Starterkit: Wetterstation¶

Features¶

• Vollwertige Open Source Wetterstation
• Misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Helligkeit
• Hohe Präzision und Auflösung
  • z.B. Luftdruck 0,012hPa und Temperatur 0,01°C
• Steuerung über USB, WLAN und Ethernet oder mit RED Brick und Raspberry Pi
• Modifizierbar: Mehr Taster, mehr Sensoren und eigene Software
• Demo-Anwendung verfügbar
• Internet der Dinge fähig

Beschreibung¶

Das Starterkit: Wetterstation ist eine vollwertige Open Source Wetterstation. Sie misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Helligkeit mit hoher Präzision.

Sie kann per USB von einem (Embedded-) PC gesteuert werden. Auch eine Steuerung per WLAN ist über die WIFI Extension möglich. Alternativ kann die Wetterstation auch mittels einer Ethernet Extension in das lokale Netzwerk eingebunden werden. Für einen Standalone-Betrieb kann ein RED Brick oder ein anderes Embedded Board, wie z.B. das Raspberry Pi, direkt ins Gehäuse eingebaut werden. Auch Internet der Dinge (Internet of Things, IoT) Anwendungen sind somit möglich.

Für die Wetterstation sind verschiedene Beispielprojekte verfügbar, so können die Messwerte auf einem 20x4 Zeichen LCD angezeigt, oder auf einer Webseite hochgeladen werden. Über vier Taster auf dem LCD 20x4 Bricklet kann zwischen verschiedenen Modi umgeschaltet werden.

Ein Teil dieser Beispielprojekte ist in einer Demo-Anwendung implementiert worden. Diese ist für Windows, Linux und macOS verfügbar und kann benutzt werden um die Station zu testen.

Das Kit ermöglicht es nach eigenen Wünschen sowohl Soft- als auch Hardware zu gestalten. Das Gehäuse besteht aus bastelfreundlichem PMMA und ist einfach zu bearbeiten. Zusätzlich sind bereits Bohrlöcher für Analog In und IO-4 Bricklets vorhanden. So können auch noch weitere Sensoren (Anemometer, Pluviometer etc.) angeschlossen werden.

Die Wetterstation kann über alle verfügbaren Bindings (C/C++, C/C++ für Mikrocontroller, C#, Delphi/Lazarus, Go, Java, JavaScript, LabVIEW, Mathematica, MATLAB/Octave, MQTT, openHAB, Perl, PHP, Python, Ruby, Rust, Shell, Visual Basic .NET) programmiert werden. Beispielimplementierungen für viele Programmiersprachen und eine Demo-Anwendung erleichtern den Einstieg in die Programmierung mit Tinkerforge.

Ein kurzes Video über den Zusammenbau und einige Anwendungen gibt es auf Youtube:

Technische Spezifikation¶

Ressourcen¶

• Wetterstations-Gehäuse als FreeCAD CAD Dateien (Download)
• Beispielquelltexte für Messwerte auf dem LCD anzeigen (Download: C, C#, Delphi, Java, PHP, Python, Ruby, Visual Basic .NET)
• Beispielquelltext für Live-Anzeige von Messdaten auf einer Webseite (Download: PHP)
• Beispielquelltext für Anzeige von Statistiken mit Umschaltung per Taster (Download: C#)
• Beispielkonfiguration für Smart Home Integration mit openHAB (Download)
• Demo Anwendung (Download: Windows, Linux, macOS, Quelltext)

Firmware aktualisieren und erste Tests¶

Im ersten Schritt sollten die Bricks und Bricklets ausprobiert und die Firmwares ggf. aktualisiert werden.

Dazu müssen der Brick Daemon und der Brick Viewer installiert werden. Schließe alle Bricklets an den Master Brick an und verbinde es per USB mit dem PC. Anschließend kann über den Brick Viewer bestimmt werden, ob alle Firmwares aktuell sind. Falls nicht so sollten diese aktualisiert werden (Bricks aktualisieren, Bricklets aktualisieren):

Danach sollten mit dem Brick Viewer alle Sensoren überprüft werden. Dazu klickt man am besten durch die verschiedenen Tabs und überprüft die Sensorwerte. Anschließend ist sichergestellt, dass der Master Brick und alle Bricklets korrekt funktionieren auch nachdem alles in das Gehäuse geschraubt wurde.

Demo Anwendung¶

Wenn die Hardware korrekt funktioniert kann die Demo Anwendung zum Starterkit: Wetterstation getestet werden. Diese implementiert für Demonstrationszwecke zwei der vorgestellten Projekte:

1. Messwerte auf dem LCD anzeigen
2. Anzeige von Statistiken mit Umschaltung per Taster

Jedes Projekt besitzt sein eigenes Tab in der Anwendung. Das erste Projekt zeigt nur die gemessenen Werte an. Das zweite Projekt ist komplexer und zeigt Min-, Max- und Durchschnittswerte sowie Graphen der Messungen an. Die Anzeige kann hierbei über die vier Taster des LCD 20x4 Bricklets oder über die Taster in der Anwendung geändert werden. In manchen Modi kann über ein mehrfaches Drücken des Tasters der Sensor geändert werden.

Die Demo Anwendung kann aus den Ressourcen heruntergeladen werden.

Konstruktion¶

Es gibt nicht nur eine Art die Wetterstation aufzubauen. Nachfolgend zeigen wir den Aufbau verschiedener Varianten. Das Starterkit: Wetterstation ist einfach zu erweitern und zu modifizieren.

Zum Beispiel können Bricks und Bricklets mittels Abstandsbolzen befestigt werden oder auch direkt angeschraubt werden um Platz zu sparen. Es sind weitere Bohrlöcher vorgesehen um Analog In, Temperature oder IO-4 Bricklets zu befestigen um weitere Sensoren auszulesen.

Das benutzte PMMA Plastik ist einfach zu bearbeiten, so dass falls benötigt eigene Bohrlöcher oder Öffnungen geschaffen werden können.

Hier sind vier verschiedene Aufbauvarianten:

• Wetterstation (Basisversion)
• WLAN Wetterstation
• RED Brick Wetterstation
• Raspberry Pi Wetterstation

Die Wetterstation kann auch über RS485 oder Ethernet Extension gesteuert werden. Der Aufbau ist hierbei der selbe wie bei "WLAN Wetterstation" beschrieben, es muss nur die WIFI Extension durch eine RS485 oder Ethernet Extension ausgetauscht werden.

Wird die Ethernet Extension mit PoE genutzt, so kann der Stapel auch gleich über das integrierte PoE versorgt werden, so dass Step-Down Power Supply und der DC Jack Adapter nicht mehr notwendig sind.

Projekte¶

Im Folgenden werden verschiedene Anwendungen für die Wetterstation vorgestellt:

Live-Anzeige von Messdaten auf einer Webseite¶

Eine weitere Anwendung für die Wetterstation ist die Anzeige von Wetterdaten auf eine Webseite:

In diesem Projekt werden wir JavaScript/AJAX nutzen um die Messwerte alle 5 Sekunden auf einer Webseite neu zu laden.

Eine Beispielimplementierung ist in PHP verfügbar.

Anzeige von Statistiken mit Umschaltung per Taster¶

Da das LCD 20x4 Bricklet über vier Taster verfügt können wir die erste Anwendung um die Anzeige weiterer Daten erweitern indem diese mit den Tastern durchgeschaltet werden.

Die vier Taster werden in diesem Projekt genutzt um zwischen

• Standard Wetter Messung,
• 24h Min/Max/Durchschnitt,
• 24h Graph und
• Zeit und Datum.

Eine Beispielimplementierung ist in C# verfügbar.

Smart Home Integration mit openHAB¶

Die Wetterstation kann in ein openHAB verwaltetes Smart Home integriert werden mittels der openHAB Tinkerforge Bindings.

Als Beispiel werden wir die nötigen openHAB Konfigurationsschritte für die Integration mit einem RED Brick demonstrieren.

Zusätzlich Erweiterungen¶

Gerne führen wir hier Mods, Erweiterungen oder Verbesserungen der Wetterstation auf. Bitte gebt uns Bescheid, wir verlinken hier gerne eure Projekte.

Größere Drucktaster¶

Die Drucktaster des LCD 20x4 Bricklet sind ein wenig fummelig. Als Erweiterung für die Wetterstation bieten wir große Drucktaster mit der Wetterstation Drucktaster-Erweiterung an.

Die Erweiterung besteht aus vier großen Drucktastern, einem Ersatzseitenteil für die linke Seite des Gehäuses der Wetterstation und einer rechtwinkligen 2x3 Stiftleiste.

Ein Lötkolben und ein paar Käbelchen werden benötigt um die Drucktaster mit dem LCD 20x4 Bricklet zu verbinden.

Änderungen in der Software werden nicht benötigt.

Um einen Taster an das LCD 20x4 Bricklet anzuschließen muss der eine Pin des Tasters mit GND und der andere mit einem Eingang (BTN0-BTN3) verbunden werden. In den vorhergehenden Fotos haben wir eine schwarze Leitung genommen und GND durchzuschleifen und rote Leitungen um jeden Taster mit einem Eingang zu verbinden.

Als Spaß-Anwendung haben wir einen Demonstrator für ein Spiel wie Guitar Hero in Java geschrieben. Die Anwendung zeigt zufällig erzeugte Balken auf dem LCD an, die sich zu einer Seite bewegen. Über die vier großen Drucktaster lassen sich verschiedene Töne erzeugen und das dafür benutzte Instrument lässt sich aus der General MIDI Definition wählen. Die Logik des Spiels fehlt allerdings komplett.

Dieser Demonstrator soll zeigen, dass auch andere Anwendungen als die typischen Wetterstationsanwendungen möglich sind.

Der Quelltext kann hier herunter geladen werden: Download