Stavba meteo stanice WeatherDuino Pro2
Autorem tohoto článku je náš čtenář Ing. Zdeněk Hornych. Tímto mu za sdílení s námi děkujeme.
WeatherDuino
Tato DIY meteo-stanice je vyvíjena autorem Werk_AG (A. Caneira) z Portugalska a komunitou kolem webu Meteocercal.info.
Meteo stanice je koncipována modulárně a ve svém finálním provedení je schopna v určitých parametrech zastat i některé profesionální funkce. Stavba není určena pro začátečníky, mezi jinými dovednostmi je třeba zvládat i pájení SMD součástek na desky s plošnými spoji.
Článek není stavebním návodem ani podrobným popisem zařízení, zájemce odkazuji na původní zdroje informací, jejichž rozsah je obrovský (viz v závěru článku). Navíc celá řada informací podléhá autorské ochraně a je dostupná až po registraci, byť zdarma.
Blokové schéma WeatherDuino Pro 2 je principiálně toto:
WeatherDuino blokové schéma
Aktuální softwarová výbava je verzi 1.4, před finálním release je v1.5.
Popis jednotlivých komponent
TX – vysílací jednotka
Je zařízení, umístěné v blízkosti meteo sensorů, zpravidla ve venkovním prostředí. Srdcem jednotky je Arduino Nano, napájení je zajištěno Pb akumulátorem, dobíjeným solárním panelem.
Jednotka TX může být instalována v 1 nebo maximálně až 3 kusech v jednom systému. Standardně je vybavena sensory větru, tedy anemometrem a ukazatelem směru větru (wind vane), několika teploměry, vlhkoměry, srážkoměrem a solárními čidly (intenzita slunečního záření ve W/m2 a UV index).
Hlavní teploměr systému spolu s čidlem vlhkosti vzduchu by měl být umístěn ve volném prostoru nad stříhaným trávníkem a uložen v radiačním štítu s nuceným prouděním vzduchu podle přednastavených povětrnostních podmínek. Mezi ty patří i intenzita proudění vzduchu (vítr), proto by tato jednotka měla být vybavena vlastním anemometrem.
Měření větru se však provádí ve výšce 10 m nad volným terénem, proto je vhodné do systému vložit i druhou TX jednotku. Ta bývá umísťována na vyvýšeném místě (stožár, v nezbytném případě střecha).
Příklad provedení autorem článku:
Příklad umístění WeatherDuino
Umístění druhé jednotky
RX – přijímací jednotka
Na rozdíl od TX jednotky je RX v systému vždy pouze jedna. Přijímá a detekuje signály 433 MHz z jednotek TX, případně z dalších připojených bezdrátových čidel (např. srážkoměr Auriol). Srdcem jednotky je opět Arduino Nano, napájení je zabezpečeno externím zdrojem 12 V.
Jednotka zpracovává signály a pomocí USB kabelu je předává počítači s meteo softwarem. Současně však slouží pro retranslaci vybraných hodnot na jednu nebo více jednotek WD pomocí signálů 433 MHz.
Jednotka sama je vybavena displejem LCD 20×4 a základní naměřené hodnoty tedy přímo zobrazuje. Aktuální PCB jsou vybaveny polovodičovou pamětí v roli cache pro případy výpadku meteo počítače. Jednotka disponuje vlastním měřením tlaku, lokální teploty a vlhkosti a je také osazena časovým normálem.
Opět příklad provedení autorem článku:
Přijímací RX jednotka
WD – Bezdrátový displej
Slouží pro rychlou informaci o základních povětrnostních hodnotách, umístění je na každém místě v domě, kde jsou tyto informace třeba.
Připojení k RX pomocí signálů 433 MHz, napájení externím zdrojem 12 V. Běh softwaru opět zajišťuje Arduino Nano, WD – Bezdrátový displej je vybaven TFT dotykovým displejem 2,8“ i vlastním měřením lokální teploty a vlhkosti. Běžně zobrazované parametry: tlak, teplota vně i uvnitř, rychlost a směr větru, nárazy, vodní srážky a jejich intenzita, úroveň slunečního záření a UV index. Současně umožňuje zobrazení i tzv. externích sensorů, např. stavu Aku v TX jednotkách.
Informace na bezdrátovém displeji jsou zobrazeny alfanumericky, v případě potřeby grafického vyjádření je vhodné systém doplnit odpovídajícím tabletem, který je pomocí WiFi připojen k systému a zobrazuje grafické výstupy webového rozhraní.
Příklad provedení:
Bezdrátový displej
Meteo počítač
Touto komponentou se již projekt WeatherDuino Pro2 zabývá pouze okrajově. V tuto chvíli je zřejmě nejperspektivnější variantou využití počítače Raspberry Pi 2, Model B, s nainstalovaným systémem Raspbian. Počítač nemusí být vybaven displejem, pokud je stejně umístěn v technologickém celku, kde nemá displej využití, nebo může být naopak vybaven např. 7“ dotykovým TFT displejem s dálkovým ovládáním, apod.
Počítač je umístěn v blízkosti RX modulu – propojen USB kabelem. Pomocí meteo software zpracovává dodaná data a zobrazuje je na vlastním webu. Současně je např. přes Ethernet ukládá na web server v Internetu, případně odesílá na jeden nebo více komunitních serverů v rámci amatérských sítí meteostanic.
V roli meteo software lze s výhodou využít např. komunitního systému CumulusMX, který je ještě stále ve verzi beta, nicméně velmi stabilní.
Raspberry PI jako mozek pro WeatherDuino
Web
Pokud nemá meteo stanice sloužit pouze pro osobní potřebu, je vhodné umístění web serveru v nějakém „solidním“ hostingu, nároky na výpočetní mohutnost nejsou velké. Výhodné využití je např. virtualizovaného systému CentOS. Web má rozsáhlé možnosti customizace a napojení mnoha další internetových zdrojů, toto je však již zcela mimo rozsah tohoto článku.
Webová stránka s výstupem
Závěr
Jak jsem uvedl již na začátku článku, stavba není vhodná pro začátečníky. Znalosti programování Arduina sice nejsou zpočátku nezbytné, později však, při ladění případných problémů, velmi vhodné. Naprosto nezbytná je však určitá mechanická zručnost, řadu dílů je třeba si vyrobit sám. Současně je podmínkou i zkušenost s pájením elektronických součástek a to včetně jejich SMD varianty.
Projekt má základní výhodu, že je „totálně“ modulární a do nekonečna rozšířitelný. Proto můžeme začít pouze s minimálním objemem dílů a řekněme „levnějšího“ provedení, ale postupným rozvíjením se dostat až na poloprofesionální úroveň.
Systém je otevřen i vlastnímu vývoji, případně testování, a to jak v oblasti HW, tak SW. Celkově se dá říct, že tento projekt vlastně nikdy nekončí a může být doživotním koníčkem.
Zdroje
Upozornění: některé výše zmíněné názvy mohou být chráněnými názvy svých majitelů.
Projekt WeatherDuino Pro2: http://www.meteocercal.info/forum/
Projekt CumulusMX: http://sandaysoft.com/forum/
Podpůrné skripty a šablony: https://www.tnetweather.com/projects/
Mezinárodní síť meteo stanic: http://www.wunderground.com/
Web autora článku (ve vývoji): http://meteo.brandysnl.cz/
Autorovi článku ještě jednou děkujeme!
Máte podobný projekt, se kterým byste se chtěli pochlubit? Napište nám na info@bastlirna.hwkitchen.cz!
- Sledovač slunce s Arduinem - 23.3.2022
- Programovatelný kytarový pedál s Arduinem - 26.2.2020
- Arduino infračervený teploměr vytištěný na 3D tiskárně - 11.2.2020