Sääjärjestelmä
Yleistä tietoa mittausjärjestelmästä 2016
- Säämasto talon päädyssä, 3 m antenniputki ja huippu n. 6 m
korkeudessa maanpinnasta
- Tuulen mittaus kahdella Vaisalan tuulisensorilla (Ultrasonic),
Arduino lähettää arvot 20 sec välein lähiverkkoon
- Davis mekaaninen anemometri samassa mastossa, langaton tietojen
lähetys
- Maassa oleva masto 2 m ja siinä:
- Davis Vantage Pro2 sääasema, langaton
- UV-indeksin sekä auringon säteilyn mittaus
- lämpötilan ja kosteuden mittauksessa H24 tuuletus
- sademäärän mittauksessa lämmitys talvella
- Langaton lähetys Davis konsoliin, joka kytketty Raspberry Pi
kontrolleriin.
- Raspi lukee mittaukset ja pyörittää CumulusMX sääohjelmaa
- taustasäteilyn mittaus SBM-20 Geiger putkella, Arduino laskee
pulssit
- Arduino mikrokontrollerit keräävät tietoja antureilta ja lähettävät
niitä 10 - 40 sec välein lähiverkkoon lyhyinä UDP sanomina. Arduinot on
varustettu W5100 Ethernet shieldeillä, jotka on yhdistetty lähiverkon
kytkimeen Ethernet kaapeloinnilla. Virransyöttö Arduille tapahtuu myös
verkkokaapelin kautta (PoE, Power over Ethernet)
- Mini-ITX tietokoneessa pyörii palveluna valvontaohjelma, joka
vastaanottaa UDP sanomat ja tallentaa viimeiset lukemat MySQL
tietokantaan minuutin välein, käyttöjärjestelmä Win 7 64b
- Kuvat piirretään MySQL tietokannassa olevista arvoista.
Tämä erillinen ohjelma pyörii myös palveluna on ajastettu päivittämään
kuvat 10 min välein
- Kuvien päivityksen jälkeen ohjelma lähettää tiedon FTP
siirto-ohjelmalle, joka siirtää tiedostot omalle nettipalvelimelle sekä
internettiin
- Kaikki ohjelmistot ovat omaa tuotantoa. Aikaisemmat versiot
perustuivat LogTemp ohjelman runkoon hyödyntäen 1-Wire väylää ja
antureita, toiminnan aloitus syyskuussa 2000. Kevään kesän 2013 aikana
on 1-Wire antureita korvattu Arduino yhteensopivilla antureilla, joita
on huomattavasti paremmin saatavilla ja joiden luotettavuus /
toimintavarmuus tuntuu olevan parempi. Järjestelmän laajennettavuus on
myöskin helpompaa, koska toimiviin osiin ei tarvitse puuttua uusia
antureita lisättäessä.
Yleistä tietoa mittausjärjestelmästä 2013
- Säämasto talon päädyssä, 3 m antenniputki ja huippu n. 6 m
korkeudessa maanpinnasta
- Mastossa erilaisia antureita, huipulla:
- valon määrä LDR
- BH1750 digitaalinen valoanturi
- 2 * DS18B20 lämpötila-anturia
- useita DHT22 lämpötila/kosteusantureita
- UVM30A UV säteilyn anturi
- sadeantureina 3 kpl TFA tippalaskimia, 0.5 mm / tippa
- kaikki anturit kytketty Arduino mikrokontrollereihin mastossa
tai sen juurella
- Kuvien päivityksen jälkeen ohjelma lähettää tiedon FTP
siirto-ohjelmalle, joka siirtää tiedostot omalle nettipalvelimelle sekä
internettiin
- Kaikki ohjelmistot ovat omaa tuotantoa. Aikaisemmat versiot
perustuivat LogTemp ohjelman
runkoon hyödyntäen 1-Wire väylää ja antureita, toiminnan aloitus syyskuussa 2000.
Kevään kesän 2013 aikana on 1-Wire antureita korvattu Arduino
yhteensopivilla antureilla, joita on huomattavasti paremmin saatavilla
ja joiden luotettavuus / toimintavarmuus tuntuu olevan parempi.
Järjestelmän laajennettavuus on myöskin helpompaa, koska toimiviin osiin
ei tarvitse puuttua uusia antureita lisättäessä.
![Sääjärjestelmä](images/saalaite-2013.png)
Ilmankosteus
Ulkoilman kosteutta mitataan Arduinoon kytketyillä AM2303
antureilla. Anturi mittaa lämpötilan ja kosteuden ja ainakin
lämpötilan suhteen anturi vaikuttaa luotettavalta. Kosteuden mittaus
toimii paremmin kuin aikaisemmilla 1-Wire järjestelmän HIH
antureilla, nämä eivät näytä kyllästyvän ajan kuluessa yhtä
nopeasti. Kosteuslukemat eri antureiden välillä kuitenkin
vaihtelevat ja suurin havaittu ero on ollut 30%. Osa antureista on
jatkossa tarkoitus korvata SHT11 antureilla, joiden tarkkuudeksi
luvataan ±3%.
Kosteuden mittaus ulkona on kokemusten mukaan haastavaa, koska
kosteusanturit eivät yleensä kestä kuin yhden talven. SHT11 anturi
nyt toiminut pisimpään ja sen rinnalle on asennettu SHT31 anturi.
Molemmat näyttävät toistaiseksi lähes samoja lukemia, mutta SHT31 on
tarkkuudeltaan ja toiminta-alueeltaan parempi.
Ilmanpaine
Ilmanpainetta mittaa Arduinoon kytketty Bosch BMP085 anturi.
Arduino lukee ilmanpaineen 20 sec välein ja lähettää UDP sanoman
muodossa "WB|T=025.80|B=1015.73|R=0326787|". Sanomassa WB on sanoman
tyyppi, T on lämpötila, B on ilmanpaine ja R mittaussykli.
Vastaanotto-ohjelma voi sykliä seuraamalla varmistua siitä, että
mittaustieto on tuore.
Sademittari
Sadetta mitataan kolmella TFA:n sademittarilla, jotka antavat yhden pulssin /
0,5 mm. Pulssit aiheuttavat Arduino Mega 2560 mikrokontrollerissa
keskeytyksen, jonka jälkeen Arduino lähettää UDP sanoman
lähiverkkoon. Sanoma on muotoa "RG1|1|", missä RG1 on sadeanturi
(voi olla RG1, RG2 tai RG3) ja sen jälkeen pulssien määrä. Sademittareissa ei ole lämmitystä, joten
lumen mittaukseen ne eivät pysty. Siihen on kuitenkin suunnitteilla
ultraäänianturiin perustuva "lumensyvyys" mittari.
Salamanpaikannus
Salamapaikannus perustuu Blitzortung yhteisön eri puolilla
Eurooppaa oleviin vastaanottimiin. Vastaanottimien tieto lähetetään
Saksaan, missä kaikista havainnoista määritetään salaman sijainti.
Järjestelmä vaikuttaa tarkalta ja yhteisön jäsenet saavat
"palkkioksi" paikannetut salamatiedot omaan käyttöönsä. Tarkemmin
kuvaus järjestelmästä löytyy täältä.
Aikaisemmat HobbyBoards salamalaskimet osoittautuivat "leluiksi" ja
ne onkin toimitettu kaatopaikalle.
Tuulen mittaus
- Vaisalan WAS425 ultraäänisensori, ei liikkuvia osia
- liityntä RS485 väylän kautta Arduinoon, joka lähettää
mittaustulokset 20 sec välein lähiverkkoon
- sensorissa ei lämmitystä (saatavana optiona) ja lopettaa
toimintansa lämpötilan laskiessa alle -15°C
- toiminta tarkkaa ja luotettavaa
- Vaisalan WMT52 ultraäänisensori, tässäkään ei liikkuvia osia
- liityntä RS232 väylän kautta Arduinoon, joka lähettää tiedot
lähiverkkoon 20 sec välein
- sensorissa ei lämmitystä (saatavana optiona), mutta ei lopeta
toimintaansa kulmissäkään olosuhteissa
- lumen kerääntyminen antureiden (n. 3 cm tapit) saa mittauksen
sekaisin ja tätä varten pitäisi sensorissa olla lämmitys. Ilman sitä
pitää lumet poistaa manuaalisesti tai odottaa niiden sulamista
muulla tavoin
- toiminta tarkkaa ja luotettavaa, jos lumisateita ei lasketa
- Arduino lukee 10 sec välein laskimen rekisteröimät pulssit ja
lähettää UDP sanomat
- UDP sanoma muotoa
"DW|T=025.19|W=000093|D=225|M=010165|C=00017|R=0204422|", missä DW on
sanoman tyyppi, T on lämpötila kotelon sisällä, W on tuulen nopeus m/s,
D on tuulen suunta, M on aika edellisestä mittauksesta millisekunteina,
C on pulssien määrä ja R on mittaussykli
UV Indeksi
UV indeksi mitataan Arduinoon kytketyllä Gsens UVM30A anturilla.
Anturi antaa lähes lineaarisen jännitteen 0 - 1 V suhteessa UV
indeksiin. Anturi mittaa säteilyn allonpituudella 200 - 370 nm ja
sen tarkkuudeksi luvataan ±1 UVI, toimintalämpötilaksi jopa
-20°C - +85°C. Anturit ovat toimineet jo lähes vuoden ongelmitta ja
toiminta pakkasessakin on ollut oikean suuntaista. Anturi on herkkä
suuntaukselle; sen pitäisi olla kohdistettuna suoraan kohti aurinkoa
parhaan tuloksen saamiseksi. Kohtisuoraan ylöspäin osoittava anturi
ei huippulukemia anna, suurin havaittu lukema (10 min keskiarvo) on
ollut 4.6, kun virallinen ideksi samalla anjankohdalla oli 5.2.
Näitä antureita saa helposti ja nopeasti netistä eBayn kautta.
Valon määrä
Valon määrää seurataan digitaalisella BH1750 Digital Light Sensor
anturilla, joka on kytketty Arduinon i2c väylään (A4 & A5). Anturi
antaa valon voimakkuuden suoraan Luxeina. Toisena anturina on LDR,
jonka vastus muuttuu valoisuuden mukaan. LDR on kytketty Arduinon A3
analogiseen pinniin.