Jemand Lust eine Raspberry Wetterstation mit zu bauen?

[Thomas M.]

Prof.Mobilux Was machst du mit der Blitzinfo wenn du das mal integriert hast?

Der Sensor liefert soweit ich nachlesen konnte die ungefähre Entfernung (interpretiere ich aus "avg_distance") und einen Blitzzähler.


Ich habs jetzt mal bei mir drin, weiß aber nicht recht was ich mit der Info anfange.
Derzeit benachrichtige ich mich wenn ein Blitz 10km oder weniger entfernt eingeschlagen hat.
Mal sehen wie die Integration tut.

[Labmaster]

Erinnert mich ein bischen an das Projekt "BURLI" aus dem KNX User Forum von 2019.
https://knx-user-forum.de/forum/%C3%.../1342036-burli

Das Ding war zwar eigentlich für Radioaktivität konnte dann aber auch unter anderem Blitzdaten auf den KNX Bus ausgeben.

[Prof.Mobilux]

Interessant - wenn ich es richtig sehe, ist der dort in der Burli-Extension verbaute Blitzsensor ist der gleiche, den wir auch verwenden werden: der AS3935. Sie haben das Modul ja quasi auch nur von ELV "dazugekauft". Screenshot aus der Anleitung - man sieht die Antenne mit MA5532-AE beschriftet:



Was ich mit den Daten bzw. dem Sensor machen will? Keine Ahnung Vermutlich das gleiche wie mit der Windrichtung: Auch die brauche ich für eine Automatisierung nicht. Aber ich baue die Wetterstation auch zur allgemeinen Erfassung der Wetterdaten, um sie z. B. in die entsprechenden Portale einzufüttern, eigene Auswertungen zu machen, aus Spaß an der Freude, ...

[Prof.Mobilux]

So langsam sieht man, dass es mal eine Wetterstation werden soll



Am meisten Probleme bereitet mir aktuell die Abdeckung des Licht-Sensors. Mein erster Versuch, so eine milchig-transparente Fresnel-Linse eines Bewegungsmelders zu verwenden, ist ja grandios gescheitert.

Nächster Versuch war eine 13 mm LED-Linse (komplett transparent) - Idee war, dass durch den Linseneffekt das Licht recht gut auf den Sensor geleitet wird. Die Linse soll einen Einstrahlwinkel (als LED-Linse eher der Ausstrahlwinkel) von 100° haben. Aber auch die Linse hat bei ca. 6000 Lux Umgebungslicht gut 2000 Lux geschluckt. Also auch 30% Verlust --> ungeeignet. Und das, obwohl ich den Sensor wirklich direkt unter die Linse gebaut hatte. Schade, davon hatte ich mir recht viel erhofft.



Bestes Ergebnis ist aktuell wirklich eine große Kuppel (Ersatzteil einer Dome-Kamera) - hier hat die Kuppel noch gut 500 Lux geschluckt (bei einer Gesamthelligkeit von 6000 Lux), wobei der Sensor nicht optimal platziert war. Ich denke wenn ich ihn noch etwas höher setze, dann sollte das recht gut funktionieren. Die Kuppel ist zwar auch recht teuer (~7 EUR mit Versand), aber was soll's...

[Thomas M.]

Ist das Geheimnis eienr genauen Messung eventuell eine weiße Abdeckung?

Jedes Messgerät von teuer bis billig hat eine nicht transparente weiße Halbkulgel drauf - Diffusor.

[Prof.Mobilux]

Das dachte ich auch - siehe hier: https://www.loxforum.com/forum/mein-...648#post439648

Ich denke das ist auch kein Problem, solange du den Sensor dann mit Abdeckung kalibrierst. Aber wir wollen ja nicht erst mit einem teuren Messgerät neu kalibrieren, daher darf die Abdeckung möglichst keinen Einfluss haben.

[Prof.Mobilux]

Sooooo, mit den 3 Lichtsensoren bin ich nun endlich weiter MIt der transparenten Kuppel der Domekamera habe ich nun endlich auch vergleichbare Werte zu den beiden FOSHK-Wetterstationen meiner Nachbarn. Wegen der mittlerweile recht tief stehenden Sonne ist es bei uns im Garten etwas schwierig, noch eine unbeschattete Sicht zu bekommen, aber wenn die Sonne (wie bei der Station meines Nachbarn) direkt auf den Sensor scheint, stimmen die Werte sehr gut überein (rotes Rechteck im Trend).



Damit bin ich zufrieden. Im Bereich > 100.000 Lux müssen wir eventuell etwas korrigieren, das wird dann aber wohl erst im nächsten Sommer etwas

Im Gehäuse habe ich insgesamt 4 Sensoren untergebracht:

1. Helligkeitssensor (VEML7700, Ausgabe in Lux)
2. Dämmerungssensor (KY-018, Photodiode, Ausgabe in "Prozent Dämmerung")
3. UV-Sensor (Ausgabe UV-Index)
4. Blitzsensor (AS3935, Ausgabe Anzahl Blitze, Zeitpunkt letzter Blitz, Entfernung in km)

[Prof.Mobilux]

Im Wiki sind nun die 3 Kapitel für den Helligkeitssensor auch fertig gestellt:

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/9_light_sensor

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/10_uv_sensor

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/11_twilight_sensor

[Prof.Mobilux]

Und dann habe ich mal Kassensturz gemacht und eine erste überschlägige Gesamtkostenrechnung gemacht. Wie schon einmal erwähnt habe ich bei den Wind- und Regensensoren zwei verschiedene Varianten probiert: Einmal eine hochwertige Version (Aluminium) und einmal die Standard-Variante aus den Ecowitt-/FOSHK-Wetterstationen, wo es ja auch schon Rückmeldung gab, dass diese auch einwandfrei funktionieren.

Die Kostenrechnung sieht wie folgt aus:



Das Kostenziel von 100 EUR habe ich damit leicht verfehlt Auf der anderen Seite bekommt man für 260 EUR bzw. 350 EUR eine aus meiner Sicht wirklich richtig gute Wetterstation, die so ziemlich alles hat, was das (Wetter-)Herz begehrt. Das ist auch weit mehr als die FOSHK-Stationen in der Standardausstattung bieten. Von der Loxone-Wetterstation gar nicht erst zu reden. Und Dank LoxBerry inklusive Wettervorhersagen über Weather4Lox, Vorhersage von Solarstrahlung über PV Solcast usw. (um nur mal die Haupt-Plugins mit Wetterbezug zu nennen). Sparen kann man natürlich, wenn man einige (teurere) Sensoren weglässt, die man nicht unbedingt benötigt (den Blitzsensor z.B.).

Alles in allem bin ich wirklich zufrieden, allerdings stecken da auch massig Arbeitsstunden drin. Das sollte man nicht vergessen, wenn man das Projekt selbst umsetzen will.

[Prof.Mobilux]

Schon vor etwas längerer Zeit habe ich den Regenmengensensor fertiggestellt. Nun ist auch das entsprechende Kapitel im Wiki verfügbar:

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/7_rain_amount

Wie schon erwähnt habe ich mich für einen etwas größeren (und damit mit 50 EUR aber auch etwas teureren) Sensor entschieden, da dieser recht nahe an die standardmäßg verwendeten Regenmengenmesser nach Hellmann herankommt und mir mechanisch einfach sehr viel robuster erschien als die günstigen Ecowitt-Sensoren. Aber auch zu dem günstigen Ecowitt-Sensor wird es noch ein Kapitel geben, da dieser nach berichten hier im Forum ja auch einwandfrei funktionieren soll.

[Prof.Mobilux]

Die beiden Kapitel für den Windgeschwindigkeitssensor sowie den Windrichtungssensor sind nun auch im Wiki online:

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/5_wind_velocity

https://wiki.loxberry.de/howtos_knowledge_base/loxberry_wetterstation/6_wind_direction

Auch hier folgen noch die Kapitel zu den günstigeren Sensoren von Ecowitt. Die beiden hier verwendeten Sensoren sind von Renke (Vertrieb ComWinTop) und machen einen sehr guten Eindruck. Sie sind aus Alu und scheinen mir auf Langlebigkeit ausgelegt zu sein (lackierte Platine, O-Ring-Dichtungen im Gehäuse und Stecker, keine mechanischen Reedschalter).

[Prof.Mobilux]

Am Wochenende habe ich den letzten Sensor fertiggestellt: Den Solarstrahlungssensor.

Alle professionellen Wetterstationen nutzen dazu ein (sehr teures, aber auch sehr genaues) thermophiles Pyranometer. Dieses misst die direkte und indirekte Strahlung anhand der Temperaturänderung eines speziellen schwarzen Körpers. Es misst also die Wärmeenergie, die direkt proportional zur Strahlung ist.

Ich habe mich in der Wetterstation für ein deutlich günstigeres Silicon-based Pyranometer entschieden. Das macht sich zu nutze, dass der Kurzschlussstrom einer Solarzelle direkt proportional zur einfallenden Strahlung ist. Hat man aus dem Datenblatt dazu die Angabe des maximalen Kurzschlusstromes Isc (gemessen bei 1000 W/m²), liefert das quasi die Kalibrierung mit dazu. Dieser Typ an Pyranometern misst jedoch nicht die Wärmeenergie sondern die Anzahl an Photonen, die auf die Solarzelle einfallen. Quelle: https://www.explainthatstuff.com/how...ters-work.html und https://www.pveducation.org/pvcdrom/...olar-radiation

Die einfachste und günstigste Variante ist die Nutzung einer lichtsensitiven Photodiode. Entsprechend kalibriert geben diese Sensoren die Helligkeit in Lux aus. Obwohl es eigentlich keinen physikalischen Zusammenhang zwischen der Helligkeit (gemessen in Lux) und der Solarstrahlung gibt, gibt es wissenschaftliche Ausarbeitungen, die genau diesen Zusammenhang dennoch mit einer gewissen Fehlertoleranz hergeleitet haben, siehe hier: https://www.extrica.com/article/21667/pdf Alle FOSHK-Wetterstationen nutzen genau diese Umrechnung (Faktor 126,7), um die Solarstrahlung auszugeben. Für den privaten Gebrauch ist das sicherlich auch ausreichend.

Aufbau:

Ich habe eine Solarzelle mit folgenden Daten verwendet: 1V, 500 mA Nennstrom (Isc: 558 mA). Diese habe ich an den Stromsensor INA219 angeschlossen. Basis ist die Idee aus dieser Anleitung gewesen: https://solarduino.com/diy-irradiati...-with-arduino/

Damit man eine möglichst hohe Genauigkeit erhält, sollte die Spannung der Zelle möglichst klein sein und der Kurzschlusstrom aber möglichst hoch. Gleichzeitig benötigt man auch noch ein Datenblatt mit der Angabe des Kurzschlusstroms Isc bei Normbedingungen (1000 W/m²). Es war gar nicht so einfach eine passende Zelle zu finden.... Aber nach einigen Stunden Ali-Express-Recherche bin ich dann doch fündig geworden :-)

Die Zelle habe ich einfach auf ein wasserdichtes Gehäuse geklebt.



Vergleich:

Aktuell ist es bei uns leider sehr bewölkt, sodass ich eine hohe Solarstrahlung nicht messen kann. Aber im unteren Bereich war ich doch sehr zufireden mit den Testergebnissen. Ich habe dabei die gemessene Solarstrahlung der Solarzelle verglichen mit dem Lux-Sensor (Umrechnung: 126,7 analog den FOSHK-Wetterstationen) sowie wieder der FOSHK-Wetterstation meines Nachbarn (die räumlich etwas höher angeordnet ist und weniger Abschattung aufweist als mein Testaufbau). Die Abweichungen der einzelnen Messungen waren minimal:


Die Solarzelle in Kombination mit dem INA219 Sensor ist sehr Nahe an der "Abschätzung" über den Luxsensor dran und entspricht auch den Werten der FOSHK-Wettersation. Zudem hat der INA219 eine extrem gute Messgenauigkeit, sodass auch kleinste Ströme (also geringe Solarstrahlungen) noch sehr gut aufgelöst werden.

Man sieht aber auch, dass die Umrechnung vom Helligkeitssensor (Lux) in die Solarstrahlung über einen festen Faktor auch analoge und gute Ergebnisse liefert. Ich denke aber, dass bei größeren Strahlungen bzw. hohen Helligkeiten hier die Abweichung größer wird. Ich hatte schon bei den Ausarbeitungen zum Helligkeitssensor festgestellt, dass dieser bei sehr hohen Helligkeiten eine deutliche Abweichung aufweist.

Von daher bin ich ganz zufrieden damit, dass ich mich für einen separaten Solarstrahlungssensor entschieden habe.

[Prof.Mobilux]

Einen weiteren Sensor habe ich doch tatsächlich vergessen: Den digitalen Regensensor

Wir haben ja zur Erfassung der Regenmenge bereits einen Regenmengen-Sensor verbaut: https://www.loxforum.com/forum/mein-...699#post442699 Diese Sensoren können aber kleine Regenmengen oder Niesel nicht korrekt erfassen. Sie erfassen meist Mengen >= 1 mm/h. Ein digitaler Regensensor misst die Feuchtigkeit auf einer Sensorfläche und schaltet sich dann bei einem gewissen Schwellwert ein. Man erhält ein digitales Signal, d. h. Regen JA oder NEIN.

hismastersvoice hatte hier schon den Hinweis gegeben, dass diese Sensoren häufig auch Fehlanzeigen produzieren (z. B. bei Nebel und Tau). Ich habe daher einen Sensor mit Heizung bestellt, der einen Relaisausgang hat. Diesen habe ich an einen GPIO des Raspberry angeschlossen. Die Sensoren gibt es überall bei Ali Express und auch bei Amazon mit verschiedenen Schnittstellen und mit und ohne Heizung. Sie sind alle baugleich.



Leider ist es aber so, dass man die Heizung nicht manuell schalten kann. Sie schaltet sich nur bei Temperaturen < 0°C automatisch ein (laut Datenblatt, aber siehe dazu weiter unten). Somit ist die Heizung bei Tau/Nebel eigentlich unnütz. Ich habe mir den Sensor angeschaut und man könnte ihn so umbauen, dass man die Heizung mit einem Relais manuell bzw. über eine Logik schalten könnte. Das habe ich aber vorerst nicht umgesetzt.

Ein weiterer Wermutstropfen: Die Empfindlichkeit des Sensors lässt sich leider nicht einstellen - zumindest bei der Relaisvariante nicht. Das ist sehr schade.

Heute hatten wir nun Nebel (rel. Luftfeuchtigkeit 100%, Temperatur 3,3°C). Wir hatten wirklich überall Tau, siehe hier:



Positive Überraschung: Der Sensor hat keinen Regen angezeigt. Er war komplett trocken - nach Kontrolle war auch klar warum: Er hatte seine Heizung eingeschaltet. Das ist ja schon einmal sehr positiv. Da offensichtlich die Angabe von 0°C zur Einschaltung der Heizung laut Datenblatt nicht stimmen, stellt sich jetzt natürlich die Frage ab wann sich die Heizung wirklich einschaltet (mit 3,3°C waren wir heute ja recht Nahe an 0°C dran). Wenn sich die Heizung bereits bei irgendwas < 10°C einschaltet, dürfte das Tauproblem zu 99% nicht auftreten.

Mal sehen wie er sich jetzt so über den Herbst schlägt.

[Lenardo]

mein Angebot mit den PCB`s steht natürlich noch, ich denke es ist sinnvoll auch gleich eine PCB für die Sensoren zu machen, meine Sensoren sind unterwegs und auch die Kuppel, ich hab mir mal ein Dummy gemacht, wenn die Sensoren da sind bestell ich die PCB`s ich denke ich muss die Klemmen noch versetzen und die Print über die ganze Fläche ausnutzen, den Deckel drucke ich selbst dann passt die Kuppel besser hinein

[Prof.Mobilux]

Das wird auf jeden Fall cool!

Bei mir passte die Kuppel perfekt - ich hatte einen passenden Kreis-Holzbohrer (so einen mit verschieden großen Ringen für 10 EUR aus dem Baumarkt). Der passte exakt für die Kuppel. Beim selbstdrucken musst Du aufpassen, dass das Ganze dann auch wetter- und UV-beständig ist.

[Lenardo]

Ja druck ich mit petg und mit derselben nut und dichtung wie beim original, die Kuppel würde ich gerne mit einer dichtung verschrauben ohne silikon

[Prof.Mobilux]

Gute Idee. Ich hab MOntagekleber genommen, weil Silikon ja eigentlich keine Dichtung ist (sagt zumindest jeder Sanitärfuzzi :-)) Aber ob MOntagekleber wirklich UV-beständig ist und dicht hält, muss er auch erst noch beweisen...

[Lenardo]

meine Sensoren sind da und ich bestelle morgen die PCB`s, bis die da sind und getestet hab ich vermutlich auch die Kuppel bekommen und das Gehäuse für die Kuppel auch fertig, dann gebe ich Feedback über beides

[Prof.Mobilux]

Seit ca. 14 Tagen läuft die Wetterstation bei mir im Probebetrieb im Garten.




Aktuell bin ich dabei die Software zu erstellen, die es in Form eines LoxBerry Plugins geben wird. Insgesamt wird die Station 3 Plugins benötigen: Das Multi IO Plugin erfasst die Rohdaten der Sensoren, das "LoxBerry Weatherstation" Plugin wandelt diese entsprechend in Wetterwerte um und sendet sie im bekannten (und weit verbreiteten) Ecowittformat weiter zum Beispiel an das FOSHKplugin. Letzteres berechnet noch einige zusätzliche Werte und sendet dann per MQTT oder UDP an den Miniserver und weitere Wetterdienste.

+------------------------------------+
|         MultiIO-Plugin             |
|   Erfassung der Sensor Rohdaten    |
+------------------------------------+
                 |
                 | MQTT
                 |
+------------------------------------+
|    LoxBerry Weatherstion Plugin    |
|     Berechnung der Wetterdaten     |
+------------------------------------+
                 |
                 | Ecowitt
                 |
+------------------------------------+
|           FOSHKplugin             |
|     Forwarder an Wetterdienste     |
+------------------------------------+
                 |
                 | MQTT/UDP
                 |
+------------------------------------+
|            Miniserver              |
+------------------------------------+​

Danke an olicat für sein FOSHKplugin und das geduldige Beantworten meiner vielen Fragen zur Abnindung