beelogger

Niederschlagsmesser

Der hier beschriebene Aufbau wurde von uns in mehreren Prototypen getestet.
Anregungen zur Optimierung der Beschreibung und Aufbauhinweise nehmen wir unter der Email: support@beelogger.de gerne auf.

Als weiteres Element zur Erfassung von Wetterdaten wird hier ein Niederschlagsmesser, oft als Regenmesser bezeichnet, vorgestellt.
Damit wird der beelogger-Solar oder beelogger-Universal um eine weitere Komponente zum Aufbau einer Wetterstation ergänzt.

Grafik Temperatur und Regen mit Tageswerten und SUmme

Grafik Temperatur und Regen mit Tageswerten und Summe

Der hier verwendete Niederschlagsmesser arbeitet nach dem Wippenverfahren.
Über eine Auffangschale oder einen Trichter wird der Regen gesammelt und dem Wippensystem zugeführt. Mit jeder Füllung einer Seite der Wippe wird die Wippe gekippt und mittels eines Magneten ein Reed-Kontakt betätigt.

Die Anzahl der Wippenbewegungen ist das Maß für die Regenmenge und wird vom ATmega mittels einer Interruptroutine gezählt. Der Prozessor führt das Zählen quasi so nebenbei durch. Damit bleibt die bisherige Eigenschaft des geringen Stromverbrauchs erhalten.

Regenmesser Aussenansicht

Niederschlagsmesser Aussenansicht

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Regenmesser Innenansicht

Niederschlagsmesser Innenansicht

 

 

Eine Beschreibung zum Aufbau findet sich auch unter: http://www.elektronik-labor.de/Notizen/Regensensor.html . Wir haben uns gegen den dort eingesetzten Hall-Sensor entschieden, weil dieser fortwährend Strom verbraucht.

Das Messen von Regen erscheint damit relativ trivial. Eine genaue Messung hat jedoch ihre Tücken. Die Art des Regens, Niesel, feiner Nebel oder auch gefroren (Schnee) zeigen schnell die Grenzen eines Wippensystems auf. Informationen zu den Stärken und Schwächen der Niederschlagsmessverfahren finden sich bei https://de.wikipedia.org/wiki/Niederschlagsmesser . Auch der Aufstellort des Regenmessers hat Einfluß: https://www.wetterstation.net/regenmesser-aufstellen/ .
Der Deutsche Wetterdienst beschreibt in seinem ‘Technikhandbuch der Wettermeldestellen’ ausführlich Vorgaben für Wetterstationen.

Bauteile und Bezug:

Der Wippenmechanismus mit Auffangschale und Reedkontakt ist bei den div. Verkaufsportalen im Internet für ca. 10-15 € zu erwerben. Oft wird es als Ersatzteil für Wetterstationen angeboten. In Suchmaschinen bzw. den Verkaufsportalen führt der Begriff “Rain Gauge” meist schnell zum Ziel. Eine Libelle zur waagerechten Ausrichtung erleichtert die Aufstellung.

Für den Selbstbau stellen wir hier die 3-D-Druckvorlage der Wippe zur Verfügung. Download
Benötigt wird ein Reedkontakt (Schliesser) z.B. reichelt LITT FLEX141015 und ein/zwei Rundmagnete 4mm, z.B. reichelt Magnet 4.2. Ggf. zwei Magnete übereinander montieren.
Als Gehäuse des Regenmessers kann ein Ablussrohr HT DN 110 dienen. Benötigt wird das Rohrende mit Muffe, weil es etwas größer ist und die Wippe gut aufnehmen kann. Das Rohr wir so abgelängt, dass der Trichter sich so in das Rohr stecken lässt, dass das Auslaufende ca. 5-10mm Abstand zur Wippe hat. Für den Wippenmechanismuss und die Montage des Reedkontakts ist ein wenig Kreativität gefragt. Ein passender Trichter findet sich in gut sortierten Handel/Baumarkt usw..

Des Weiteren wird ein Widerstand (1kOhm, 1/4 -1 W) und ein Kondensator (0,1uF, 16-100V, X7R/X5R) benötigt um einen Eingangsfilter an der beelogger-Platine aufzubauen. Beide sollen bedrahtet sein, damit diese an der Schraubklemme montiert werden können.

Der Aufbau und die Inbetriebnahme des Niederschlagmesser benötigt folgende Schritte:

Der ATmega 328, der im beelogger verwendet wird, verfügt über zwei Interrupteingänge.
Für den Regenmesser wird der Interrupt am ATmega Pin D3 benötigt. Damit die Verwendung von D3 für den Regenmesser möglich ist, sind kleinere Anpassungen notwendig:
– Der Anschluss des DS18B20 kann nicht mehr an D3 erfolgen.
– Der DS18B20 kann stattdessen anstelle des DHT Nr.2 Pin D6 angeschlossen werden.
    beelogger Triple / Quad verwenden  für die 3. und 4. Waage in der Standardkonfiguration D6 für den zweiten HX711.
    Der zweite HX711 kann in diesen Fällen auf D10 / D11 verdrahtet werden.
    Beim beeloger-Solar muss für die GSM-Anbindung anstelle von D10 für RX Pin D8 verwendet werden.
    Systeme mit zwei DHT und einem DS18B20 sind nach zuzätzlicher Anpassung des beelogger möglich,
    z.B. Nutzung von D7 und separater Pull-Up-Widerstand.
    Im Sketch ist die Konfiguration in der beelogger_config.h entsprechend  dem Systemaufbau anzupassen.
  Bei Fragen bitte eine Mail an: support@beelogger.de
– Der Widerstand (4k7) am Anschluß des DS18B20 (beim Solar Z-R1) darf nicht bestueckt sein, ggf. entfernen.
– Der Kondensator 0,1uF wird an der Anschlussklemme an D3 und GND angeklemmt.
– Der Widerstand 1kOhm wird mit einer Seite an D3 angeklemmt, an die andere Seite wird ein Draht der Leitung zum Reed-Kontakt des
    Regenmesser angelötet. Der zweite Draht des Reed-Kontakt des Regenmessers wird an GND angeschlossen.

Beim beelogger-Solar kann der 1kOhm Widerstand auch anstelle des Jumpers D3 eingelötet werden und der Kondensator 0,1uF auf der Platinenunterseite zwischen D3 (ATmega-Seite des Widerstands) und GND der Schraubklemme.

Anpassung bestehender Sketche:

Ein Multi-Sketch mit Aux-Funktion wird mit der beelogger_addon.ino erweitert. Dazu die beelogger_addon.ino in das Sketch-Verzeichnis kopieren. Auf Serverseite wird das Skript ab Version M.07 benötigt.
Die Zuordnung des Sensor-Wertes ist in der Funktion Sensor_Regen() auf die Variable Aux[2] programmiert.

Der Haupt-Sketch muss in der setup() und loop erweitert werden.

In setup() sind diese Zeilen zu ergänzen:

In loop() wird unmittelbar vor dem Aufruf der Funktion Daten_Senden dies eingefügt:

Die Aktivierung des Sensors_Regen für die Messung und Datenübertragung erfolgt in der Sketch-Konfiguration:

In der beelogger_config.h wird die Zuordnung des ONE_WIRE_BUS von PIN D3 auf PIN D6 mit Aktivierung des Regensensors in der Sketch-Konfiguration automatisch geändert, so dass keine Anpassung notwendig ist.
beelogger_addon.ino

Kalibrierung:

Die Kalibrierung des Regenmessers ist mit wenigen Schritten durchgeführt.

– 100ml Wasser langsam durch das Messsystem laufen lassen und die Ticks vom beelogger zählen lassen.
   Größere Mengen Wasser, z.B. 300ml, erhöhen die Genauigkeit.
Zum Test der Schaltung zählen der “Ticks” steht ein Testprogramm zu Verfügung.  Download

– Die Wassermenge durch die Anzahl der Ticks teilen.
   z.B. 100ml ergeben 20 Ticks, ergibt dann ca. 5ml.

– Die Oberfläche des Auffangbehälters berechnen: Oberfläche = 2* PI * (Radius zum Quadrat)
   Im getesten Aufbau ist die 104cm² (Trichter mit 11,5cm Durchmesser).

Mit diesen Werten kann der Kalibrierwert errechnet werden.
Kal_Wert = Wassermenge pro Tick[ml] / Oberfläche des Auffangbehälters[cm²];
Der Wert ist auf Liter pro Quadratmeter umzurechnen, mit 10000 cm²/m² und 1000 ml/l ergibt sich Faktor 10.

Das ergibt im Beispiel einen Kalibrierfaktor mit (5ml / 104 cm²)*10 von 0,48 l/m².

In der beelogger_addon.ino ist der Kalibrierwert des Regenmessers einzutragen.