Meteorologická stanica – Vyšná Sitnica

Už dlhší čas pred vznikom tohto projektu som mal v pláne zostaviť zariadenie ktoré by meralo a zaznamenávalo teplotu do databázy, čiže akýsi datalogger. Časom sa táto myšlienka prehlbovala aj pod vplyvom ostatných projektov na Žilinskej univerzite a dostal som sa k projektu meteorologickej stanice.

Táto amatérska meteorologická stanica, ktorú sa mi z časti (keďže nemeria všetky základné meteorologické veličny) podarilo zkonštruovať je určená pre meranie základných meteorologických veličín. Nezaoberá sa priamo predpoveďou počasia, ale iba záznamom meteorologických veličín, ich archiváciou a vyhodnotením. Nachádza sa na východnom Slovensku v obci Vyšná Sitnica (okres Humenné) s nadmorskou výškou 195 m.n.m.

Stanica bola spustená začiatkom júla 2013.

Zaznamenávané veličiny

Meriame a zaznamenávame tieto základné meteorologické údaje:

1) teplotu vzduchu – v cca 2.5 metra nad zemou
2) vlhkosť vzduchu (relatívnu)
3) rosný bod
4) atmosférický tlak – relatívny t.j. prepočítaný na úroveň hladiny mora

V budúcnosti plánujeme rozšíriť o meranie ďalších dvoch základných meteorologických veličín:

1) smer a rýchlosť vetra
2) zrážky

a ďalších doplňujúcich veličín ako je svit, UV index, radiácia (predovšetkým gama žiarenie).

Bloková schéma stanice a spôsob zaznámu

Namerané dáta sa ukladajú do databázy na lokálnom serveri a následne sa tvoria grafy, ktoré zobrazujú priebeh danej veličiny za posledných 24 hodín, týždeň, mesiac a rok. Aktuálne dáta spolu s grafmi sú odosielané na webový server.

Pre lepšiu predstavu ukazuje princíp meteorologickej stanice nasledujúci obrázok s blokovou schémou.

obr1

Obr.0 Bloková schéma

Merací reťazec: hodnoty neelektrických veličín sa získavajú zo snímačov umiestnených v radiačnom kryte. Prenos dát je zabezpečený i2C zbernicou do riadenia stanice umiestnenej v samostatnej krabičke blízko radiačného krytu. Základom riadiacej dosky stanice je 32bitový mikropočítač od firmy ST Microelectronics. Na doske sú vyvedené základné zbernice ako je UART, i2C a SPI pre pripojenie ďalších zariadení, ak to bude potrebné. Na doske je ďalej umiestnené teplotné čidlo DS18B20 pre informatívny záznam teploty v krabičke. Chcem testovať, hlavne v zime ake teploty zariadenie vydrží vo vnútri krabičky poprípade ako sa bude udržiavať teplota vo vnutri vplyvom vyžarovania teploty samotnými súčiastkami.

obr2

Obr.1 Foto riadenia stanice

Na doske sú umiestnené dva základné konektory – kolíkové lišty. Jeden z nich slúži na pripojenie radiačného krytu – napájanie 3.3V, i2C zbernica + ďalšie dva voľné drôty. Druhý konektor slúži na pripojenie k počítaču resp. serveru realizovaného pomocou Rapberry PI. Pripojenie je realizované UART-om. Počítač slúži na záznam dát, spracovanie (do grafov atď.), a vysielanie do internetu na webový server.

obr3

Obr.2 Foto počítača Raspberry PI

obr4

Obr.3 Foto počítača Raspberry PI

Obr.4 Foto stanice

Meranie teploty a vlhkosti

Meranie teploty a vlhkosti je realizované elektronickým snímačom SHT25, ktorý je umiestnený v radiačnom kryte (obr. 4 – vpravo). Snímač SHT25 som opisoval v predchádzajúcom članku na tomto webe, takže ho nebudem znova predstavovať. Radiačný kryt chráni snímač pred priamym slnečným žiarením a takisto zabezpečuje odvetrávanie priestoru v ktorom sa snímač nachádza. Z nameranej hodnoty teploty a vlhkosti sa ešte vypočítava rosný bod. Rosný bod alebo teplota rosného bodu je teplota, pri ktorej je vzduch maximálne nasýtený vodnými parami (relatívna vlhkosť vzduchu dosiahne 100%).

Tento snímač sponzorovala firma SOS electronic Košice, ktorej sa chcem touto cestou poďakovať.

obr6

Obr.5 Snímač teploty a vlhkosti – SHT25 – rozmer púzdra: 3x3mm (nie DPS)

Základné parametre snímača:
Presnosť merania teploty udáva výrobca na +-0,2°C v rozsahu 5 až 60°C pričom meraný rozsah senzora je od -40 do 125°C. Pri meraní vlhkosti je presnoť +-1,8% RH na rozsahu 10 až 90 %. Snímač je kalibrovaný pri výrobe.

Meranie atmosférického tlaku

Meranie atmosférického tlaku sa vykonáva snímačom MPL3115A2. Pomocou neho sa získava informácia o hodnote absolútneho tlaku vzduchu, ktorá sa prepočítava na relatívny tlak podľa našej nadmorskej výšky. Snímač poskytuje údaj o absolútnej hodnote tlaku v 20 bitovom rozlíšení a takisto teplotu, ktorá je potrebná pre prepočet tlaku na úroveň hladiny mora – relatívny tlak.

obr7

Obr.6 Snímač tlaku – MPL3115A2 – rozmer púzdra: 5x3mm

Základné parametre snímača:
Rozsah meraného tlaku je od 50 do 110 kPa pri rozlíšení 20 bitov. Kalibrovaný pri výrobe.

Prezentácia dát

Ako som už spomenul, aktuálne zaznamenané dáta sa spolu s vytvorenými grafmi pomocou utility RRDtool posielajú na webový server. Tieto dáta je takto možné prezerať pomocou webu: http://vsmeteo.php5.sk/. Na úvodnej strane su zobrazené aktuálne údaje teploty a vlhkosti spolu s rekordmi za súčasný deň a mesiac. Ďalej sa zobrazujú hodnoty nameraného tlaku a jeho tendencie za poslednú hodinu. Pre zaujímavosť sa vypisujú aj údaje o čase východu/západu slnka a mesiaca (pochádzajú zo servera heavens-above.com a sú prepočítané na polohu našej stanice), polohy stanice a dôležitý údaj je aj časová značka o poslednej aktualizácii dát, ktorú si je potrebné skontrolovať pri prezeraní.

Záver

Po cca trojmesačnej testovacej prevádzke stanica beží bez chýb. Výpadky merania nastali iba pri realizovaní údržby resp. práce na stanici. Zhotovili sme meteorologickú stanicu pre meranie základných meteorologických veličín so záznamom dát do databázy, tvorbou grafou a prezentáciou dát na webovej stránke. Údaje o rýchlosti a smeru vetra a takisto radiácie zatiaľ nie su merané, no v blízkej budúcnosti sa budeme snažiť ich doplniť.

Najbližší mesiac sa chystáme podobnú stanicu spustiť aj v Žiline na Žilinskej univerzite.

Odkaz

http://vsmeteo.php5.sk/

Pridaj komentár

Vaša e-mailová adresa nebude zverejnená. Vyžadované polia sú označené *

Môžete použiť tieto HTML značky a atribúty: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>