Meteostanice – měření srážek, rychlosti a směru větru
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