Spis treści:
Pomiar parametrów aury jest nie tylko ciekawym zajęciem pozwalającym lepiej zrozumieć zmiany pogody i zależność pomiędzy temperaturą, wilgotnością, ciśnieniem, czy też poziomem i rodzajem opadów. Znajomość aktualnych warunków pogodowych jest też ważna tak ze względów praktycznych (pozwala lepiej dobrać ubiór przed wyjściem z domu), jak i z uwagi na bezpieczeństwo – dla kierowców oraz osób starszych bardzo istotne może okazać się ostrzeżenie przed potencjalnym oblodzeniem nawierzchni dróg bądź chodników.
Budowane samodzielnie stacje meteo są świetnym pretekstem do lepszego poznania tajników elektroniki i programowania, w tym obsługi czujników, komunikacji radiowej, czy też trybów obniżonego poboru mocy mikrokontrolerów (w przypadku zdalnych sensorów o zasilaniu bateryjnym). W naszym artykule przyglądamy się tematyce budowy stacji pogodowej z dostępnych na rynku modułów i elementów.
Własna stacja pogodowa – ustalenie wymagań projektowych
Budowa stacji meteorologicznej, podobnie, jak każdy inny projekt, powinna rozpocząć się od ustalenia wymagań funkcjonalnych i technicznych, jakie stawiamy naszemu systemowi. W niektórych przypadkach w zupełności wystarczające okaże się podłączenie (za pomocą przewodu) zewnętrznego zespołu czujników do właściwej stacji, umieszczonej np. na wewnętrznym parapecie okiennym lub na… szybie, choćby za pomocą przyssawek. Takie rozwiązanie jest zdecydowanie najprostsze, pozwoli bowiem uniknąć zawiłości projektowych związanych ze stosowaniem komunikacji radiowej.
Jeżeli jednak zależy nam na zastosowaniu zdalnego czujnika (lub sieci czujników), należy rozważyć użycie komunikacji ISM – w tej roli stosuje się zwykle proste i niedrogie moduły 433 MHz, 868 MHz lub 2,4 GHz (np. nRF24L01), choć wiele osób może zechcieć wykorzystać łączność Bluetooth lub jeden ze standardów dedykowanych dla urządzeń IoT (np. ZigBee).
Kolejnym etapem jest ustalenie rodzaju, liczby i rozmieszczenia czujników – podstawowy zestaw (sensor temperatury, wilgotności oraz ciśnienia atmosferycznego) można rozbudować o miernik prędkości i kierunku wiatru, zbiornik do pomiaru ilości opadów, czujnik poziomu nasłonecznienia, detektor wyładowań atmosferycznych, a nawet… jakości powietrza. W roli tego ostatniego stosowane są najczęściej laserowe czujniki pyłu, choć można się pokusić o wykorzystanie jednego z elektrochemicznych czujników VOC.
Jak ustawić stację pogodową meteo?
Aspektem bardzo istotnym dla zachowania dużej dokładności pomiarów i wykorzystania pełni możliwości zastosowanych czujników, a jednocześnie nazbyt często pomijanym przez początkujących konstruktorów, jest właściwe ustawienie stacji meteorologicznej. Okazuje się bowiem, że umieszczenie zespołu czujników w dowolnym miejscu na zewnątrz budynku może wiązać się ze sporymi przekłamaniami wyników pomiaru – przykładowo, cień budynku lub pobliskiego drzewa może łatwo zakłócić pomiar temperatury, jeżeli czujnik nie będzie umieszczony w odpowiedniej klatce (komorze pomiarowej), zaś obecność ściany bądź krzewów może niekorzystnie wpłynąć na wiarygodność pomiaru kierunku i siły wiatru. Dlatego też pomiar temperatury i wilgotności powinien być dokonywany na odpowiedniej wysokości nad gruntem, a czujniki powinny być umieszczone w przewiewnej, zadaszonej klatce. Czujniki wiatru montuje się natomiast zwykle na odpowiednio wysokim maszcie, który w warunkach amatorskich można skonstruować z odcinka metalowej rury, np. typowego masztu antenowego (w domu jednorodzinnym można zresztą pokusić się o wykorzystanie istniejącego masztu do zamocowania na nim anemometru).
Elektronika i oprogramowanie
Po ustaleniu najważniejszych aspektów projektowych można zająć się tym, co makerzy lubią najbardziej – budową elektroniki oraz programowaniem stacji. Większość osób jako kontroler (centralny sterownik) bez zastanowienia wskaże płytkę z rodziny Arduino bądź Raspberry Pi – to pierwsze rozwiązanie najlepiej sprawdzi się wtedy, gdy chcemy skorzystać z przesyłu danych do komputera lub wyświetlać wyniki pomiarów na prostym wyświetlaczu LCD, LED lub niewielkim ekranie graficznym.
Aby móc w pełni cieszyć się wysokiej jakości interfejsem okienkowym, warto jednak zdecydować się na wykorzystanie Raspberry Pi, który pozwoli ponadto na bardzo łatwy transfer danych do sieci. Nic nie stoi na przeszkodzie, by wykorzystać pakiet LAMP (połączenie serwera Apache, języka PHP oraz bazy danych MySQL) do stworzenia własnej witryny internetowej i udostępnienia jej domownikom, znajomym lub nawet wszystkim zainteresowanym osobom z dowolnego miejsca na świecie.
Osoby mniej zaawansowane w konstrukcji i programowaniu elektroniki mogą skorzystać z prostego ekosystemu micro:bit i nakładki Weather:bit, pozwalającej na podłączenie zestawu czujników do płytki bazowej BBC micro:bit oraz zaprogramowanie całości w intuicyjnym, graficznym środowisku IDE – makecode.microbit.org.
