marcel
/
weather_station
1
0
Fork 0
Code Issues Pull Requests Packages Projects Releases Wiki Activity
Weather station with ModBus over RS-485
You can not select more than 25 topics Topics must start with a letter or number, can include dashes ('-') and can be up to 35 characters long.
19 Commits
1 Branch
0 Tags
26 MiB
 
 
 
 
 
 
Tag: Branch: Tree: master
Branches Tags
${ item.name }
Create tag ${ searchTerm }
Create branch ${ searchTerm }
from 'master'
${ noResults }
weather_station/article/weather_station_article.html

205 lines
10 KiB
Raw Permalink Blame History

<!DOCTYPE html>
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" lang="" xml:lang="">
<head>
<meta charset="utf-8" />
<meta name="generator" content="pandoc" />
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0, user-scalable=yes" />
<meta name="author" content="M.T. Konstapel" />
<meta name="dcterms.date" content="2024-02-03" />
<title>APRS weerstation</title>
<link rel="stylesheet" href="./css/mvp.css" />
<style type="text/css">
:root {
--width-content: 1080px;
}
nav {
justify-content: space-around;
}
</style>
</head>
<body>
<header id="title-block-header">
<nav id="TOC">
<ul>
<li>
<a href="#">Index</a>
<ul>
<li><a href="#weerstation"
id="toc-weerstation">Weerstation</a></li>
<li><a href="#aprs" id="toc-aprs">APRS</a></li>
<li><a href="#hamnet" id="toc-hamnet">HamNet</a></li>
<li><a href="#meer-informatie" id="toc-meer-informatie">Meer
informatie</a></li>
<li><a href="#verantwoording"
id="toc-verantwoording">Verantwoording</a></li>
</ul>
</li>
<li>
<a href="./weather_station_article.pdf">PDF version</a>
</li>
<li>
<a href="https://git.meezenest.nl/marcel/weather_station">Git repo</a>
</li>
<li>
<a href="https://meezenest.nl/mees/weather_station.html">Back</a>
</li>
</ul>
<a href="https://www.meezenest.nl/mees/"><img alt="Logo" src="./images/mees_logo.svg" height="70"></a>
</nav>
<h1 class="title">APRS weerstation</h1>
<p class="subtitle">met hamnet verbinding</p>
<p class="author">M.T. Konstapel</p>
<p class="date">2024-02-03</p>
<p><a href="./weather_station_article.pdf"><i>PDF version</i></a></p>
</header>
<main>
<article>
<p><b>Abstract </b><p>Ik maak veel gebruik van het APRS netwerk:
positiebepaling, telemetry en berichten versturen; ik doe het allemaal.
Dit kan omdat ik dicht bij de Duitse grens woon: anders dan in Nederland
waar het APRS netwerk dankzij lastige regelgeving nagenoeg is verdwenen,
is in Duitsland het netwerk nog springlevend. Ik maak gebruik van Duitse
digipeaters en iGates, die gewoon berichten vanaf het internet mogen
doorzenden. Wat een geluk! Het enige wat ik nog niet kon, was
weergegevens delen via het netwerk. Om daar verandering in te brengen
heb ik een weerstation ontworpen dat elke 10 minuten een weerbericht kan
uitzenden via het APRS netwerk. En omdat het systeem zo’n 100 meter van
mijn huis in de acchtertuin staat, heb ik er ook een 5 GHz hamnet
verbinding naar toe gemaakt, zodat ik het systeem op afstand kan
bedienen. Het hamnet gebruik ik ook om de weermetingen naar mijn Grafana
dashboard te sturen. Oh, en omdat twee beter is dan een heb ik er ook
een 20KB/s hamnet link over 70cm LoRa als backup in geknutseld.</p></p>
<h1 id="weerstation">Weerstation</h1>
<p>Als uitgangspunt van het weerstation gebruik ik de SparkFun Weather
Meter. Dit is een kit met drie sensors: een windvaan, een anemometer en
een regenmeter. Deze kit heb ik aangevuld met sensors voor temperatuur,
luchtdruk en luctvochtigheid. Al deze sensors zijn rechtstreeks
aangesloten op een Arduino Mini Pro. Ik heb daar een RS-485 driverchip
en een ompoolbeveiliging aan toegevoegd. Het uiteindelijke schema is
hieronder te zien. Ingewikkeld is de hardware niet, want alle
fuctionaliteit zit in de software.</p>
<figure>
<img src="./images/weather_station_schematic.svg" title="Schema"
alt="Schema" />
<figcaption aria-hidden="true">Schema</figcaption>
</figure>
<p>Het weerstation is uit te lezen via een ModBus interface. Dit is een
industriestandaard, dus er zijn legio mogelijkheden om met het
weerstation te communiceren. De ModBus registers bevatten de meetwaarden
van de sensors en worden elke twee seconde ververst. Dit bepaald dus de
maximale uitleesfrequentie. De volgende gegevens zijn beschikbaar:</p>
<ul>
<li>Windrichting in graden</li>
<li>Gemiddelde wind snelheid van de laatste 10 minuten in m/s</li>
<li>Maximale windstoot van de laatste 10 minuten in m/s</li>
<li>Hoeveelheid regen in het afgelopen uur in mm</li>
<li>Hoeveelheid regen in de afgelopen 24 uur in mm</li>
<li>Temperatuur in graden C</li>
<li>Luchtvochtigheid in %</li>
<li>Luchtdruk in hPa</li>
</ul>
<p>Daarnaast zijn er nog een aantal statusregisters beschikbaar. Deze
worden besproken in de uitgebreide bouwbeschrijving die beschikbaar is
op mijn website.</p>
<p>De luchtvochtigheidssensor kan bij een hoge luchtvochtigheid
verzadigd raken en zo blijven steken op 100%. Om dit te voorkomen is het
mogelijk om de sensor automatisch te laten verwarmen wanneer de
luchtvochtigheid langer dan een uur boven de 96% is. De verwarming wordt
dan elke 20 minuten voor 5 minuten aangezet. In de 15 minuten die
overblijven koelt de sensor weer af tot de omgevingstemperatuur. Dit
proces wordt heraald totdat de sensor weer een waarde beneden de 96%
aangeeft. Tijdens het opwarmen en afkoelen kan de luchtvochtigheid en
temperatuur maar eens in de 20 minuten worden gemeten. Dit is de prijs
die betaald moet worden wanneer we een goedkope luchtvochtigheidssensor
gebruiken.</p>
<h1 id="aprs">APRS</h1>
<p>Om de weermetingen te kunnen uitzenden via het APRS netwerk is er een
2 meter FM zender (een oude Alinco portofoon) en een 1200baud modem (een
variant op het MicroModem van markqvist) nodig. En een computer om de
gegevens via de ModBus uit het weerstation te lezen en door te sturen
naar het modem. Een Raspberry Pi Zero 2W is daar perfect geschikt voor.
Deze is goedkoop, klein en verbruikt weinig energie. Omdat een APRS
weerstation ook zijn positie en tijd moet doorgeven om op de kaart gezet
te kunnen worden is er een GPS module via USB aangesloten op de
Raspberry Pi. Strikt genomen is de tijd niet noodzakelijk en omdat het
station vast is opgesteld kan de positie ook handmatig worden ingesteld,
maar een gps module voegt weer extra complexiteit toe en dat maakt het
project net weer wat interessanter. Een eenvoudig Python programma leest
het weerstation uit, vraagt de positie en de tijd van de gps ontvanger
op en construeerd het APRS frame dat uitgezonden moet worden. Dit frame
wordt vervolgens via de Linux AX.25 stack naar het modem gestuurd.</p>
<p>Omdat APRS over LoRa op de 70cm band steeds poulairder wordt heb ik
ook een LoRa module op de Raspberry Pi aangeloten. Het weerbericht kan
zo ook via LoRa worden uitgezonden. De software hiervoor is een in
Python geschreven KISS interface. Via deze software kan de LoRa module
gekoppeld worden aan de AX.25 stack. De Raspberry Pi ziet het modem als
elk ander KISS compatible modem.</p>
<p>Met een diplexer worden de signalen van beide zenders samengevoegd en
gaan zo naar een dualband antene.</p>
<h1 id="hamnet">HamNet</h1>
<p>Het syteem kan autonoom werken, maar het is handig (en noodzakelijk)
om het systeem van afstand te kunnen bedienen en wanneer dat nodig is
ook uit te kunnen schakelen. Daarvoor heb ik een 5GHz HamLink tussen het
huis en het weerstation aangelegt. Op deze manier heb ik een snelle
netwerkverbinding naar de Raspberry Pi en kan ik via telnet inloggen en
het systeem bedienen. De verbindig wordt ook gebruikt om verbindig te
maken met het APRS-IS netwerk op het internet. Zo doet mijn weerstation
ook dienst als RX-only iGate voor zowel traditioneel APRS als LoRa APRS.
De HamNet link maakt gebruik van commercieel verkrijgbare schotels. Ik
gebruik apparatuur van Unifi Ubiquiti, maar apparatuur van Mikrotik is
even goed geschikt.</p>
<p>De snelle netwerkverbinding is handig, maar wanneer het systeem
autonoom werkt is het wel een beetje een overkill, want de verbinding
wordt dan enkel gebruikt om APRS berichten door te sturen naar het
APRS-IS netwerk. Daarom heb ik ook nog een lage snelheid
netwerkverbinding geintegreerd. Deze heeft een doorvoersnelheid van iets
meer dan 20KB/s, wat genoeg is voor de toepassing. Het is zelfs mogelijk
om via deze langzame verbinding in te loggen via telnet. Dat gaat dan
wat trager, maar als backup is het prima geschikt. Zo heb ik twee
manieren om het systeem van afstand te beheren. De verbinding gaat over
LoRa via de 70cm band. Hiervoor gebruik ik een kant en klaar board, een
LilyGO TTGO T3 LoRa32 433MHz V1.6.1 ESP32. Hierop heb ik de Rnode
firmware van unsigned.io gezet. Met de bijbehorende Linux software
(tncattach) wordt dit een netwerkinterface onder Linux waarover ik het
netwerkverkeer kan leiden.</p>
<h1 id="meer-informatie">Meer informatie</h1>
<p>Dit artikel is slechts een introductie van het APRS weerstation. Meer
informatie is te vinden op mijn website https://meezenest.nl/mees Daar
vind je uitgebreide documentatie en alle ontwerpbestanden en broncode
die je nodig hebt om zelf aan deslag te gaan.</p>
<h1 id="verantwoording">Verantwoording</h1>
<p><a
href="https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/projects/weather_station/build_doc/weather_station.html">Bouwbeschrijving
weerstation:
https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/projects/weather_station/build_doc/weather_station.html</a></p>
<p><a
href="https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/packetmodem_nano.html">1200bd
modem:
https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/packetmodem_nano.html</a></p>
<p><a href="https://git.meezenest.nl/marcel/RPi-LoRa-KISS-TNC">LoRa KISS
software: https://git.meezenest.nl/marcel/RPi-LoRa-KISS-TNC</a></p>
<p><a
href="https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/RPi_LoRa_shield.html">Raspberry
Pi met LoRa module:
https://www.meezenest.nl/mees-elektronica/RPi_LoRa_shield.html</a></p>
<p>Copyright (C) 2023, 2024 M.T. Konstapel - PE1RXF</p>
<p><a
href="https://meezenest.nl/mees/">https://meezenest.nl/mees/</a></p>
<p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike
4.0 International License.</p>
<hr>
</article>
</main>
<footer>
<p>&copy;
2024-02-03
M.T. Konstapel
<a href="https://meezenest.nl/mees/">https://meezenest.nl/mees/</a>
</p><p>This work is licensed under a <a rel="license" href="http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/">Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License</a>.
</p>
</footer>
</body>
</html>