WEATHERMAN ...die perfekte Wetterstation für die Hausautomation

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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WEATHERMAN ...die perfekte Wetterstation für die Hausautomation

Beitrag von funkleuchtturm » 20.08.2017, 10:11

Mehr und immer aktuelle Informationen zu diesem Selbstbauprojekt gibt´s auf meiner Webseite!

Warum eine besondere Wetterstation für die Hausautomation ?
Ursprünglich wollte ich ja gar keine Wetterstation selber bauen, sondern wollte die für die Homematic vorgesehene Wetterstation nehmen oder ggf. andere Wetterstationen anpassen. Aber nach dem Studium der technischen Daten kam doch etwas Enttäuschung auf: Einerseits war der Preis ganz schön hoch und andererseits fehlten den typischen Wetterstationen wesentliche Eigenschaften, die insbesondere für die Hausautomation wichtig sind.

Das geht schon beim Regenmesser los: Verwendet wird meist ein sog. Regenmengenmesser mit einem Trichter und einer Messwippe. Beim Durchlaufen von Wasser gibt diese Einrichtung Impulse ab, die dann ausgewertet werden. Bei langsamen Beginn eines Regenschauers kann das aber u.U. einige Minuten dauern, bis die Wippe schaltet. In dieser Zeit ist die Markise schon nass, bevor sie automatisch eingefahren werden kann. Auch ein zu lange geöffnetes Dachfenster kann zu unangenehmen Wasserschäden führen. Fazit: Für die Hausautomation braucht man einen sehr schnell reagierenden Regenmelder ("one drop only"), der zur Zeit nur mit besonderen zusätzlichen externen Modulen (>>50€) darstellbar ist.

Gleiches "Elend" bei der Erkennung, ob Sonne scheint oder nicht. Die meist verwendeten Helligkeitssensoren haben eine viel zu geringe Dynamik, um störsicher sowohl im dunklen Winter als auch im hellen Sommer eindeutig den Sonnenschein zu erkennen. Ein sog. Sonnensensor ist hier viel besser geeignet. Ich habe ihn schon seit Jahren mit großem Erfolg in Betrieb und möchte ihn nicht mehr missen. Deshalb gehört ein Sonnensensor unbedingt in eine Wetterstation für die Hausautomation integriert.

Und natürlich ist es für die Hausautomation wichtig, nicht nur zu wissen, ob die Sonne scheint oder nicht, sondern wo genau die Sonne am Himmel steht. Nur so kann man dann erkennen, ob beispielsweise Fenster besonnt sind, die dann ggf. automatisch abgeschattet werden können. Deshalb ist eine Berechnung der Sonnenposition unverzichtbar.

Wetterstationen, die nicht für die Homematic konzipiert sind, können prinzipiell natürlich auch verwendet werden, aber man hat das Problem, die Daten in die Homematic zu bekommen. Zudem sind üblicherweise kein schneller Regenmelder und auch kein Sonnensensor enthalten. Und für mich besonders störend ist die meistens verwendete Batterie-Stromversorgung. Das ist schon deshalb negativ, weil man üblicherweise eine leistungshungrige Beheizung für den Regenmelder braucht. All diese Argumente führten mich schließlich zum Selbstbau meiner eigenen Wetterstation WEATHERMAN.
wman_1.JPG
Das kann der WEATHERMAN
Der WEATHERMAN ist die Fortsetzung einer Reihe von Sensor- und Aktor-Modulen ( die WIFFI´s), die hauptsächlich zur Erweiterung und Ergänzung der Hausautomation mit der Homematic konzipiert sind. Diese Module sind allesamt Funkmodule , die das in nahezu jedem Haushalt vorhandene gesicherte WLAN-Funknetz verwenden, um mit der Homematic-CCU zu kommunizieren.

Der WEATHERMAN hat eine Vielzahl von Sensoren, mit denen folgende Wettersignale messbar sind:

Windgeschwindigkeit mittel in m/s
Windgeschwindigkeit spitze in m/s
Windstärke in Bft
Windrichtung als Text und in Grad
Aussentemperatur in °C
Aussentemperatur gefühlt in °C
Taupunkt-Temperatur in °C
rel. Luftfeuchte in %
abs. Luftfeuchte in g/m3
Luftdruckmessung bez. auf N.N. in mb
Luftdruck-Trend zur Erkennung von Wetteränderungen
Regenmelder (one drop only!) mit einstellberer Empfindlichkeit
Regenmengenmesser mit mm/h und mm/24h
Sonnensensor mit einstellbarer Schaltschwelle
Helligkeitssensor mit sehr weitem Dynamikbereich
Berechnung Sonnenstand Azimut
Berechnung Sonnenstand Elevation


Die Datenübertragung erfolgt mit dem hauseigenen WLAN. Die Datenübertragung zur Homematic arbeitet völlig automatisch im Hintergrund, indem die Daten auf entsprechende CCU-Systemvariable abgebildet werden. Für die Verwendung in Verbindung mit ioBbroker oder anderen Hausautomationssystemen kann der WEATHERMAN anstatt zur CCU auch JSON Daten an die entsprechende programmierbare Serveradresse versenden. Und natürlich kann man die Wetterstation auch ganz ohne Hausautomation verwenden: dafür hat der WEATHERMAN sogar seine eigene Webseite, womit die Wetterdaten im Heimnetz mit jedem üblichen Browser einfach dargestellt werden können. So hat man die aktuellen Wetterdaten jederzeit auch auf dem Tablet oder Smartphone im Blick..
wman_38.jpg
Das Erscheinungsbild könnte man zwar mit einer App graphisch aufpeppen, aber der Aufwand war mir einfach zu groß. Schließlich steht die Funktionalität an erster Stelle und die ist mit der aktuellen Webseite voll erfüllt. Aber vielleich findet sich in der Community ein "App-Experte", der aus der eine alternative Darstellungsmöglichkeit für Smartphone oder Tablet schafft.

Nachbau leicht gemacht
Der erste Prototyp meiner Wetterstation war mechanisch und elektronisch komplett im Eigenbau hergestellt. Als Windmesser kam ein kardanisch aufgehängtes Pendel mit einer Kugel als Windfänger zur anwendung. Aus dem Ausschlag des Pendels konnte man Windstärke und Windrichtung gut berechnen. Allerdings war die Konfiguration einfach zu groß und erheblich zu kompliziert für den Nachbau von mechanisch weniger versierten Homematikern. Deshalb wurde diese Lösung nicht weiter verfolgt.

Eine sehr gute Lösung bot sich mit der preiswerten Verfügbarkeit eines Windmessers an, der als Ersatzteil für eine käufliche Wetterstation hier angeboten wird. Dieses Teil W132 hat einen relativ robusten Windmesser mit einer Windfahne für die Windrichtung. Ebenfalls eingebaut ist ein Temperatur- und Feuchtigkeitssensor mit einer eigenen Elektronik, welche die Daten normalerweise mittels 433Mhz-Sender an die hier nicht verwendete Basisstation sendet. Im folgenden Bild ist das Modul rechts direkt am Mast befestigt.
wman_31.jpg
Insgesamt besteht der WEATHERMAN aus den im Bild gezeigten Modulen, wobei der Regenmengenmesser und das W132 Ersatzteil fertig gekauft werden. Der WEATHERMAN-Controller kann als Bausatz in meinem Webshop gekauft werden. In der ausführlichen 18-seitigen Bauanleitung wird genau beschrieben, wie die Wetterstation zusammen gebaut wird.

Der WEATHERMAN-Controller ist in einem robusten wassergeschützten Standard-ABS-Gehäuse untergebracht. Dieses Gehäuse nimmt auch den Regensensor, Sonnensensor, Helligkeitssensor und Barometersensor auf. Hier ein Eindruck vom Innenleben des Hauptgehäuses mit der Ober- und Unterschale:
Folie9.JPG
Den WEATHERMAN-Controller gibt´s nur als Bausatz. Der Nachbau ist auch für den weniger versierten Elektroniker möglich, denn mit dem angebotenen Bausatz muß man eigentlich nur die mitgelieferte Platine bestücken und sauber verlöten. Der Mikrocontroller WeMos mini wird bereits komplett programmiert geliefert, so daß man sich nicht mit der Arduino-Entwicklungsumgebung „auseinander setzen“ muß. Aber man sollte schon etwas Erfahrung mit dem Zusammenbau und Inbetriebnahme von elektronischen Modulen haben! Mit der detaillierten Bauanleitung kann eigentlich wenig „schief “ gehen, wenn man sorgfältig alle Schritte ausführt, über etwas Löterfahrung und ein Multimeter verfügt.
Folie3.JPG
Der neu entwickelte Regensor ist ein besonderes "Schmankerl"! Dafür wurde eine von unten beheizte Platine mit vergoldeten (Korrosionsschutz!) Leiterbahnen konzipiert. Ausgewertet wird sowohl die Widerstands- als auch Kapazitätsänderung, wenn ein Regentropfen auf das Messgitter tropft. Damit ist in gewissen Grenzen nicht nur eine analoge Intensitätsmessung möglich sondern mit einer individuellen Schwellenvorgabe auch die Schaltempfindlichkeit des Regenmelders einstellbar. Insgesamt ist die Reaktion des Regenmelders inkl. Übertragung zur CCU im Bereich von 1 bis 5sec !!. Mittig im Regensensor ist eine LED integriert, die das Einschalten des Regenmelders signalisiert. Das folgende Bild zeigt links die Sensorfläche und rechts die Unterseite mit den Kontaktstellen für die Heizwiderstände und die mittige LED.
Folie6.JPG
Zusätzlich ist noch ein typischer konventioneller Regenmengenmesser angebaut, dessen Zählimpulse vom WEATHERMAN ausgewertet werden. Dieses Gerät ist ein im Internet relativ preiswert verfügbares Modul. Kann man beispielsweise bei Aliexpress mit dem Suchwort "rain gauge" finden.
Folie11.JPG
Für den Nachbau habe ich hier die Einkaufsliste mit Bezugsquellen zusammengestellt. Die zugehörigen aktuellen Preise zeigen, daß der Selbstbau des WEATHERMAN sehr preiswert ist. Mal abgesehen davon, daß die Funktionalität insbesondere im Hinblick auf die Nutzung mit der Hausautomation überragend ist.
Folie4.JPG
Anlernen an die CCU
Die automatische Verbindung zur CCU wird über Systemvariablen hergestellt, deren Namen von mir vorgegeben sind (fett). Allerdings lassen sich mit dem name-Befehl beliebige andere Namen für die Systemvariablen definieren. Im ersten Schritt sollte man diese Vorgabe erst mal behalten! Darunter werden auf der WEATHERMAN-Webseite die Sensorsignale der Wetterstation dargestellt. Diese Werte werden alle 60sec in einem festen Zeitraster aktualisiert, um das Datenaufkommen für die Signalübertragung zu begrenzen. Erst durch Aktualisierung der Webseite oder Klick auf den Link Aktualisierung der Messwerte kann auch außerhalb des Zeitrasters die Anzeige jederzeit aktualisiert werden.

Das Anlernen des WEATHERMAN an die CCU ist sehr einfach, weil für jedes Sensorsignal nur eine korrespondierende Systemvariable angelegt wird. Entsprechend der Vorgabe (fettgedruckte Namen) sind folgende Systemvariablen in der CCU anzulegen:

w_ip vom Typ „Zeichenkette“
w_temperature vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
w_windchill vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
w_taupunkt vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
w_humidity vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“
w_wind_avg vom Typ Zahl mit Maßeinheit m/s
w_wind_peak vom Typ Zahl mit Maßeinheit m/s
w_windstaerke vom Typ Zahl mit Maßeinheit bft
w_wind_direction vom Typ „Zeichenkette“
w_wind_dir vom Typ Zahl mit Maßeinheit °
w_rain_activity vom Typ „Zahl“
w_rain_status vom Typ „Logikwert“
w_rain_intensity vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit mm/h
w_rain_volume_1 vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit mm/1h
w_rain_volume_24 vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit mm/24h
w_barometer vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit mb
w_barotrend vom Typ „Zeichenkette“
w_sun_temp vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
w_diff_temp vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
w_sonne_scheint vom Typ „Logikwert“
w_lux vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „lux“
w_elevation vom Typ Zahl mit Maßeinheit °
w_azimut vom Typ Zahl mit Maßeinheit °

Es müssen nur diejenigen Systemvariablen definiert werden, die man auch benutzen möchte!

Die Aktualisierung aller genannten Systemvariablen erfolgt automatisch, aber nur wenn sich die Messwerte ändern. Dadurch wird vorteilhafterweise der Datenfluss stark reduziert.

Anmerkung:
Die oben genannten Systemvariablen sind „normale“ CCU-Systemvariablen, deren Zahl nicht wie bei den HM-Skriptvariablen auf 200 begrenzt.

Mehr Informationen auf meiner Projektseite

Viel Erfolg und Spass mit dem WEATHERMAN!
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 03.06.2019, 11:32, insgesamt 4-mal geändert.
Viele Gruesse
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von dondaik » 20.08.2017, 11:16

drei daumen hoch kann man ja hier nicht als sysmbol eingeben .... also: drei daumen hoch !!!
und der luftdruck ist sogar mit einer trend-auswertung - sauber !
ok, eine kleinigkeit ist aufgefallen - die LED des regensensors muss ich wohl verlegen :-) sieht man nicht so wirklich wenn der sensor etwas erhöht angebracht ist :-) .... doch das ist ja das trivialste .
ich gehe mal davon aus das die anbringung des BME290 im gehäuse keinen einfluss auf die messwerte hat und T / F der umgebung entsprechen .
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von funkleuchtturm » 20.08.2017, 12:04

dondaik hat geschrieben:die LED des regensensors muss ich wohl verlegen :-) sieht man nicht so wirklich wenn der sensor etwas erhöht angebracht ist :-) .... doch das ist ja das trivialste .
Das mußt Du nicht, weil erstens diese LED auch auf der Controllerplatine vorhanden ist und diese LED eigentlich nur beim ersten Anlernen des WEATHERMAN gebraucht wird. Ich habe diese LED bewusst in die Regensensorplatine integriert, damit nicht noch ein weiteres Loch in das Controllergehäuse eingebracht werden muß. Jedes Loch mehr erhöht das Risiko fürs Wasser-Eindringen.
dondaik hat geschrieben:ich gehe mal davon aus das die anbringung des BME290 im gehäuse keinen einfluss auf die messwerte hat und T / F der umgebung entsprechen .
Mit dem BMP280 (nicht BME280) im Gehäuse messe ich nur den Luftdruck und zur Information die Innentemperatur des Controllergehäuses. Diese Temperatur ist nicht brauchbar als Umgebungstemperatur. Dafür hat der W132 einen eigenen Temperatur und Feuchtesensor in seinem Hauptgehäuse untergebracht. Die originale Belüftung dieser Sensoren ist aber nicht so überzeugend. Eigentlich müßte man den W132-Temperatur- und -Feuchtesensor ausbauen und getrennt in einem gut belüfteten Lamellengehäuse unterbringen, damit wirklich genau die Aussentemperatur gemessen wird. Aber ich hab den W132 erst mal so genommen wie er im Original ist. Wer das will, kann ja noch den Temperatur- und Feuchtesensor des W132 relativ einfach ausbauen und getrennt platzieren. Es gibt immer Möglichkeiten zur Verbesserung :D
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von dondaik » 20.08.2017, 12:57

so ist es ... - "Mr. " weatherman ist schon top !!
und mein wetteraussensensor wird so nicht arbeitslos :-)
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von Knallochse » 20.08.2017, 19:00

Lustig ist, dass der W132 bei allen mir bekannten Shops ausverkauft ist.
So viele haben die bestimmt noch nie verkauft :)
Hat jemand noch einen Tip für mich, wo ich noch so ein Teil bestellen kann.

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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von dondaik » 20.08.2017, 19:17

elv auch :-) ?
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von dondaik » 20.08.2017, 19:59

in kürze lieferbar, ist doch ein wort ... ( ich habe nicht geschaut - bzw als ich ihn, etwas verwundert, gefunden habe war er lieferbar ... )
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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von Knallochse » 20.08.2017, 20:05

Ist ja nicht so tragisch. Wird halt später alles zusammengebaut.
Hab eh grad wenig Zeit. Es scheint aber so, das hier innerhalb von ein paar Tagen einige verkauft wurden. Woran das wohl liegt? :mrgreen:

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Re: WEATHERMAN ...perfekte Wetterstation für die Hausautomat

Beitrag von Daimler » 20.08.2017, 20:08

Jungs,
beruhigt euch doch.
Auch das Gehäuse hat zur Zeit - jedenfalls bei Reichelt - eine ungewisse Lieferzeit.
Und auf den Ali warte ich jetzt schon 1 Woche auf die VB.

Also alles im Lot. :lol: :lol:
Gruß Günter

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