Windrichtung richtig mitteln (und visualisieren)?

[soko]

Hallo Leute,

Ich hab mir für Modbus einen Windrichtungs (-und -speed) Sensor zugelegt.

Vom Windrichtungssensor hole ich mir alle 5 Sekunden die Richtung. Diese wird als Integer von 0-359 geliefert (0=Norden, 180=Süden, ...).
Jetzt hab ich - um auch die Historie der Richtung zu sehen - einfach die Statistik aktiviert und lass mir das Mittel über 10 Minuten aufzeichnen.

Bin aber jetzt auf 2 Probleme draufgekommen.

1. Problem: Falsche Mittelung
Wenn sich der Wind um Norden herumdreht wird falsch gemittelt!
Einfaches Beispiel: Arithmetisches Mittel von 2 Messwerten:
Messwert 1: 355°
Messwert 2: 5°
Mittelwert: 180° => SÜDEN
Richtig: 0° => NORDEN

Das Problem tritt natülich jedesmal auf sobald ein Messwert näher zu Norden als zu Süden ist!
Hat Loxone hier was passendes?
Wenn nicht - wovon ich ausgehe - wie kann ich das selbst richtig mitteln mit den Loxone-Bausteinen?
Hab hier schon länger überlegt aber komme zu keinem grünen Zweig


2. Problem: Graphische Anzeige
Diese Windrichtung in Grad wird mir wie Temperatur in einem Graphen angezeigt. Was natürlich blöd aussieht wenn der Wind wieder ca. aus Norden kommt. Denn dann kann ich manchmal einen Wert von 2° haben und dann wieder 357°.
Beide Werte sind graphisch weit voneinander weg, aber in im richtigen Leben nah beinander.
Hat Loxone hier irgendwas um sowas graphisch im historischen Verlauf schön & nett darzustellen?
Meine Hoffnung ist hier aber sehr gering

Danke
Soko

[romildo]

Wenn Du den Wetterservice von Loxone abonierst, wird die Windrichtung auch angezeigt.

Wenn Du das nicht möchtest, könntest Du einen Statusbaustein dafür verwenden.

[BSiege]

Die Formel dazu: https://en.wikipedia.org/wiki/Yamartino_method .
Habe eine Arduino implementation mit dieser Library geschafft: https://github.com/SAIC-ATS/Algorithms
Das sollte in PicoC auch möglich sein. Weitere Alternativen: Das Ganze durch eine gute Wettersoftware erledigen lassen, z.B. http://www.weewx.com/ die locker auf einen Loxberry passt. Oder Meteohub. Die liefern die Daten dann auch als Text...

[soko]

Perfekt Jungs,

Ich hab mal den Statusbaustein bemüht und auf 16 Kreissegmente eingeschränkt. Somit bekommt meine History-Aufzeichnung nur mehr 0 22,5 45 ... grad zu Gesicht.
Ist zwar besser aber löst das Problem noch nicht ganz: Wenn der Wind zwischen 337,5° und 0° herumspringt ist das Mittel trotzdem falsch.

BSiege : Sowas hab ich gesucht, perfekt! Muss mich damit aber mal beschäftigen wenn ich mehr Zeit hab. Zuerst mit der Formel und dann mit dem umsetzen in PicoC

[Jan W.]

Die Formel von Yamartino ist gar nicht so kompliziert, wie sie auf den 1. Blick aussieht, wenn nur die Richtung benötigt wird: lediglich der SIN und COS der Werte muss berechnet und die Durchschnitte gebildet werden. Aus diesen beiden Durchschnitten berechnet atan2 die Windrichtung. Pico C kann zwar kein atan2, aber die Funktion lässt sich leicht mit atan anhand der Bedingungen für x und y herleiten: https://de.wikipedia.org/wiki/Arctan2 (Abschnitt Formel). Ich hatte mal ein Pico C Skript geschrieben, um eine gleitende durchschnittliche maximale Windgeschwindigkeit zu berechnen, weil mir der Baustein von Loxone zu träge war.

Vielleicht kannst Du das Skript als "Grundlage" nehmen, siehe https://www.loxforum.com/forum/germa...eigen#post1087. Die Formel von Yamartino lässt sich CPU-schonend implementieren, indem die Werte für sin und cos in einem Array zwischengespeichert werden und der jeweils älteste Wert von der laufenden Summe abgezogen und der Neue addiert wird.

Ich habe gerade mal die Formel mit Excel nachgebaut, siehe Anhang.

Gruß Jan

[soko]

Servus Jan,

Ja hab ich schon gesehn. Was Yamartino da macht ist eigentlich recht simpel UND CLEVER:
Den Durchschnitt von X/cos und Y/sin berechnen und dann wieder mittels atan2 den Zeiger/Grad der Resultierenden der beiden Durchschnittswerte rechnen.
Danke, ich seh mir auf alle Fälle dein Script mal an!

thx
Soko

PS: Bleibt also nur mehr Problem2 meines Eröffnungsposts übrig. Aber da hab ich wenig Hoffnung das irgendwie schön historisch darstellen zu können

[soko]

Also bin ich schon ganz "DEPPAT" oder einfach nur blind:
Wo find ich den das Log-Fenster im Loxone-Config wo bei PicoC-Programmen das printf() hingeht????

[Christian Fenzl]

Schon gestern (bevor Yamarto gefallen ist) hab ich mit Winkelfunktionen herumprobiert - das ist echt sehr spannend!

Ich werfe mal ein paar Formeln ins Feld. Was noch fehlt ist ein Status-Baustein, der entsprechend cos und sin jeweils größer oder kleiner 0 bei beim ARCTAN-Ergebnis eine Konstante addiert (damit es ein echter ATAN2 wird).

Die Winkelfunktionen von Loxone (und auch Excel) sind im Bogenmaß - das ist sehr verwirrend, wenn man sonst die ganze Zeit mit Grad arbeitet.

[soko]

Ja, ich bin auch grad dabei was in PicoC zu schreiben. Leider kann ich dein Loxone-File nicht öffnen. Hab Config v7
Magst ev. einen screenshot posten...

[Christian Fenzl]

Das ist V7. Bin nicht mehr am Rechner...

[Christian Fenzl]

Das ist jetzt mit Statusbaustein.
Man müsste dann nur noch nach SIN und COS einen gleitenden Mittelwert einfügen, dann kommt schon mal in etwa die durchschnittliche Windgeschwindigkeit heraus.
Das ist aber noch nicht Yamarto, das ist noch etwas komplexer.

[Christian Fenzl]

Hier noch die V3 gleich mit dem gleitenden Mittelwert.

Ich hab dabei erst bemerkt, dass nicht der Wind-Mittelwert (wie in Jan W. Excel und meinem Programm) die Yamartino-Methode ist.

Die Yamartino-Methode ist eigentlich die Berechnung der Standardabweichung der einlaufenden Windrichtungen. Die habe ich in der Datei nun auch noch dazu genommen, ist aber eigentlich für den Heimgebrauch nicht sehr aussagekräftig (man würde damit erkennen, wenn sich der Wind stark dreht).

[soko]

OK Leute,
Ich hab meine simple Version fertig und sie funktioniert soweit OK.
Falls jemand einen Fehler/Unschönheit entdeckt bitte melden

// An Input0 (AI) muss die aktuelle Windrichtung von 0-359 (Genauigkeit wird nur als integer genommen) Grad anliegen
// Raus kommt (AQ) die gemittelte Windrichtung ebenfalls von 0-359.999999 Grad.
// Disable/enable debug mode (writes log messages)
#define DEBUG_MODE 0
// 10 minutes
#define AVG_PERIOD 600
//  5 seconds
#define POLL_INTERVAL 5
#define PI 3.14159265359

//VARIABLES
int maxValuesCount;
int valuesCount;
int value;
int valuesSum;
float sinSum;
float cosSum;
float sinAvg;
float cosAvg;
float valueAvg;
float wda; // Wind-Direction-Average von 0 bis 359

//PROGRAMM
maxValuesCount = AVG_PERIOD / POLL_INTERVAL;
valuesCount = 0;
valuesSum = 0;
sinSum = 0;
cosSum = 0;

if (DEBUG_MODE) printf("Wind-Direction-Average (WDA) started with Period=%d[s] and PollInterval=%d[s]", AVG_PERIOD, POLL_INTERVAL);

// Damit beim Start auch was da steht Input => Output kopieren
setoutput(0,getinput(0));

while (TRUE)
{
    // Aktuelle Windrichtung ganzzahlig lesen
    value = (int)getinput(0);
    valuesSum += value;
    sinSum += sin(((float)value) * PI / 180);
    cosSum += cos(((float)value) * PI / 180);
    valuesCount ++;

    if (DEBUG_MODE) printf("WDA: value=%d valuesSum=%d sinSum=%f cosSum=%f valuesCount=%d", value, valuesSum, sinSum, cosSum, valuesCount);

    if (valuesCount >= maxValuesCount) {

        valueAvg = (float)valuesSum / (float)valuesCount;
        sinAvg = sinSum / (float)valuesCount;
        cosAvg = cosSum / (float)valuesCount;

        // Jetzt den atan2 "händsich" bestimmen

        // Wenn ich keinen X-Anteil habe, dann liefert der atan ERROR!
        // Es kann aber nur 90 oder -90 dann sein!
        if (cosAvg == 0.0) {
            if (sinAvg >= 0.0) {
                wda = PI / 2;
            } else {
                wda = - PI / 2;
            }
        } else {
            // atan(y/x) funktioniert!            
            wda = atan(sinAvg/cosAvg);

            if (sinAvg < 0.0 && cosAvg < 0.0) {
                // Quadrant 3
                wda -= PI;
            } else if (sinAvg >= 0.0 && cosAvg < 0.0) {
                // Quadrant 2
                wda += PI;
            }
        }

        // Keine negativen Werte
        if (wda < 0.0)
            wda += 2 * PI;

        // In Grad zurückrechnen
        wda = wda * 180 / PI;
        if (DEBUG_MODE) printf("WDA: valueAvg=%f wda=%f (sinAvg=%f cosAvg=%f)", valueAvg, wda, sinAvg, cosAvg);
        setoutput(0,wda);

        // Letzten Wert gleich als 1. für die neue Reihe nehmen
        valuesSum = value;
        sinSum = sin(value * PI / 180);
        cosSum = cos(value * PI / 180);
        valuesCount = 1;
        if (DEBUG_MODE) printf("WDA: value=%d valuesSum=%d sinSum=%f cosSum=%f valuesCount=%d", value, valuesSum, sinSum, cosSum, valuesCount);
    }

    sleeps(POLL_INTERVAL);
}

[Pierre]

OK Leute,
Ich hab meine simple Version fertig und sie funktioniert soweit OK.
Falls jemand einen Fehler/Unschönheit entdeckt bitte melden

Bei mir funktioniert es leider nicht, bekomme am AQ die gleichen Werte wie beim AI.
AI bekommt die Daten via Loxberry Weather4Loxone die ich via Http abrufe.
Somit kommt z. B. die Windrichtung 237 rein und wieder raus.

Hab es jetzt mit einem Status-Baustein einfacher und simpler gestaltet.
Da wir uns für Rollos und gegen Raffstores entschieden haben langt dies mir auch vollkommend.


Falls ich mal zu viel Zeit haben sollte werde ich es auch noch auf NNO usw. erweitern.

[LoxMunich]

Hallo,

ich habe bei mir leider das Problem, dass die Mittelwertberechnung einen seltsamen Wert ausgibt, obwohl ich meine, alles korrekt aus obigem Beispiel übernommen zu haben. Sieht jemand den Fehler und kann mir weiter helfen?