V Stromversorgung die durch einen früheren Nutzer erstellt wurde. Diese wird zurzeit nicht genutzt. Geplant ist aber die Reaktivierung um die Station mit Energie zu versorgen. In der Folge gehe ich davon aus, das für die Station 12V/~30W verfügbar sind.
- Auf dem Platz exisitiert bereits ein stabiler ca. 7m hoher Mast mit Windsack
- Vorhanden sind ein Anemometer und ein Windrichtungsmesser aus einem alten Projekt.

Was soll gemessen werden?
- Windrichtung und Geschwindigkeit
- Temperatur
- Helligkeit
- Regendetektor
- Kamera (optional)

Anforderungen
- Die Station soll Daten per GPRS an einen Webservice übertragen
- Die Station soll Fernwartung und Softwareupdates aller Komponenten erlauben
- Die Station soll Stromausfälle überstehen

Hardware
Die Hardware ist in drei Segmente geteilt:
- Kommunikation => BeagleBone Black / FONA
- Sensorverarbeitung => MBED kompatibler Controller (im Fundus)
- Sensoren => Analoge Spannung / Bitmuster / Frequenz

Software
Die Kommunikation wird in Debian über ppp abgewickelt
Sensorverarbeitung durch MBED fähiger Controller

Gruss
Uwe

Modifikation Windsensoren

Modifikation Windsensoren

Die Windsensoren messen mit Lichtschranken. Die Kabel sind einfach eingeharzt und hängen lose heraus. Hab leider kein Bild gemacht.






Damit beim weiteren Hantieren nichts abbricht habe ich auf dem 3D Drucker eine Fassung gemacht und die Kabel an Platine mit Stecker gelötet.

Montage Sensoren

Montage Sensoren

Die Wetterstation besteht aus einem Kunststoffgehäuse mit zwei Auslegern an deren einige Sensoren befestigt werden.



Der Ausleger für Windgeschwindigkeit und Temperatur/Helligkeit



Die weissen Teller kommen aus dem 3D Drucker

3D gedrucktes Hilfsmittel

3D gedrucktes Hilfsmittel

Nachdem Baumärkte in meiner Umgebung keine Bohrer >16mm verkaufen war DIY das Stichwort.
Die Querbohrung von 20mm war aber einfach zu bewerkstelligen.

Zeichnen eines Werkstückhalters zum Einspannen in ein Dreibackenfutter. Ausdrucken auf dem 3D-Drucker




Einkleben des Rohres mittig per Heisskleber
Rohrenden mit Paketband etc. zukleben (sonst Dreckschleuder )
Bohren und Erweitern des Lochs mittels Innendrehstahl (danke Andreas für die Tools)
Entfernen des Rohres von der Einspannhilfe mit Heissluftfön (von Innen aufheizen, Handschuhe tragen!)



Ergebnis

BeagleBone Black als Verbindung zum Internet

BeagleBone Black als Verbindung zum Internet

Nach einiger Recherge hab ich mich für das BeagleBone Black entschieden. Anfangs dachte ich, das ich die Messung der Windsensoren und deren anderen darüber machen kann. Kann man auch, aber es ist unglaublich umständlich. Weil Linux Hardware virtuell abbildet, kann man nicht einfach über Register auf ADC oder I/O zugreifen.

Darum sollen alle Sensoren über einen MBED Controller erfasst werden. Dieser ist hardwarenahe und kann auch vom BeagleBone mit neuer Software versorgt werden (USB-Drive).

Im Bild das BeagleBone Black Board zusammen mit dem FONA GPRS Modul

Ja wie, bist scho fertig ?


Gruss
Andreas

Nein, bin nicht fertig

Der Temperatursensor und der Helligkeitssensor sind dafür fertig und bereit zum Anbau




Das Gehäuse hat noch die Halterung für die Gewindebolzen und den Zentrierstift bekommen


Soweit ist jetzt alles vorhanden um mit der Programmierung zu beginnen

Die Daten werden von einem MBED Controller erfasst. Dieser ist per USB an den BeagleBone angeschlossen und stellt sich als 2MB Speicherstick dar. Darauf ist das Programm für den MBED abgelegt. Somit kann sehr einfach der Code ersetzt werden. Reset genügt dann zum das neue Programm ausführen zu lassen. Die gemessenen Daten werde ich ebenfalls als Datei ablegen. Sie werden dann an den Webservice übermittelt und dort grafisch aufgearbeitet.


BeagleBone kann auch Bilder von einer WebCam abspeichern. Technische Details dazu später.

Hallo Uwe,

lese immer brav mit bei deinem Wetterstations-Thread.

Gibts irgentwelche Neuigkeiten???

LG Markus

Hallo Markus

Ja, es gibt viele Neuigkeiten. Da dieser Thread kaum Feedback hatte, hab ich mich etwas zurückgehalten

Wo soll ich anfangen.

BeagleBone ist raus. Es kommt ein Raspberry B+ rein. Grund ist fehlende USB Anschlüsse (ja, wusste ich schon vorher), und das nötige KnowHow für Kamera / USB-Stick-Internet etc. gab das Inet für den Beagle kaum her.

Die Station hat zwei Herzen:

Raspberry verbindet ins Internet mittels eines Huawei Sticks. Er verbindet sich per SSH mit einem anderen Server und gibt einen Tunnel zu sich selber frei. Damit kann der Raspi von dem Server aus per Console verwaltet werden. Eine RaspiCam nimmt ein Bild vom Platz auf. Das Bild wird dann verabeitet (drehen, skalieren)

Der MBED Computer verarbeitet alle Signale der Sensoren. Windrichtung, Windgeschwindigkeit, Temperaturen innen und aussen, Helligkeit werden entsprechend aufbereitet. Eine Heizung mit ca. 17W wird ebenfalls davon gesteuert.

Die Datenübertragung zwischen beiden Modulen soll serial erfolgen. Getestet hab ich das bisher noch nicht.
Eigentlich wollte ich noch eine USV für den Raspi verwenden. Leider ist die ich kaufte nicht Batterie tauglich Also dann halt ohne


Hier ein paar Bilder

Da wird selbst Kachelmann blass !



Gruss
Andreas

Hi!!!

Wow sehr sehr interessant, mich würde ein Nachbau schon reizen.
Ist der Code Open-Source?

Glaubst du, dass das Allwettertauglich ist?
Damit mein ich Regen/Schnee/Sturm und Temperaturen von -25 bis 50°C.

Hast du schon mal über PV Module mit Laderegler und Batterie nachgedacht?
Wäre doch interessant wenn das ganze Energieautark laufen würde.

LG Markus

Ist der Code Open-Source?

Zum Vergrößern anklicken....

Ja, wer interesse hat bekommt allen Code

Glaubst du, dass das Allwettertauglich ist?
Damit mein ich Regen/Schnee/Sturm und Temperaturen von -25 bis 50°C.

Zum Vergrößern anklicken....

Ebenfalls ja. Das Gehäuse ist Spritzwasserfest. Wichtig ist eine Membran zum Ausgleich des Luftdrucks. Ohne die wird Wasser, dass auf der Dichtung liegt, eingesaugt.

Hast du schon mal über PV Module mit Laderegler und Batterie nachgedacht?
Wäre doch interessant wenn das ganze Energieautark laufen würde.

Zum Vergrößern anklicken....

Hab ich. Benutz ich für meine Wetterstation zuhause. Habe aber viel gelernt, warum das nicht funktionieren muss und wo der Kosten/Nutzen ist.
Meine eigene WS läuft mit 4xNiCd 4Ah Akkus. Die werden von einer 8V Solarzelle mit max. 350mA geladen. Ein Schaltung überwacht die Akkuspannung und den Ladestrom. Also keine Ladung mit speziellem Solarladegerät. Die Auslegung der Solarzelle und deren max. Strom erlaubt eine direkte Ladung ohne Sicherheitsüberwachung.

Probleme:
- durch den geringen Ladestrom von < 0.1C werden die Zellen innert wenigen Wochen hochohmig, jedenfalls bei meinen
- die verwendeten Solarzellen stammen aus dem Hobbymarkt und deren Epoxyschicht hat nach mehreren Monaten bereits gelitten.
- der Ladestrom reduziert sich dadurch weiter und die Zellen werden nicht mehr vollständig geladen, auch bei sehr sonnigem Wetter

Der Raspberry Pi benötigt ca. 250mA im normalen Betrieb, der USB-Stick kommt wohl selber auf ca. 100mA durchschnittlich (je nach Sendeleistung). Dazu kommen noch der MBED mit ca. 50mA. Nicht zu vergessen die Heizung, die ich einfach mal vorsichtshalber mit eingebaut habe (12V - 17W).
Auch ohne Heizung sind das 400mA Strom bei 5V. Das benötigt schon fast einen kommerziellen Lösungsansatz. Die initialen Kosten für die Solaranlage sind wohl höher als bei einer Speisung über eine klassische 220V Grundversorgung.

Das interessante an der ganzen Geschichte ist der multidisziplinäre Ansatz für dieses Projekt.

- Aufbau der Hardware, Gehäuse, Infrastruktur
- Einbau der Elektronik, Verbindungen
- Software für alle verwendeten Module
- Ermitteln von Sensordaten und Mittelwerten
- Übermitteln der Werte an einen webbasierten Server
- Aufnahme und Übermittlung eines Bildes vom Platz und dessen Bearbeitung (Grösse, Qualität, Einblenden von Text, Logos)
- Sicherstellung eines Remotezugangs trotz Mobile Connection ohne direkten Zugang zu einer dedizierten IP-Adresse
- Weiterverarbeitung der Sensordaten für Benachrichtigungen an Mitglieder für Tendenzen und momentane Wetterdaten
- Dokumentation der Klimadaten am Messstandort über Monate/Jahre.

Momentan hab ich 90% der Aufgaben erledigt. Es fehlen noch die Auswertung der Klimadaten und der Benachrichtigung-Service.

LG
Uwe

Update

Update

Es haben sich während der letzten Wochen ein paar Sachen herausgestellt, die ich hier erwähnen möchte:

- bei schlechtem Empfang benötigt der Internet USB-Stick bedeutend mehr Leistung, die einen Raspberry B+ im Standard Mode stromtechnisch überfordert. Dessen USB Ports haben eine Limite von 600mA. Man kann diese Limite auf 1.2A erhöhen. Dann geht es (fast perfekt).
- andere Devices, die ebenfalls an den USB Anschlüssen hängen, leiden ebenso an den Spannungsschwankungen, resp. Abschaltungen durch Überstrom. Das merkt man dann, wenn ein USB Datenspeicher nicht mehr erkannt wird (reboot ohne USB Abschaltung behebt das Problem).
- das OS ist nicht in der Lage eine hängende Internetanbindung zu beheben. Reboot ist nötig.

Fazit: ein völlig autonomes System zu haben, scheint mir zum jetzigen Zeitpunkt eher unwahrscheinlich.

Gibt es schon die ersten Life Bilder und Messdaten von der Station ?


Gruß
Andreas

Hallo Andreas

Ja, es gibt Neuigkeiten

Die Station wurde am vorletzten Wochenende vor zahlreichen Vereinsmitglieder offiziell in Betrieb gestellt.

Das Einfügen von Text und Wetterdaten erfolgt auf dem Webserver.
Die Bilder der Webcam sehen so aus: (Das Teil im oberen Bildrand ist der untere Teil des Auslegers mit dem Windgeschwindigkeitsmesser)



Messwerte werden alle 60 Sekunden an den Webserver übermittelt. Die Daten werden in einer Datenbank gespeichert.
Es werden zurzeit die Messdaten der letzten 6h angezeigt:




Um die Station fernwarten zu können, gibt es eine passwortgeschützte Seite mit einer Reihe von Befehlen. Diese werden von auf dem Webserver gesammelt und von der Wetterstation per HTTP abgerufen und ausgeführt.
Man muss immer im Kopf halten, das ein Zugriff aus dem Internet auf die Wetterstation nicht direkt möglich ist. Es Bedarf immer eine Aktion seitens der Wetterstation um zBsp. ein SSH Tunnel zur Wartung zu öffnen.



Der Unterschied zwischen Aussentemperatur und Innen im Gehäuse beträgt ca. 10-15 Grad.
Die Elektronik benötigt ca. 150-300mA bei 12V Spannung.

Ich bin entzückt !

Ich bin entzückt !




Die Bildqualität ist ja mal Super,
da sieht man gleich ob es Nebel hat,
die Sicht topp ist,
oder ob es etwas diesig ist.
Windrichtung und Geschwindigkeit loggst du aber oft,
aber so hat man sicherlich immer das passende Modell dabei
und erlebt kaum überraschungen.


- da weiss ich wo ich mich hin und wieder mal mit Grill sehen lassen muss.
( bei dem tollen Gelände ! )



Gruss
Andreas

Update

Update

Möchte mal ein kurzes Update machen.

Die Station ist vor wenigen Wochen langsam ausgefallen. Es begann schleichend mit einem sporadischen Ausfall des Wind und Temperatur Messcomputers. Auffallend war, dass bei trockenem und warmen Wetter die Station besser funktionierte. Nach einigen nassen und windigen Tagen ist dann plötzlich nicht mehr gegangen.

Nach dem die Station abgenommen wurde und ich diese auf meinem Arbeitstisch geöffnet hatte, zeigte sich folgendes Bild.

- im Inneren des eigentlich wasserdichten Gehäuses fand sich ein Teelöffel Wasser
- auf allen Oberflächen waren feine Wassertröpfchen vorhanden, speziell auf den blanken Metallflächen (Printplatten)
- die Weitwinklenlinse der Kamera hatte im inneren Wasser angesammelt (sie war von Aussen nicht durch ein extra Fenster geschützt).
- im einen Ausleger mit dem Helligkeitssensor hatte sich ebenfalls Wasser im Gläschen angesammelt (steht mit der Öffnung nach unten).

Nach etwas Recherge für Outdoor-Gehäuse kann man folgendes sagen:

Die Abends abkühlende Luft ist feuchter und wird durch den schwindenden Druck ins Gehäuse gezogen. An den bereits stark abgekühlten Metalloberflächen kondensiert die Feuchtigkeit aus und wird nicht mehr in Wasserdampf übergehen. Durch das tagelange schlechte Wetter wurde verstärkt Wasser in das Gehäuse transportiert. Die Elektronik wurde durch die auf allen Flächen entstehenden Tröpfchen quasi kurzgeschlossen und hat den Ausfall verursacht.

Nachdem die Anlage im warmen Hobbykeller getrocknet ist, funktionierte wieder alles einwandfrei.

Folgende Massnahmen sind vorgesehen:

- Die Elektronik bekommt ein Gehäuse in Gehäuse, hermetisch geschützt.
- Die Heizung (ist bisher noch nicht zum Zuge gekommen) wird autonom ausgeführt und heizt das im inneren hermetisch geschlossene Gehäuse
- Das Hauptgehäuse bekommt auf der Unterseite Bohrungen damit Wasser abfliesen kann.
- Die offenen Rohre der Ausleger werden mit geeignetem Material verschlossen
- Die von Hand gelötete Elektronik wird durch maschinell gefertigte Platinen ersetzt.


Wasseralarm!

Hallo Uwe,

Andreas hat mich gestern drauf aufmerksam gemacht, dass Du auch ein Wasserproblem hast.

Gleiches Problem hier:



Ich werds nicht mit offenem Gehäuse probieren, sondern sowas einsetzen:

https://www.conrad.de/de/druckausgl...weidmueller-dae-m12-pa-short-1-st-536005.html

Ausserdem Gehäusedämmung, um einerseits im Winter wohlige Wärme zu erhalten (Abwärme durch Netzteil), andererseits auch im Sommer die Hitze draussen zu halten. (So der Plan )

Grüße,

Daniel