DIY - Wetterstation
Eine Wetterstation besteht meist aus sehr vielen Sensoren. Diese messen etwa die Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder den Niederschlag. Einige Messstationen protokollieren auch die Feinstaubbelastung. Diese Messwerte sind vor allem in urbanen Gebieten von Bedeutung, da die Lebensqualität dadurch beeinflusst werden kann. Ich möchte im Folgende zeigen, wie ich meine erste DIY-Wetterstation gebaut habe, welche mit Hilfe eines Arduinos Temperatur, Luftfeuchtigkeit und die Feinstaubbelastung messen kann.
DIY Wetterstation Bauteile
Zum Bau der DIY-Wetterstation benötigt man neben den Sensoren einen Mikrocontroller, ein Steckbrett, Jumper-Kabel, verschiedene Widerstände und ein Modul, um die Daten zu protokollieren und zu speichern.
Mikrocontroller, Steckbrett, Kabel und Widerstände gibt es im Rahmen eines Einsteigersets schon sehr günstig zu kaufen. Dazu gibt es noch viele weitere Bauteile (LEDs, 7-Segment Anzeige, Ultraschallsensoren, …) für andere Projekte. Ich habe mich für das Starterset Elegoo UNO 3 Starter Kit entschieden, welches sowohl mit der Aruino IDE als auch mit den verschiedenen Sensoren kompatibel ist.
Darüber hinaus benötigt man noch die Sensoren:
- Als Feinstaubsensor habe ich den Sensor SDS 011 von Nova Fitness Co. verwendet. Der Sensor zählt mit Hilfe optischer Sensoren die Anzahl der Partikel und teilt sie in zwei Gruppen, PM2.5 und PM10, ein. Als PM2.5 bzw. PM10 bezeichnet man Feinstaubarten, welche kleiner als 2.5μm bzw. 10μm sind. Anschließend werden diese Informationen in ein digitales Signal umgewandelt und können mit Hilfe des Mikrocontrollers ausgelesen werden.
- Zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur kann man den Sensor DHT 22 von AZDelivery verwenden. Die Luftfeuchtigkeit ist abhängig von der Temperatur. Dies bedeutet, dass die Temperatur bei Bestimmung der Luftfeuchtigkeit immer gemessen werden muss. Aus diesem Grund bietet es sich an einen Sensor zu verwenden, der beide Daten gleichzeitig zur Verfügung stellt. Der Sensor besteht aus einem temperaturabhängigen Widerstand. Damit kann die Temperatur gemessen werden. Die Luftfeuchtigkeit wird mittels eines Plattenkondensators gemessen, welcher ein feuchtigkeitssensibles Polymer als Dielektrikum hat. Dadurch verändert sich bei Veränderung der Luftfeuchtigkeit die Kapzität des Kondensators, welche gemessen werden kann. Außerem ist der Sensor relativ genau: Die Temperaturmessung hat nur einen Fehler von 0,5 °C. Die Luftfeuchtigkeit hat eine maximale Abweichung von 5%.
- Das Datenlogging-Modul von AZ-Delivery dient lediglich der Speicherung der Daten, sodass auch ohne direkten Anschluss an einen Computer die Daten abgerufen werden können.
Zusammenbau der Messstation
Bevor die Bauteile miteinander verbunden werden, ist es notwendig, dass das Data Logging Shield auf den Mikrocontroller aufgesteckt wird.
Anschließend können die Geräte verbunden werden. Dabei dienen die schwarzen bzw. roten Kabel als Spannungsversorgung für die Peripheriegeräte. Die grünen bzw. violetten Verbindungen sind für die Datenübertragung zwischen dem Mikrocontroller und den Peripheriegeräten zuständig.
Dabei ist zu beachten, dass der TXD-Pin des Feinstaubsensors mit dem RX- bzw. 0-Pin des Mikrocontrollers verbunden wird. Der RXD-Pin wird an den TX- bzw. 1- Pin des Mikrocontrollers angeschlossen. Es ist unbedingt notwendig, dass diese beiden Verbindungen vor dem Hochladen eines Sketches getrennt werden. Nach dem vollständigen Upload können die Anschlüsse wieder verbunden werden. Weiters ist zu beachten, dass bei Anschluss des DHT22 zwischen dem 5V-Pin und dem Pin, welcher für die Datenübertragung zuständig ist, ein 10 kΩ Widerstand verbaut wird. Dieser dient als PULL-UP Widerstand und soll Rauschen bzw. unerwünschte Datentransfers verhindern.
Messwerte
Es wurde eine Probemessung über einen Zeitraum von zwei Wochen durchgeführt. Dabei zeigten sich im Vergleich zu genormten Wetterstationen durchaus brauchbare Messwerte, vor allem in Bezug auf die doch geringen Kosten der DIY-Wetterstation. Ich zeige euch auch ein paar Diagramme, die dabei zustande gekommen sind. Für die Darstellung der Feinstaubbelastung ist es notwenig, dass Mittelwerte über einen bestimmten Zeitraum berechnet werden, da diese sehr stark schwanken können. Im konkreten Fall habe ich die Feinstaubkonzentration über einen Zeitraum von 30 Minuten, also einer halben Stunde, gemittelt.
