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Wetterstation

Immer mal wieder werde ich auf meine Wetterstation angesprochen. Resp. meistens beginnt das Gespräch so: "Du hast ja eine Wetterstation, wie wird denn das Wetter am Wochenende ?". Auf meine Antwort: "Frag mich am Montag und ich sags dir im Detail", reagieren die Meisten dann etwas verwirrt :-) Erst nach der Erklärung, dass eine einzelne Wetterstation nicht in die Zukunft schauen kann, sondern nur das Vergangene aufzeichnet, realisieren dann doch die Meisten, wie doof die Frage eigentlich war ...

An dieser Stelle möchte ich euch nun also "meine" Wetterstation vorstellen. Ich messe die Umgebungsbedingungen eigentlich schon recht lange und mit unterschiedlichen Messegräten. Begonnen hat es bereits in der Kindheit mit einer simplen Temperaturanzeige, später kam dann noch die Feuchtigkeit dazu und irgendwann einmal hatte ich eine "Wetterstation", welche zusätzlich auch noch den Luftdruck bzw. dessen Verlauf anzeigt. Die Gerät wurden im Laufe der Zeit immer etwas besser, genauer und auch teurer ... In der ersten eigenen Wohnung kaufte ich mir dann die erste Wetterstation und montierte sie in einer mehr oder wenigen Nacht-und Nebelaktion auf dem Dach. Es war der Vorgänger der Station KS300 von ELV mit dazu gehöriger Innenzeige. Bereits bei dieser Station war die Idee die Daten am Computer zu haben und im Internet zu veröffentlichen, was damals (und da sprechen wir vom Jahre 2002) nicht unmöglich, aber dennoch nicht so einfach wie heute war. Gut lag auch an meinen damaligen Programmierkenntnissen ...
Die Zuverlässigkeit der Station und auch die Genauigkeit liess schon ziemlich auf sich warten, was mich dann in der ersten gemeinsamen Wohnung mit Sandra dazu bewegte die Nachfolger-Wetterstation KS300 zu kaufen und im Garten zu montieren. Die Geschichte dazu findet ihr auf meiner "alten" Wetterstationsseite. Aber auch diese Station hat mich mich restlos überzeugt und ich entschloss mich selber eine Station komplett aus Einzelsensoren aufzubauen. Die Geschichte dazu könnt ihr hier nachlesen.

Der Aufbau der Wetterstation aus Einzelkomponenten war höchst interessant und ich habe viel gelernt, leider hatte ich aber auch ein paar unüberwindbare Hindernisse, was mich schlussendlich dazu bewog mir endlich eine professionelle oder zumindest semi-professionelle Wetterstation zuzulegen. Hintergrund war natürlich auch der, dass ich deren Einbau beim Umbau des Hauses/Hausautomation gleich berücksichtigen konnte. Es handelt sich dabei um eine bzw. zwei Stationen der Marke Reinhardt-Testsysteme aus Deutschland. Ähm, Korrektur. Seit dem Jahr 2020 ist eine dritte Station dazugekommen ...

Folgende Stationen werden nun derzeit verwendet:

Links die "Alte" Station, in der Mitte die "Professionelle" und rechts der Eigenbau Die "Professionelle" Wetterstation auf dem Dach, zusammen mit anderen Sensoren
  • Kombi-Sensor DFT-RE 1MV, welcher exakt 2m über Gras bewachsenem Boden die Temperatur, Luftfeuchte, Regenmenge, sowie den Luftdruck misst. Diese Station (also der Regensensor) ist mit einer automatischen Heizung ausgestattet. Als Zusatzsensor ist der Helligkeitssensor angeschlossen.
  • Kombi-Sensor WGWR 1M, welcher 6.5m über Boden (und 2m über dem Dach) die Windrichtung als auch die Geschwindigkeit erfasst. Als Zusatzsensoren sind daran sowohl der Globalstrahlungs- (Sonneneinstrahlung), der UV- als auch der Wolkensensor angeschlossen
  • Erdsensor 140, welcher am Kombisensor DFT-RE 1MV angeschlossen ist und die fünf Bodentemperaturen (-1m, -0.5m, -5cm, +5cm und +30cm) misst. Als Schutz vor dem Rasenmähroboter ist er gleich unmittelbar neben der Basisstation des Roboters vergraben.
Die aktuellen Wetterdaten dieser Sensoren befinden sich hier.

Die grössten Vorteile dieser Station sind nebst der hohen Datenqualität (die Sensoren sind kalibriert, mit Zertifikat) vor Allem der einfache Umgang mit den Daten. Beide Stationen liefern alle zwei Sekunden einen Datenstring über die serielle Schnittstelle.


Dieser Datenstring wird via seriell-zu-IP-Wandler via Netzwerk an den Hausautomationspc geleitet und von der Wetterstationssoftware ausgewertet. Alle fünf Minuten wird daraus eine Zeile im ähnlichen Format auch an die Hausautomationssoftware gegeben (resp. von dort abgeholt) und daraus die Wetterdaten mit weiteren Sensoren aufbereitet und sowohl intern verwendet, als auch auf der linken Seite auf meiner Webseite angezeigt.

--> Also eigentlich ist das ganze technisch etwas aufwändiger: Die Wetterstationssoftware läuft zweimal auf dem Hausautomationspc, einmal für die Station im Garten und einmal für die Station auf dem Dach. Beide Instanzen haben eine virtuelle serielle Schnittstelle, welche auf den seriell-zu-IP-Wandler zugreift. Dadurch sind die Wetetrstationen quasi virtuell direkt mit der Software verbunden, so wie sie es wären, wäre die Station und der PC weniger als 15m (max. Kabellänge bei RS-232) voneinander entfernt. Die Software legt die Daten wie erwähnt alle fünf Minuten im Verzeichnis eines simplen auf Windows lauffähigen Webservers (Mini-Webserer 2010) ab. Von dort kann dann die Hausautomation die Dateien der beiden Wetterstationen via PHP-Befehl abholen und die Daten entsrechend auswerten.

Warum ich dazu einen Webserver verwende ? Gute Frage. Der Grund ist simpel. Früher oder später soll der Hauautomtionspc auf welchem derzeit sowohl die beiden Instanzen der Wetterstation, als auch IP-Symcon als Hausautomtionssoftware läuft nicht mehr alles beinhalten. Die Idee ist es, IP-Symcon auf dedizierter Hardware die sog. Symcon-Box laufen zu lassen. Dies ist bereits die Voraussetzung dazu...

Der entsprechende PHP-Code, welcher sich um die ganze Auswertung und Meldung der Daten kümmert hat mit aktuell 942, also fast 1000, Zeilen PHP-Code. Darin sind natürlich auch eine ganze Reihe an Alarmierungen und Überprüfungen, sollten die Daten falsch, bzw. eine Station ausgefallen sein. Auf dem Webserver selber (also hier, wo auch die Webseite läuft) ist ebenfalls etwas Code verbaut, die Hausautomation liefert die Daten ja quasi nackt, um die Daten optisch etwas aufzuhübschen (also nicht die Daten selber, sondern nur die Darstellung ... :-) ).

Und nein, die Daten hier stammen NICHT direkt ab dem Hausautomationspc. Das habe ich aus Sicherheitsgründen getrennt. Man weiss ja nie in dieser "bööösen" Zeit ...

Und so sieht die entsprechende Visualisierung in der Hausautomation selber aus.


Feinstaub

Seit Neustem (habe ich während meiner Corona-Isolation anfangs November 2020 gemacht), messe ich den Feinstaub mittels einem eigenen Sensor. Moment... eigentlich mache ich das schon etwas länger, allerdings anders... Also, der Reihe nach:
Vor einiger Zeit bin ich auf das Projekt "Feinstaubmessung" der SENSOR.COMMUNITY aus Deutschland aufmerksam geworden. Dabei wird aus wenigen Einzelteilen ein kompletter Feinstaubsensor gebaut. Es ist sogar eine Anleitung dabei, wie man diesen Sensor geschützt draussen montieren kann. Ich habe mir einen solchen Sensor gebaut, welcher es aber nie bis an die Aussenluft schaffte. Ich konnte den Insektenschutz und die Stromversorgung nicht brauchbar lösen. Leider hat der verwendete Feinstaubsensor SDS011 aber auch nicht so lange hingehalten und nach knapp einem Jahr den Geist aufgegeben. Nichts desto trotz hatte ich die Messdaten aus meinem Büro auch auf der Webseite unter den Wetterdaten veröffentlicht.

Dann sah ich kürzlich, dass ELV resp. EQ-3 (der Hersteller von den Hausautomationsaktoren HomeMatic) einen Feinstaubsensor im Sortiment hat. Als Fan von den HomeMatic-Produkten musste ich so ein Teil unbedingt haben. Praktischerweise wird der Aktor als Bausatz inkl. passendem Gehäuse angeboten. Noch dazu ist er MCERTS-Zertifiziert. Nach einer längeren Wartefrist von knapp sieben Wochen traf das Paket wie erwähnt gerade zu Beginn meiner Corona-Isolation ein. Der Sensor basiert ebenfalls auf einem Dritt-Hersteller. Hier wird der Sensor SPS30 von Sensirion verwendet, welcher in etwa die Grösse einer Zündholzschachtel hat. Der ganze Sensor lässt sich dabei in einer Elektroverteildose installieren. ELV bzw. eben EQ-3 hat auch an den Insektenschutz gedacht, welcher zwar etwas fummelig zu montieren ist, aber durch die Verwendung eines sehr feinmaschigen Metallgitters sicher seinen Dienst erweist. Der ganze Sensor fügt sich problemlos in das HomeMatic-Sortiment ein. Auch die Betriebsspannung von 24V DC passt, da dies die Spannung der HomeMatic-Wired-Aktoren und dadurch der Systemspannung der Hausautomation entspricht.

Der Sensor ist schnell zusammengelötet (zwei Bauteile müssen mit einer sehr feinen Lötspitze montiert werden) und funktioniert einwandfrei in der Garage auf der Werkbank. Noch darf ich ja nicht raus :-( Aber sobald ich das wieder darf, werde ich den Sensor an der Aussenwand montieren und damit den Sensor offiziell in Betrieb nehmen. Die gemessenen Werte sieht man ja bereits links auf meiner Webseite oder im oberen Bild unten links.


Regenerkennung

Die Regenmenge zu messen ist nicht so schwierig. In der Regel wird dazu ein (idealerweise beheizter) sog. Pluviometer verwendet. Im Trichter wird auf einer gewissen Fläche der einfallende Regen gesammelt und auf ein Becherchen, welches an einer Wippe begefstigt ist geleitet. Sobald sich eine gewissen Menge Wasser darin gesammelt hat, kippt die Wippe, das Wasser wird geleert und das Becherchen auf der anderen Seite der Wippe wird gefüllt. Das Kippen der Wippe wird dabei gezählt. Daraus lässt sich dann ausrechnen, wie viel Regen gefallen ist. Wie gesagt, nicht so schwierig. Deutlich schwieriger ist aber die Erkennung WANN es begonnen hat zu regnen, bzw. die Erkennung von Regen, wenn es nur so tröpfelt. Beim klassischen Pluviometer ist dazu ja erst das Füllen des Becherchens nötig.
Ich habe bei meiner Wetterstation auch den Anspruch zu wissen WANN genau der Regen beginnt. Zum Einen will ich dann die Sonnenstore einfahren lassen und nicht erst, wenn sie bereits völlig durchnässt ist. Zum anderen will ich damit auch das Tropfen ausweisen können. Dazu bediene ich mir zwei unterschiedlichen Sensoren. Zum Einen verwende ich dazu den "Regensensor" von Homematic. Dieser liefert ein Signal, sobald sich Regentropfen auf der Sensorfläche befinden. Einen anderen Ansatz verfolge ich mit dem Sensor RG-11 von Hydreon. Dieser Sensor misst die Regentropfen, welche auf der Oberfläche "einschlagen". Das Messprinzipp ist dabei optisch (also mit Infrarot) und funktioniert so wie die Sensoren bei den Autoscheiben mit dem automatischen Starten des Wischvorgangs mit Beginn des Regens. Dieser Sensor liefert nun aber pro Regentropfen, welcher er erkennt ein Signal. Dazu zähle ich mit einem OneWire-Baustein (aus der alten Wetterstation" die Impulse des eingebauten Relais. Somit kann ich umgehend auf Beginn des Regens reagieren. Das macht übrigens auch die Wetteranzeige auf meiner Webseite. Sobald einer der beiden Sensoren Regen feststellen, steht entweder "es tröpfelt" oder "es regnet". Dies noch BEVOR der Pluviometer einmal gekippt ist.

Dieser Sensor fügt sich nahtlos in das vorhandene HomeMatic-Aktorenprogramm ein. Die Sensorfläche ist sogar beheizt, was einerseits schneller trocknet und im Winter die Anhäufig von Schnee und Eis verhindert.
Dieser etwa Tennisball grosse Sensor funktioniert nach dem optischen Prinzip und zählt die Regentropfen.
Dieses Bild stammt vom Hersteller und zeigt die Funktionsweise. Ein Regentropfen auf der gläsernen Oberfläche lenkt den Infrarotstrahl ab. Und das führt dann zur Erkennung des Regentropfens. Dazu schaltet ein eingebautes Relais kurz, was sich zählen lässt.

Die Zählung geschieht via OneWire und dem Zählbaustein DS2423. Eines Tages werde ich das auch noch irgendwie genauer erläutern ... In der Zwischenzeit: Bei Fragen, fragen :-)