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Private Wetterstation Osterrönfeld
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Die neue Wetterstation

Software

Alle Programme zur Regelung der Klimatisierung, der Erfassung der Sensorwerte, der Verarbeitung und Speicherung, der Bereitstellung auf der Webseite sind aktuelle in Python3 geschrieben. Die Diagramme werden mit gnuplot erzeugt. Und das alles geht alle 10 Minuten per automatischen sftp-upload auf die Webseite. Der RBPi kommt hier langsam an seine Grenzen, was die Berbeitungsdauer der teils großen Datenmengen angeht. Eine sekündliche Messung mit nur einem Sensor über 7 Tage ergibt bereits über 600.000 Messwerte die dann aufbereitet werden müssen. Einige zeitkritische Routinen übertrage ich deshalb in die Programmiersprache C.

Elektrifizierung und Inbetriebnahme

Zu Wartungszwecken ist der Mast natürlich, elektrisch verfahrbar und kann aus der maximalen Messhöhe von 10 m auf 5 m abgesenkt werden.
Der Schaltschrank (Bodenbox BOB) ist auf der Südseite des Mastes montiert und steht tagsüber zeitweise in der Sonne. Eine Klimatisierung mit Lüfter und Heizung ist also notwendig.
Wetterstationen die meinen Anforderungen an Meßgenauigkeit besonder hinsichtlich Windgeschwindigkeit entsprachen gab es nicht, also blieb der Eigenbau. Im Schaltschrank ist ein Kleinstrechner (RaspberryPi = RBPi) für die Erfassung, Bearbeitung und Speicherung der Messwerte in einer MySQL-Datenbank (mariadb) untergebracht.
Die hochauflösende Messung der Windgeschwindigkeit mit bis zu 32 Messungen pro Sekunde wird mit einem Ultraschall-3D-Anemometer von Gill (WindmasterPro) realisiert. Zusätzlich habe ich den WindmasterPro in Berlin bei ammonit kalibrieren lassen.
Inspiration bei den Großen
Abb.1: Während der Abnahme eines großen Schaltschranks für eine Windenergieanlage kommen die Ideen für den eigenen Schaltschrank.
Pruefkoffer im Bau.
Abb.2: Prüfkoffer für die Abnahme des US-Sensor beim Lieferanten im Bau.
Testkoffer in BOB.
Abb.3: Testkoffer erstmals in Betrieb in der BOB. Infrastruktur (LAN, ...) funktioniert.
BOB am Mast in der vormittaglichen prallen Sonne.
Abb.4: BOB am Mast in der vormittaglichen prallen Sonne.
Einige Verdrahtungsarbeiten sind noch zu erledigen.
Abb.5: Einige Verdrahtungsarbeiten sind noch zu erledigen.
Testaufbau zur Klimatisierung. Oben ein 12V-PC-Lüfter und unten ein Heizelement 230V.
Abb.6: Testaufbau zur Klimatisierung. Oben ein 12V-PC-Lüfter und unten ein Heizelement 230V

Vormontage und Errichtung

Am Tag vor der eigentlichen Errichtung lagen alle Einzelteile zum Zusammenbau eindeutig markiert und vorbereitet auf der Baustelle. Trotz einer genauen Vorausplanung verhidnerten technische Unwägbarkeiten einen pünktlichen Abschluß. An dieser Stelle nochmals ein dank an Klaus, Martin und Fritz für die Plackerei.
Die Vormontage der Leiterelemente wurde in der Garage, die eine Länge (Innenmaß) von 5,20 m hatte, ausgeführt. Dabei ist zu berücksichtigen, das sich das Garagentor beim Öffnen auch noch nach Innen bewegen kann...
Bestellt waren 8 Balken á 5 m Länge, Auf der Bestellung stand sogar 5,000 m. Allerdings waren die Balken nur an einem Ende alle gleich lang! Am anderen Ende betrug der Unterschied max. 18 cm.
Errichtung
Abb.1: Am Tag bevor das Errichtungsteam kommt: Alle Einzelkomponenten liegen vorbereitetauf der Baustelle. Erst Rot, dann BLAU, dann GRÜN und zuletzt GELB.
Mast direkt nach der Errichtung
Abb.2: Fachwerk direkt nach der Errichtung. Der Stahlmast ist noch ohne Führung und nur per Spanngurt gesichert.
Fixierung Stahlmast
Abb.3: Stahlmast an der 4-Meter - und 5-Meter-Platform per Spanngurt gesichert.

Baugrund und Fundament

Warum einen Betonmischer leihen, wenn es auch anders geht Prototyp aus Säulenbohrmaschine, Oberfrästisch, Maurerkübel und Feuerkorb. Als Plan B lag Vater's alte Metabo bereit - kam aber nicht zum Einsatz. Der improvisierte Micher hat tatsächlich funktioniert.
Die 8 Betonanker sind mit einem Winkel von 87° bereits in die Verschalung integiert, Das Leerrohr für 230 V, LAN, und Datenkabel ist auch schon im Fundamentbereich fixiert.
Quadratisches Streifenfundament auf Kiesbett mit einer Kantenlänge (außen) von 1 m und 0,4 m tief. Abstützung mit vier auslegern aus Winkelprofil mit einer Länge von je 2 m. Die Profile sind zur weiteren Stabilisierung gegen Kippmomente mit insgeasmt 24 Gehwegplatten (40x40) verschraubt.
Baugrundstück für Mast
Abb.1: Der Baugrund ist gefunden. Die Blumen werden umquartiert.
Baugrube für Fundament
Abb.2: Ausgehobene Baugrube für Streifenfundament.
Verschalung eingebracht
Abb.3: Verschalung, Armierung, Leerrohr und Betonanker.
Betonmischer im Eigenbau
Abb.4: Betonmischer im Eigenbau - funktioniert.
Das Fundament ist gegossen.
Abb.5: Das Fundament gegossen, Leitungen im Leerrohr, Betonanker mit 78° Neigung.

Planung und Entwurf

Wie kann ein 10-Meter-Mast erichtet werden? Wie sieht der Unterbau aus, wie das Fachwerk Erste Entwürfe entstehen als Model (Abb.1). Welche Sensoren werden benötigt? Braucht es eine Genehmigung? Rund ein Vierteljahr brachte ich um alle Fragen 8weitestgehend zu beantworten und zu starten.
Mastentwürfe
Abb.1: Vier- oder fünseitiger Grundriss des Fachwerkes
Transport Mast
Abb.2: 6 Meter Stahlmast auf Citroen - konform mit StVO.
Ultraschallsensor
Abb.3: Die ENtscheidung fällt auf einen Ultraschallsensor der Fa. Gill, kalibiert und abgenommen.

Feinstaubsensor

Entgegen den Vorschlägen von OK Lab Stuttgart bringe ich meinen Feinstaubsensor nicht in einem HT-Abwasserrohr unter, sondern spendiere ein einfaches Gehäuse mit Deckel. In Abb.1 ist links die durch ein Sieg geschützte Luftauslassöffnung zu sehen, während rechts die Luft durch eine PG-Verschraubung über einen Schlauch in den Sensor gesaugt wird. Auch diese Öffnung ist mit Gaze gegen das Eindringen von Insekten geschützt. Unter dieser Ansaugöffnung befindet sich der kombinierte Temperatur- und Feuchtesensor DHT22. Im Gehäuse nimmt der Feinstaubsensor SDS011 den größten Platz ein. Der kleinere Microcontroller NodeMCU teil sich den Rest mit dem Ansaugschlauch und der Verkabelung (Abb.2). Als Anschlussleitung dient ein 10 m langes USB-Kabel, das vom Sensor durch eine Giebeltüre in den Dachstuhl geführt wird (Abb.3).
Unterseite des Gehäuses des Feinstaubsensor
Abb.1: Unterseite des Sensor mit zusätzlichen Temperatursensor DHT22
Geöffnete Oberseite des Feinstaubsensors
Abb.2: Geöffnetes Geäuse mit SDS011 und NodeMCU ESP8266
Feinstaubsensor am Mast
Abb.3: Sensor am Wettermast

Sensoren am Mast

Die Sensoren sind einem 2,5 m langen Mastrohr direkt am frei stehende Giebel der Werkstatt montiert. Das Schalenkreuzanemometer für die Aufnahme der Windgeschwindigkeit überragt den Dachfirst um 1,40 m. Bezogen auf die Erdoberfläche ergibt das eine gesamte Höhe von 5,84 m (Abb.1). Die übliche Messhöhe beträgt 10 m. Hier ist also noch etwas Nacharbeit nötig. Zunehmend häufiger entdecken die Amseln und Spatzen den Feinstaubsensor als Bühne für ihre Gesänge und schmutzen ihn entsprechend ein - Natur pur.
In Abb.3 ist ein zusätzlicher Sensor der Fa. Lambrecht zu erkennen. Dieser diente dazu das Anemometer der WS2500 zu kalibrieren.
Mastaufbau  mit Angaben der Installationshöhe
Abb.1: Mastaufbau
Mast mit Besuch
Abb.2: Mast mit Amsel
Lambrechtsensor am Mast
Abb.3: Kalibrierung am Mast
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Wetterstation reparieren und aufbauen

Die Wetterstation ist seit 2005 im Einsatz. Einige Sensoren, wie der Regenmesser und der Lichtmesser sind bereits ausgefallen, andere wie z. B. der Temperaturfühler undicht geworden (Abb.1). Solche Dinke lassen sich in der Regel mit etwas Heißkleber noch mal reparieren. Der alte Stationsrechner war defekt, also wurde aus alten Beständen ein neuer Rechner zusammengestellt. Da die Wetterstation nur über eine serielle Schnittstelle zur Kommunikation verfügt, benötigte der PC auch noch ein serielles Interface. Zur Überwachung der seriellen Datenübertragung zwischen Station und Rechner lötete ich einen Stecker, der mittels LEDs den aktuellen Zustand der Übertragung anzeigt.
Geöffneter Sensor mit defektem Gehäuse
Abb.1: Temperatursensor mit defektem Gehäuse
Neuer Stationsrechner im Aufbau
Abb.2: Aufbau des Stationsrechner aus gebrauchten PCs

Inzwischen ist die Wetterstation vom Stationsrechner auf PC-Basis auf einen erheblich energiesparenderen Raspberry Pi umgezogen (Abb.4). Der Raspberry übernimmt auch die regelmäßige Abfrage des (ca. alle 2,5 Minuten) des Feinstaubsensors. Auf ihm laufen auch die Datenbanken zur Speicherung der Meßwerte, sowie der Webserver um die Ergebnisse im Internet bereit zu stellen.
Raspberry als Stationsrechner
Abb.4: Raspberry in Holzgehäuse als neuer Stationsrechner mit Erweiterungsplatz
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Werkstatt einrichten

Ohne ordentlich ausgestattete Werkstatt ist ein technisches Projekt wie eine Wetterstation kaum zu realisieren. Zunächst musste also ein ungenutzter Schuppen (Abb.1) in eine Werkstatt verwandelt werden. Mit zwei getrennten Arbeitsplätzen für grob- und feinmotorische Aktivitäten (Abb.2) war die grundlegende Ausstattung der Werkstatt festgelegt. Auch das Werkzeug braucht dann den passenden Platz (Abb.3). Äußerst empfehlenswert: Ein magnetisches Whiteboard zum schnellen Skizzieren von Ideen,gefertigt aus der Seitenwand einer alten Heizungsanlage.
Alter Schuppen, genutzt als Abstellkammer
Abb.1: Ehemaliger Schuppen
Werkstatt. Links der Tisch für grobe Arbeiten, rechts für elektrische Aufgaben.
Abb.2: Links wird gewerkelt, rechts wird gelötet
Nach der Einrichtung der Werkstatt, braucht auch das Werkzeug einen ordentlichen Platz
Abb.3: Ordnung beschleunigt die Projekte
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