Meteostanice – měření srážek, rychlosti a směru větru

Meteostanice – měření srážek, rychlosti a směru větru

You are here:
< Zpět

Úvod

Tento návod bude trošku jiného ranku než přechozí Arduino projekty, nabídne poměrně levnou možnost, jak si pořídit svoji meteostanici na měření srážek a rychlosti + směru větru.

Nabízí se určitě možnost koupit stanici, nabízenou přímo firmou Loxone, ale její cena je dle mého hodně mimo na to, co nabízí:

https://shop.loxone.com/cscz/meteostanice.html

Upřímně ale 13 kKč za něco, co měří pouze teplotu, rychlost větru, intenzitu světla a detekuje srážky je trošku silná káva, tak se podíváme na něco trošku dostupnějšího.

Senzory ke stanici WH1080

Je tomu už necelých 10 roků, co jsem domů pořídil meteostanici WH1080, která má venkovní část a pomocí 433 / 866 Mhz posílá data do zobrazovací jednotky. Za ty roky mohu potvrdit, že funguje poměrně spolehlivě a je doma určitě vítaný pomocník. Po těch letech už bohužel mají venkovní senzory to nejlepší za sebou a UV záření si vyžádalo své, zkoušel jsem tedy sehnat sadu náhradních senzorů a ty se dají bez problémů zakoupit a za velmi rozumné peníze. Vyměnil jsem je tedy a za původní sadu a naskytla se možnost prozkoumat, jak to vlastně funguje a zdali by nebylo možné senzory přímo napojit na Loxone a vše funguje na velmi jednoduchém principu.

Na českém trhu je možné zakoupit za cca 600–800 Kč. Já jsem je konkrétně kupoval zde.

Měření srážek

Srážkoměr je velmi jednoduchá věc, která dává pulz vždy, když naprší 0.2794 mm srážek.

Zapojení je naprosto jednoduché – stačí na jeden z pinů přivést 24 V a druhý připojit na digitální či analogový vstup.

Měření rychlosti větru

Senzor rychlosti větru funguje velmi podobně jako srážkoměr, dává pulz při otočení vrtule. Pro správné počítání rychlosti je nutné měřit pulzy za danou časovou jednotku, ideálně Hz – zde je definováno že jeden Hz (jeden pulz za 1 sekundu) znamená rychlost větru 1.492 MPH (2.4 km/h).

Zapojení je obdobné jako u srážkoměru, ale výstup je nutné zapojit na Loxone extension a na digitální vstup. Dále je nutné pro tento vstup zapnout volbu „Čítač frekvence“.

Měření směru větru

Poslední věc, která poskytne určitě také zajímavá data je senzor směru větru, ten funguje kompletně jinak a je s ním také nutné pracovat jinak. Pokud se podíváme do útrob senzoru, najdeme 8 odporů a 8 jazýčkových kontaktů:

Jak se směrovka otáčí dojde k sepnutí jednoho či dvou kontaktů a tím se změní odpor senzoru. Odpory jsou zapojeny paralelně:

Po oprášení středoškolské fyziky pak lze jednoduše dopočítat odpory pro zvolené úhly

Úhel [°]
Odpor [Ω]
0 33000
22,5 6568
45 8200
67,5 891
90 1000
112,5 688
135 2200
157,5 1407
180 3900
202,5 3136
225 16000
247,5 14118
270 120000
292,5 42120
315 64900
337,5 21876

Nyní už pouze nutné zajistit zjištění aktuálního odporu. To lze jednoduše udělat pomocí přidání dalšího odporu a změřením napětí:

Nyní je na vás si spočítat vhodný odpor podle toho, jaké zapojení použijete, výrobcem doporučená hodnota odporu je 10 kΩ a použití napětí 5 V. Ale je jen na vás, jaký odpor zvolíte a stejně tak napětí. Při zmíněném odporu a napětí jsou výstupní hodnoty napětí následující:

Úhel [°] Odpor snímače [Ω] Odpor R [Ω] Celkový odpor [Ω] Napětí [V] Proud [A] Výstupní napětí [V]
0 33000 10000 43000 5,00 0,000116 3,84
22,5 6568 10000 16568 5,00 0,000302 1,98
45 8200 10000 18200 5,00 0,000275 2,25
67,5 891 10000 10891 5,00 0,000459 0,41
90 1000 10000 11000 5,00 0,000455 0,45
112,5 688 10000 10688 5,00 0,000468 0,32
135 2200 10000 12200 5,00 0,000410 0,90
157,5 1407 10000 11407 5,00 0,000438 0,62
180 3900 10000 13900 5,00 0,000360 1,40
202,5 3136 10000 13136 5,00 0,000381 1,19
225 16000 10000 26000 5,00 0,000192 3,08
247,5 14118 10000 24118 5,00 0,000207 2,93
270 120000 10000 130000 5,00 0,000038 4,62
292,5 42120 10000 52120 5,00 0,000096 4,04
315 64900 10000 74900 5,00 0,000067 4,33
337,5 21876 10000 31876 5,00 0,000157 3,43

Přidávám jednoduchou tabulku v Excelu: Smer-vetru-vypocet, kde si každý může jednoduše vypočítat svoje hodnoty.

Poznámka k instalaci senzoru – je samozřejmě nutné tento snímač správně osadit tak, aby hodnota „N“ směřovala na sever.

Zapojení senzorů

Senzory jsou se připojují pomocí dvou RJ11 konektorů.

Srážkoměr

Srážkoměr disponuje svým kabelem s konektorem RJ11, kde jsou použity prostřední kontakty, ty jsou napojeny přímo na snímač – je tedy zapotřebí použít piny 2 a 3.

Senzory větru

Tyto snímače je nejdříve nutné vzájemně propojit – je použit kabel který vede ze senzoru rychlosti větru a zapojen do senzoru směru větru. Z něj už pak vede kabel zakončený RJ11 a jsou v něm využity všechny 4 kontakty. Prostřední 2 (pin 2 + 3) jsou zapojeny na snímač rychlosti větru a krajní 2 (pin 1 + 4) jsou zapojeny na snímač směru větru (odpory). Celkové zapojení následující:

Zapojení obecně

Ideální je zakoupit krabici na připojení 2 klasických telefonů s konektory RJ11, prodává ji třeba firma Datacom.

Do útrob krabičky lze přivést svůj CAT6/7 kabel z rozvaděče a zapojit jej na vhodné kontakty. Také je možné dovnitř schovat odpor potřebný na snímání napětí směru větru.

Programování v Loxonu

Srážkoměr

Srážkoměr lze jednoduše naprogramovat pomocí bloku měření spotřeby, zde je potřebné nastavení:

Hodnota Impulzy „3,579“ znamená kolik impulzů je potřeba k získání jedné jednotky (v našem případě 1 mm srážek). Se získanými daty pak lze jednoduše pracovat jako s daty z elektroměru:

Kupříkladu sledovat kdy a jak pršelo:

Rychlost větru

Jak již bylo zmíněno je nutné použít čítač frekvence na digitálním vstupu extension:

Dále je nutné použít samotnou komponentu rychlost větru:

Faktor musí být 2,4, což je výše uvedených 2,4 km / hod. Je na vás, jestli budete sledovat pouze aktuální rychlost větru či průměr apod.

 

Směr větru

Směr větru je nutné určit na základě změřeného napětí, je nutné aplikovat přepočítanou tabulku uvedenou výše (seřadit si to podle největšího či naopak nejmenšího napětí):

Je dokonce pomocí klouzavého průměru a trošku složitého vzorce určit průměrný směr větru (pokud bude zájem rozvedu detailněji).

A to by asi bylo k první části stavby vlastní meteostanice vše. Bude následovat další díl, kde ke slovu opět přijde Arduino, a ukážeme si, jak se dostat k velmi důležitým datům jako třeba atmosferický tlak. Malý sneak peek:

Autor článku: Jiří Jaša, http://www.deso.cz

Poslední úprava článku November 11, 2017

19 thoughts on “Meteostanice – měření srážek, rychlosti a směru větru

  1. Pls pozeral som si vsetko cosi popisal a aj vyskusal ale nieje mi moc jasne ake vzorce si presne pouzil pri senzore Směr větru pls vies mi ich sem pastnut ? kazdy jeden ako napr : degree to rad EW/direction atd … luskam hladam na nete ale neviem to nejak pouzit v loxone. ak si to uz niekde pisal pls posli link.
    Co sa týka senzoru rýchlost vetra tak s tvojim Faktorom 2,4 mi to ukazovolo 600-900 m/s rýchlost vetra , az ked som tam dal faktor z loxone manualu 0,017 mi to zacalo konecne ukazovat realnejsie rýchlosti , spravil som niekde chybu ?

    1. Jen dotaz k tomu senzoru rychlosti větru. Máš ten digitální vstup opravdu jako čítač frekvence? Pokud to nemáš, tak ti tam může posílat divné hodnoty. Ideálně si zkontroluj, jaký tento vstup dává hodnoty. Zjednodušeně řešeno, pokud se senzor vrtule otočí o 180° za sekundu, tak ten výstup musí vracet hodnotu 1, pokud o 360° za sekundu, tak 2 atd. Správný faktor je opravdu 2,4, přepočet je jednoduchý – když máš vstup o frekvenci 1 Hz, tak je rychlost větru 2,4 km/hod, pokud 2 Hz, tak 4,8 km/hod atd. Jinak vzorce na směr větru jsem hodil do fóra ;-).

      1. Škoda, že ten čítač frekvence lze zapnout pouze u vstupů na extensionu. U vstupů přímo na PLC jsem tu volbu nenašel 🙁
        Přemýšlím takto:
        1) V loxone – snímat na obyčejném vstupu náběžné hrany a co sekundu je spočítat. Jakou max. frekvenci dokáže snímač frekvence v loxone detekovat ? (cyklus procesoru ?). Předpokládám, že nelze v Loxone použít něco jako hardwarové přerušení na náběžnou hranu na vstupu…
        2) Využití přerušení na Arduinu, logiku si udělat tam a posílat do Loxone…

      2. Protože není čítač frekvence na digitálních vstupech na základním modulu Loxone a jen na extensionu (který zatím nemám), rozhodl jsem se jít cestou Arduina. Funguje to dobře, nicméně musel jsem dát na detekci hrany pulsu filtr. Když detekuju puls (srážkoměr nebo rychlost větru) v jednom otočení se mi většinou připíše více cyklů než jeden (vstup zakmitá) – Cyklus programu je do 500microsekund.
        Vy co máte připojeny tyto signály přímo do Loxone a počítáte frekvenci , máte na vstupu zapnutou “citlivost” ? Případně na kolik ? Když je vstup přepnut na měření frekvence, počítá i s “citlivostí” ? Případně všimli jste si, jestli vám počítá korektně pulsy ?
        U srážkoměru je to v pohodě, tam nepřijde více než 2 pulsy za vteřinu (takže můžu použít větší časovou konstantu filtru). Horší je to u rychlosti větru. Při jedné otáčce 2,4 km/h – extrém je vichr 100km/h. Takže 50 otáček za sekundu (jestli už nebude zničený snímač 🙂 ). Takže filtr by musel být tak max. 10ms.

        Díky za info.

        1. Protože nemám extension, tak jsem si senzory připojil k Arduinu.
          Signály z magnetického kontaktu při přechodu z 0 do 1 (a možná i zpět) dosti kmitají. Je nutno dát na digitální vstup vhodný filtr (citlivost).
          U měření frekvence si nejsem jistý, zda se citlivost bere v úvahu. Pokud ano, zkus si s citlivostí pohrát. Když tak ale nad tím přemýšlím, tak citlivost u měření frekvence by se asi měla brát v úvahu, když to ostatním takto funguje…

  2. Dobrý den, já skončil u prvního odstavce. Zapojil jsem na jeden pin srážkoměru 24V přímo z napájení Loxone a druhý kontakt jsem připojil na analogový vstup. Najednou začalo něco svítit u plošného spoje a tak jsem si říkal super , vím že to je pod napětím, to ale jen do té doby co jsem zjistil že se relé připeklo a začaly se hřát dráty. takže relé je vyměněno. Než to zase provedu, chci se zeptat, jestli tam opravdu muže být 24V. Mohl by mi prosím s tím někdo pomoci. Prosím.

    1. Které relé se připeklo a který plošný spoj svítil ?
      Osobně jsem to na 24VDC nezkoušel, mám to připojené k Arduinu..

  3. Chtěl jsem to zapojit podle článku. Kde je napsáno:”Zapojení je naprosto jednoduché – stačí na jeden z pinů přivést 24 V a druhý připojit na digitální či analogový vstup.” přesně takto jsem to zapojil. Skleněné relé na DPS srážkoměru se připeklo a jak tam začal téct proud tak se ohřál I kabel. Relé už mám vyměněné. Nerad bych ale něco provedl Loxonu. Chtěl bych udělat stejné zapojení podle tohoto článku. Já myslel že se k arduinu připojuje jen teplota, světlo, vlhkoměr.

    1. Tak ty obavy zcela chápu .. v tom případě jsem měl kus štěstí, že mi to zatím nestalo 🙂
      K arduinu jsem si to připojil, protože nemám Extension, kde se dá nastavit na digitálních vstupech měření frekvence (pro rychlost větru a vlastně i pro srážky). Takže si množství srážek a rychlost větru řeším v Arduinu a budu všechny hodnoty z meteo (+teplota, světlo, vlhkoměr) posílat do Loxone.. Funguje to tedy i na těch 5V s Arduinem..

  4. Dobrý den, Chtěl bych kapku poradit. Dle návodu jsem nastavil srážkoměr deště, dle parametru (impuls 3,578 a Průměrná doma 3600) Na stránkách (https://www.wunderground.com) mám 1,8 a na srážkoměru 1,1 v Loxone. Vím, že můžu dělat záznamy přes Weather4Loxone ale není to moc aktuální záznam, protože když naprší 1,5 tak tak automaticky se to zaokrouhlí na 2,0mm

    Předem děkuji za info a nebo případnou nápovědu.

    Jinak srážkoměr mám https://www.meteoshop.cz/produkt/srazkomer-pro-garni-1080-viking-02041-02047/1146/

    S poztravem Michal

    1. Na stránkách (https://www.wunderground.com) mám 1,8 => to znamená co ? To je lokální hodnota aktuálních srážek ? Jak přesně měří/počítá
      Já bych každopádně věřil spíše měření, které je přímo na baráku.. Zkusil jsi cvakat tím měřidlem a koukal ses kolik ti reálně počítá pulsů ? Já jsem takto musel dát na vstup filtr, abych odfiltroval zákmity při přechodu logické hodnoty z 0 do 1….

  5. Zdravím,
    stavím na základě tohoto článku arduino meteo s exportem dat na vlastní web server, jak jsi prosím řešil filtr zákmitů od senzoru větru?
    Předem díky za informaci
    Jirka

    1. Ahoj, já jsem to zatím jednoduše zkoušel tak, že si při příchodu hrany z 0 do 1 nasetuju bit a pokud je bit v log. 1 po daný čas (nyní to mám na 20ms), tak až pak se daný puls bere za platný a bere se do výpočtu počtu srážek.. Pokud přijde v tom čase 20ms sestupná hrana, tak resetuje paměť a puls se nebere v potaz. Plus minus to funguje správně, ale chci ten čas ještě doladit tak, aby to chodilo na 100%. Otázka je, jak je v to Loxone, jak jsou nastaveny filtry na digitálních vstupech pro měření frekvence. Zatím jsem to nezjišťoval, jak to mají vnitřně nastavené..
      Podělíš se pak o řešení do Wiki ? 🙂 Nebo aspoň o nástin myšlenky, hlavně ten export, díky 🙂

      1. Ahoj, moc rád.
        Předně díky za info ohledně filtru, myslel jsem že tam máš externí ošetření, ne SW. Vyřešil jsem pomocí čekaní v přerušení (ne delay, ten nejde ale smyčka s millis), 2ms vypadají jako dostačující hodnota proti zákmitům.
        Ohledně exportu, vyšel jsem z projektu Weather34.com (https://weather34.com/homeweatherstation/)
        Tenhle template bohužel pracuje jen se zařízením meteobridge, nicméně jednoduchou úpravou PHP jsem docílil toho že mám jen tři “budíky” které potřebuju. Teplota, směr a rychlost větru v jednom a srážky. Původní systém pracuje s lokálními soubory (CSV) uloženými na serveru, upravil jsem si aby data četl z vlastní DB kam posílám data pomocí Arduina. Má to světlou i tmavou verzi, velmi dobře čitelné na mobilu, přesně co jsem potřeboval. Nevýhoda je že podle licence lze sice kód pro sebe libovolně změnit, ale je zakázáno jej dále distribuovat 🙁
        Každopádně díky za nakopnutí. Původně jsem chtěl jen srážkoměr ale když jsem našel tyhle stránky, tak jsem rovnou udělal celou “meteo”, to se pro modeláře/zahrádkáře vždycky hodí vědět kolik fouká a kolik napršelo 🙂

            1. Měl bych ještě jeden dotaz, když otočím větrným čidlem rukou o 360st. tak slyším celkem 4x cvaknout jazýček relé a na vstupu se mi taky načtou 4 pulzy. V komentu výše je psáno že na 180 má být 1 a na 360 2pulzy. Jinak když přejdu pomalu přes to čidlo tak se skutečně načte jen jeden pulz, takže to ošetření proti zákmitům funguje dobře.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *