Arduino Weathercloud Wetterstation - Gunook

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2025-01-23 12:52

Ich habe eine Wetterstation mit Internet verbunden. Es misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Druck, Niederschlag, Windgeschwindigkeit, UV-Index und berechnet einige weitere wichtige meteorologische Werte. Es sendet diese Daten dann an weathercloud.net, das schöne Grafiken und UX hat. Es hat auch eine Wetter-Webcamera. Hat mich rund 140€ gekostet. Ich habe diese Station als mein Schulprojekt gemacht. Die Station ist an meiner Schule in Bratislava, Slowakei montiert. Hier die aktuellen Daten.

Bildnachweis: Mimo-Magazin. Mit Genehmigung verwendet.

Hinweis: Ich arbeite jetzt seit über zwei Jahren an diesem Projekt. Dieses instructable ist im Grunde nur ein Reupload eines instructable, das ich ein Jahr zuvor veröffentlicht habe, aber es gab so viele Änderungen, dass ich beschlossen habe, ein neues instructable zu machen. Außerdem sieht sich niemand jemals einjährige instructables an

UPDATE 14.12.2018: Hallo! Ich habe meiner Station ein Anemometer (Windmesser) hinzugefügt. Es gibt einige neue Texte und Fotos, also schaut euch das unbedingt an

Schritt 1: Wetterwolke

Was ist Weatherclud? Weathercloud ist ein großes Netzwerk von Wetterstationen, die Daten in Echtzeit aus der ganzen Welt melden. Es ist kostenlos und es sind mehr als 10 000 Wetterstationen damit verbunden. Erstens hatte ich meine eigene HTML-Website, auf der alle Daten gesendet wurden, aber das Erstellen einer eigenen Website und Grafiken ist schwierig und es ist viel einfacher, alle Daten einfach an eine große Cloud-Plattform zu senden, die schöne Grafiken und stabile Server hat. Ich habe nach Möglichkeiten gesucht, Daten an Weathercloud zu senden, und ich habe festgestellt, dass Sie dies einfach durch einen einfachen GET-Aufruf erreichen können. Das einzige Problem mit Weathercloud ist, dass Sie mit einem kostenlosen Konto nur alle zehn Minuten Daten senden können, aber das sollte für die meisten Anwendungen kein Problem sein. Sie müssen ein Weathercloud-Konto erstellen, damit es funktioniert. Dann müssen Sie auf deren Website ein Senderprofil erstellen. Wenn Sie Ihr Wetterstationsprofil auf Weathercloud erstellen, erhalten Sie eine Weathercloud ID und einen Weathercloud KEY. Bewahren Sie diese auf, da das Arduino sie benötigt, um zu wissen, wohin die Daten gesendet werden sollen.

Schritt 2: Teileliste

Google Tabellen-BOM

GESCHÄTZTER PREIS: 140€/150$

Schritt 3: Werkzeuge

Diese Tools könnten sich als nützlich erweisen:

Abisolierzange

Akkubohrmaschine

Lötkolben

Zange

Schraubendreher

Klebepistole

Multimeter

sah

Baumbohrer

Datei

Schritt 4: DS18B20 Sonnenstrahlungsschild

Ein Sonnenstrahlungsschild wird in meteorologischen Stationen sehr häufig verwendet, um direkte Sonneneinstrahlung zu blockieren und somit Fehler in der gemessenen Temperatur zu reduzieren. Es dient auch als Halterung für den Temperatursensor. Strahlenschutzschilde sind sehr nützlich, bestehen aber normalerweise aus Stahl und sind teuer, daher habe ich mich entschieden, einen eigenen Schild zu bauen. Ich habe ein anweisbares gemacht, das zeigt, wie man einen Strahlungsschild wie folgt herstellt. Hier ist das anweisbare.

Ich habe auch ein Video gefunden, das genau den gleichen Prozess zeigt, damit Sie das verwenden können:

Schritt 5: Klemmenkasten

Der Klemmkasten ist das Zentrum der Station. Das 14-adrige Hauptkabel verbindet es mit der Serverbox. Das Kabel von DS18B20 geht hinein. Das Kabel von der UV-Box geht hinein. Es beherbergt auch den Feuchtigkeits- und Drucksensor. Wenn Sie einen Anschlusskasten auswählen, können Sie jeden IP65-Kunststoffanschlusskasten mit einer Größe von über 10 x 5 x 5 cm (4 "x 2" x 2") verwenden.

Schritt 6: UV-Sensorbox

Der UV-Sensorkasten beherbergt den UV-Sensor UVM-30A und ist auch ein Mittelpunkt zwischen dem Hauptanschlusskasten und den Regen- und Windmessern. Die UV-Sensorbox kann eine beliebige IP65-Kunststoffbox mit einer vollständig transparenten Abdeckung sein.

Schritt 7: Wetterkamera

Wetter-Webcams (oder Wettercams, wie ich sie gerne nenne) werden verwendet, um Bilder der aktuellen Wetterbedingungen aufzuzeichnen oder zu streamen. Aus dem Bild können Sie die Lichtintensität und Bewölkung bestimmen. Ich habe mich für die günstigste verfügbare WLAN-Kamera entschieden, aber Sie können jede WLAN-Kamera Ihrer Wahl verwenden. Diese billige Kamera funktioniert einwandfrei, aber es gibt ein Problem damit. Sie müssen einen Computer haben, auf dem ständig eine Streaming-Software ausgeführt wird. Das war für mich kein Problem, da es bereits einen Server mit einer Website im Netzwerk gibt, der sich auch um das Streaming kümmern kann. Wenn Sie aber keinen solchen Computer in Ihrem Heimnetzwerk haben, dann empfehle ich den Kauf eines Raspberry Pi und einer Raspberry Pi Kamera. Es ist teurer (25 $ vs 70 $), aber Sie haben nicht wirklich eine andere Option, wenn Sie eine Webcam wünschen. In beiden Fällen müssen Sie die Kamera in eine wetterfeste Box legen. Sie können die gleiche Box wie für den UV-Sensor verwenden. Ich habe meine eigene Box aus einer normalen Plastikbox und Plexiglas gemacht, aber das ist unnötig. Der Akku der Kamera muss ständig aufgeladen werden. Sie können dies tun, indem Sie ein USB-Kabel abisolieren und die + und - Drähte an den 5-V-Stromausgang für die Sensoren anschließen. Wenn Sie Ihre Kamera wetterfest haben, können Sie sie einfach überall dort montieren, wo eine gute Sicht mit Zipties möglich ist.

Werfen wir nun einen Blick auf die Software. Dieser Teil erfordert einige fortgeschrittene Programmierkenntnisse. Sie müssen einen rund um die Uhr laufenden Computer (kann ein Raspberry Pi sein) in Ihrem Heimnetzwerk haben, um all dies zu tun. Das erste, was Sie tun müssen, ist, Ihre IP-Kamera mit Ihrem Wi-Fi-Heimnetzwerk zu verbinden. Dann müssen Sie den Benutzernamen und das Passwort im Skript entsprechend Ihrem Benutzernamen und Passwort auf der Kameraoberfläche ändern. Sie müssen auch die IP-Adresse der Kamera im Skript ändern. Dann müssen Sie einen Taskplaner einrichten, um das enthaltene Skript alle 5 Minuten oder so auf Ihrem Server/Computer auszuführen. Das Skript sollte nun alle 5 Minuten einen Screenshot des Kamerabildes machen und im voreingestellten Ordner speichern. Der Ordner muss öffentlich sein, damit Sie ihn in einer Suchmaschine wie dieser nachschlagen können: example.com/username/webcam.jpg. Weathercloud kann dann dieses Bild aus dem öffentlichen Ordner nehmen und auf seine Webseite stellen. Sie können den "Live"-Feed (aktualisiert alle 5 Minuten) hier sehen.

Schritt 8: Halter für obere Sensoren

Der obere Sensorhalter ist ein Stahlbauteil, das die oberen Sensoren (UV, Niederschlag und Windgeschwindigkeit) auf dem Dach hält. Der Teil, den Sie auf diesen Bildern sehen, passt nur zu unserem Gebäude. Sie können diese Sensoren beliebig montieren. Dies ist nur ein Beispiel. Wir hatten bereits ein Stahlrohr auf dem Dach montiert, so dass es einfach war, den Halter zu montieren.

Schritt 9: Schildkompatibilitätsproblem

Es gibt ein einfaches Kompatibilitätsproblem zwischen dem Ethernet-Shield und dem Protoshield. Sie können den Protoshield nicht auf den Ethernet-Schild legen, weil der Ethernet-Anschluss Sie einfach nicht lässt. Und Sie können den Ethernet-Schild nicht auf die Oberseite des Protoshields legen, da der Ethernet-Schild über den ICSP-Anschluss eine direkte Verbindung zum Arduino haben muss, der Protoshield jedoch keinen hat. Nun, ein einfaches Problem, eine einfache Lösung. Ich schneide einfach ein rechteckiges Loch in den Protoshield, damit der Ethernet-Anschluss hineinpasst.

Schritt 10: Niederschlagsmessung

Der von mir bestellte Regenmesser funktioniert einwandfrei, aber es gibt ein großes Problem damit. Es hat keine Kommunikationsschnittstelle wie I2C oder RX/TX. Es gibt nur einen einfachen Schalter, der jedes Mal, wenn es mehr als 0,28 mm/m2 regnet, für 60 Mikrosekunden EINschaltet. Der Arduino kann das leicht fangen, wenn er nichts anderes tut, als den Niederschlag zu messen. Aber wenn es andere Aufgaben zu erledigen hat (wie die Temperatur zu messen und an die Cloud zu senden), besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Prozessor des Arduino zum Zeitpunkt des Einschaltens des Regenmessers ausgelastet ist. Dies führt zu einer ungenauen Niederschlagsanzeige. Deshalb habe ich ein zweites Arduino hinzugefügt - ein Arduino Nano. Die einzige Aufgabe des Nanos besteht darin, den Niederschlag zu messen und ihn über I2C an das Master-Arduino zu senden. Auf diese Weise sind die Niederschlagsmessungen immer genau. Ich habe eine Platine hergestellt, die sowohl das Arduino-Nano- als auch das RTC-Modul enthält, aber Sie können es auch an das Protoshield anlöten. Ich weiß, dass dies nicht die einfachste und billigste Lösung ist, aber ich mag sie und sie ist sehr ordentlich und organisiert.

Schritt 11: Windgeschwindigkeitsmessung

Dieser Schritt ist dem vorherigen sehr ähnlich. Ich habe ein Board gemacht, das die Windgeschwindigkeit misst und dann über I2C sendet. Wiederholen Sie einfach den vorherigen Schritt ohne die RTC. Ich habe versucht, beide Boards in eins zu stecken, aber es hat nicht geklappt.

Schritt 12: Server-Box

Es ist immer eine gute Idee, die gesamte Elektronik in einer kleinen, übersichtlichen Box zu verstecken. Und genau das habe ich mit der Serverbox gemacht. Die Serverbox beherbergt das Arduino UNO, das Ethernet-Shield, das Protoshield, den 5V-Regler, den Hauptdatenkabelanschluss und die Niederschlagsmessplatine. Eine Anmerkung zum Arduino: Der Code der Station verwendet etwa 90% des Arduino UNO-Speichers und das kann einige Probleme verursachen. Möglicherweise müssen Sie Arduino Mega verwenden oder nicht.

Schritt 13: Verbindungen

Schließen Sie einfach alles gemäß dem mitgelieferten Schaltplan an.

Schritt 14: CODE

Dies ist der letzte Teil, auf den wir alle gewartet haben - testen, ob es funktioniert. Sie müssen die IP-Adresse, die Weathercloud ID und den Weathercloud KEY entsprechend Ihrem Heimnetzwerk und Ihrem Weathercloud-Konto ändern. Sie können es dann auf Ihr Arduino hochladen. Sie müssen auch den I2C-Regensendercode auf den Arduino nano auf dem Rainboard und den I2C-Windsender auf den Arduino nano auf dem Windgeschwindigkeitsboard hochladen. Es gibt auch das Skript index.php, mehr Informationen dazu in Schritt 7.

Schritt 15: Installation

Es ist eine Sache, Ihre Wetterstation in Ihrer Werkstatt zum Laufen zu bringen, aber sie unter den rauen Bedingungen der realen Welt zum Laufen zu bringen, ist eine andere. Die Installationsprozedur hängt stark von dem Gebäude ab, auf dem Sie Ihre Station montieren. Aber wenn Sie den Sonnenstrahlungsschutz und den oberen Sensorhalter haben, sollte es nicht so schwierig sein. Der Temperatur- und Feuchtigkeitssensor kann wirklich überall am Gebäude platziert werden, aber der UV-Sensor und der Regenmesser müssen oben auf dem Gebäude sein. Der UV-Sensor darf sich nicht im Schatten befinden und der Regenmesser darf sich nicht in der Nähe einer Wand befinden, sonst fallen die Regentropfen bei starkem Wind nicht in den Sensor und die Messwerte werden ungenau. Hier ist ein Bild, das zeigt, wie Sie die Station an einem typischen Haus montieren können. Sie sollten bei der Montage einer Station auf dem Dach sehr vorsichtig sein und Sie sollten einen leistungsstarken Bohrer haben, der durch Beton bohren kann.

Schritt 16: Fertig

Herzliche Glückwünsche. Wenn Sie alle Schritte richtig ausgeführt haben, haben Sie eine voll funktionsfähige Cloud-Wetterstation. Die Daten meiner Station können Sie hier einsehen. Wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, würde ich mich freuen, diese im Kommentarbereich unten zu hören.

Ich plane, eine ähnliche Station mit ESP32-WLAN-Platine und einigen zusätzlichen Sensoren (Windgeschwindigkeit / -richtung, Sonneneinstrahlung, Bodenfeuchtigkeit) zu bauen, aber dazu später mehr. Genießen!