Willkommen auf der Homepage der privaten Wetterstation Hohenwalde

Hohenwalde ist ein kleines Dorf im südlichen Stadtgebiet der Kreisfreien Stadt Frankfurt (Oder) (Google-Maps-Link). Durch seinen ländlichen Charakter, bietet es ideale Bedingungen für den Betrieb einer Wetterstation. Durch die weiten, flachen Ebenen des Norddeutschen Flachlands sind schon mit einer etwas höher montierten Antenne Satellitenbilder aus entferntesten Regionen empfangbar.

Alles begann im Jahr 2004 mit dem Erwerb und der Aufstellung einer ELV WS2200. Das Komplettpaket umfasste damals einen Temperatur/Feuchte Sensor, einen Windsensor, einen Regensensor, einen Innensensor welcher neben Innenraumtemperatur und Feuchte auch einen Drucksensor integriert hat und natürlich die Basisstation WS2200 (Mega-II). Für die Datenaufzeichnung und Anschluss an den Computer wurde gleich ein WS2000-PC Datenlogger mitbestellt. Seit Februar 2004 werden nun kontinuierlich Daten aufgezeichnet. Während dessen hat die Station viele Höhen und Tiefen erlebt. In den Jahren 2005/2006 gab es einen intensiven Ausbau der Wetterstation mit Komponenten des Nachfolgemodells WS2500, welches nun auch einen Helligkeitssensor umfasste, durch die Nutzung des  WS2200-Funkprotokolls aber kompatibel mit der älteren WS2200 war. Um diesen Sensor auch auf dem Computer nutzen zu können, wurde ein neuer Datenlogger benötigt, das WS2500-PC Funkinterface. Auch wurde das WS2500-Display gekauft, welches sogar einen Datenlogger im 15 Minutenintervall integriert hat. Damals wusste ich noch nicht, wie froh ich mal sein werde, diesen integrierten Datenlogger zu haben. Denn bei den WS2500-PC Datenloggern verabschiedete sich nach wenigen Jahren die RS232 Schnittstelle, so dass die Daten nicht mehr am Computer auslesbar waren. In diesen Jahren beschäftigte ich mich zudem intensiv mit dem Empfang der polar umlaufenden Noaa-Satelliten, was die Anschaffung eines R2FX Satellitenempfänger im 137MHz Band zur Folge hatte. Im Jahr 2008 beendete ELV die Produktion der WS2200 und WS2500 samt aller zugehörigen Sensoren. 2009 gab es die Sensoren zu hohen Preisen aus Lagerrestbeständen, 2010 startete ELV den Verkauf der zur Erfüllung von Garantiefällen gelagerten  Ersatzgeräte. Hier konnte sich jeder noch einmal mit Sensoren, Displays, Empfängern und Datenloggern eindecken, denn danach gab es nur noch bei Ebay Ersatzgeräte aus Stationsauflösungen, zu entsprechenden Preisen. Dies wurde auch mir zum Verhängnis, als sich 2011 durch verkehrt eingelegte Batterien, der 2m Sensor verabschiedete. Ersatz gab es nur durch einen von Helmut Bayerlein gebauten Sensor. Da der Bau des Sensors ein Freizeitprojekt von ihm war, vergingen runde 6 Monate, bevor ein neuer Sensor bei mir eintraf und wieder genaue Messungen ermöglichte. Im Sommer 2013 beschäftigte ich mich mit den AVR-Mikrokontrollern und der Programmiersprache Bascom. Da zu dieser Zeit die Wetterdatenaufzeichnung allein über das WS2500-Display im 15 Minutentakt lief,  lag der Wunsch nahe, mir einen eigenen Empfänger zu bauen. Im Juli 2014 entdeckte ich dann den Raspberry-Pi, womit das Raspberry-Pi-Projekt startete, was die Grundlage für die heutige Wetterdatenaufzeichnung darstellt.

Kommen wir zu den Sensoren. Da gibt es im Garten am 2m Mast den Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor, sowie den 5cm Sensor und 4 Temperatursensoren, die sich unter der Erde befinden.

In diesem Bild ist der Holzkasten mit der Sensorelektronik noch geöffnet, da die Elektronik hier gerade frisch installiert wurde. Der zweite Sensormast, im Hintergrund lief noch eine Zeit parallel mit, wurde später aber abgebaut. Gespeist wird die Elektronik aus 3 NiMh Zellen, welche über ein Solarmodul am Tage aufgeladen werden. Der 2m Sensor ist zudem Bei Sonnenschein aktiv belüftet. Hierfür findet ein 12V PC-Lüfter Anwendung, welcher über ein 12V/5W Solarmodul gespeist wird. Der PC-Lüfter ist im unteren Teil des Sensorschutzgehäuses platziert und saugt die Luft am Sensor vorbei, von oben nach unten. Somit wird keine vom Boden erwärmte Luft angesaugt.

Dies ist der 5cm Sensor. Er befindet sich 5cm über dem Erdboden und ist vor allem im Herbst und Frühling bei Bodenfrost interessant. Aus der grauen Installationsdose gehen 4 Leitungen zu den Bodentemperatursensoren, welche in 5cm, 20cm, 50cm und 100cm Tiefe im Erdboden eingebracht sind. Durch den Kabelkanal sind die Sensorleitungen gut vor Wildschäden wie Marder geschützt.

Auf dem Dach befindet sich der Regensensor, wie auch der Helligkeit- und Windsensor. Zudem ist hier oben die QFH-Antenne für den Empfang der polar umlaufenden NOAA-Wettersatelliten zu finden.

Empfangen und ausgewertet werden die Sensoren mit einem selbst gebauten Empfänger. Dieser basiert auf einem Atmega328, welcher über ein Aurel Empfangsmodul auf 433MHz die Sensortelegramme empfängt und für die Ausgabe über die UART-Schnittstelle vorbereitet. Alle 3 Minuten gibt der Empfänger seine Daten über die UART-Schnittstelle an einen Raspberry Pi weiter, welcher diese über eine Netzwerkverbindung in einem im Netzwerk frei gegebenen Datei abspeichert. Zudem speichert der Empfänger diese Daten auf einer SD-Karte. Da der Empfnger am hauseigenen, solargespeisten 12V System angeschlossen ist, dient die SD-Karte als Notfallspeicher, falls durch einen Stromausfall die weitere Verarbeitung durch den Raspberry und dem Banana-Pi ausgefallen sein sollte.

Der Banana-Pi. Früher hatte ich ihn als nackte Platine auf dem Computertisch zu liegen. Inzwischen hat er ein Holzgehäuse bekommen, auf welchem auch die 500GB Sata-Festplatte verbaut ist. Da der Banana-Pi rund um die Uhr läuft und durch Stationsdaten, Webcam, Satellitenbilder sowie die Daten des DWD gut zu tun hat, würde eine normale SD-Karte nicht lange halten, da bald die maximale Anzahl an Schreib/Lesevorgänge erreicht wäre und die SD-Karte irgendwann nicht mehr lesbar wäre. Eine normale Sata-Festplatte mit rotierender Magnetscheibe hingegen stören die vielen Schreib/Lesevorgänge nicht. Daher bootet der Banana-Pi lediglich von der SD-Karte und bekommt von den dort abgelegten Bootdateien mitgeteilt, dass das eigentliche Betriebssystem auf der Sata-Festplatte zu finden ist.

Die Software auf dem Banana-Pi prüft alle 3 Minuten diese Datendatei auf das Vorhandensein eines neuen Datensatzes. Ist dieser vorhanden, so wird er eingelesen und die neuen Daten werden den Diagrammen hinzugefügt und die HTML-Seiten für die Homepage aktualisiert. Im Laufe der Jahre, sind so einige zusätzliche Programme dazu gekommen. Mit eines der ersten neuen Programme war das, für den Satellitenempfang. Wobei ich gerade überlege, ob nicht eher das Programm für die Webcam vor dem Satellitenempfang kam. Zumindest sieht es inzwischen so auf dem Banana-Pi Desktop aus:

Im Vordergrund, mit den vielen Daten in Tabellenform, ist die Satellitenempfangssteuerung zu sehen. Das Programm saust im Sekundentakt durch die Tabelle, welche die Empfangszeiten zu den aktiven NOAA-Satelliten bereit stellt und schaut, ob gerade ein Satellit kommt. Ist dem so, so wird ein unter GNU-Radio programmiertes Empfangsscript gestartet, welches einen umfunktionierten DVB-T Stick nutzt, um die NOAA-Wettersatelliten auf 137,XXX MHz zu empfangen und aufzuzeichnen. Ist der Satellit über den Empfangsstandort geflogen, wird die aufgezeichnete Audiodatei per Kommandozeile an WxToImg weiter gegeben, welche die Audiodatei dekodiert und in die auf der Homepage auffindbaren Satellitenbilder umwandelt. Noch genauer und ausführlicher ist die Funktionsweise der Satellitenempfangssoftware in meinem Homepageeigenen Forum beschrieben: Die Satellitenempfangsanlage.

Das kleine, lange, schmale Programm ist das Programm für die Webcamsteuerung. Dieses Programm berechnet ebenso wie die das Programm zur Auswertung der Stations-Wetterdaten, den aktuellen Sonnenstand. Früher hatte ich hierfür die Helligkeitswerte des Helligkeitssensors genutzt. Da dieses aber recht ungenau waren, da es bedingt durch den Bewölkungsgrad mal eher und mal später dunkel wird, habe ich dann auf im Internet gefundene Sonnenstands-Berechnungsformeln zurück gegriffen und diese im Quellcode der beiden Programme umgesetzt. Und dies funktioniert nun ganz gut. Auch hierüber habe ich im Forum einen langen Beitrag verfasst: Die Raspberry-Pi Cam.

Kommen wir nun zum großen Programm für die Stations-Wetterdaten. Dieses ist im Screenshot das mit den bunten Diagrammen. Es liest alle 3 Minuten die Datendatei aus, in welcher der Raspberry-Pi die vom Sensorempfänger übermittelten Sensordaten ablegt und generiert daraus die Diagramme und HTML-Dateien. Im Laufe der Jahre wurde es stetig weiter entwickelt. Immer wieder wurden die Fehlerfilter weiter optimiert, da es immer wieder mal ein falscher Messwert bis ins Diagramm geschafft hatte, es gab Ergänzungen und neue Funktionen, wie die automatische Anpassung an die neue Zeit, wenn wieder zwischen Sommer- und Winterzeit gewechselt wurde… Und nicht zuletzt kamen auch neue Sensoren dazu. Dadurch, dass ich das Funkprotokoll der Sensoren kenne und diese per Bascom auf Mikrokontroller der Atmel-Familie programmieren konnte, stand mir der Weg zu völlig neuen, eigenen Sensorkreationen offen. Entsprechend musste auch die Stationssoftware immer wieder mal an neue Sensortypen angepasst werden.

Seit Ende 2017 gibt es noch 2 weitere, kleine Programme. Diese rufen in regelmäßigen Zeitabständen die aktuellen Wetterdaten vom DWD-Opendata Server ab und stellen diese als Karte und Diagramme dar. Das andere Programm filtert aus diesen Daten die aktuelle Lokalprognose für Frankfurt (Oder) heraus und stellt diese auf der Homepage online. Zu finden sind diese Daten in der Kategorie „Leistungen des DWD“.

So hat sich seit Februar 2014, wo ich mit ersten Empfangsversuchen begann das Sensorprotokoll meiner Stationssensoren zu dekodieren, im Laufe der Jahre so einiges entwickelt. Ein wenig Text zum Empfang und der Dekodierung der Sensordaten, findet sich im Forumsbeitrag „Raspberry-Pi Empfänger“