weatherstation

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HGO Wetterstation Dokumentation

Vorwort

Wir schreiben das Jahr 2015, ein weiterer Abi-Jahrgang ist kurz davor endlich von der Last der Schule erlöst zu werden. Tatort ist das Seminarfach "Naturwissenschaft im Alltag". Unter der Leitung Frau Eckmeyers ergab sich die Idee, die Relikte der alten Wetterstation wiederzubeleben. Eine fachmännische Analyse ergab:

• Die Wetterkamera ist (ziemlich sicher) auf Firmware-Level kaputt, sie reagiert nicht mehr auf IP Kommunikation, Anschaffung einer neuen Kamera passte zeitlich nicht
• Trotz vergammelter Kabel funktionierten die Sensoren noch, allerdings war der Funk-Empfänger eine Wetter-Uhr mit undokumentiertem USB-Protokoll mit Treibern, die für Win2k gedacht waren
• Neben Vor-Abi auch noch eine Wetterstation aufzubauen, kann man machen, es macht aber durchaus Arbeit

Material

Für den Betrieb der Wetterstation wurden neue Sensoren von ELV angeschafft. Auf dem Dach sollten sich folgende Sensoren befinden:

• ELV KS-300-4 Funk-Kombi-Wettersensor Der Funk-Kombi-Sensor misst die Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit, Windgeschwindigkeit und Regenmenge
• ELV ASH2200 Funk-Außensensor Der extra Außensensor (plaziert in der kleinen Box auf dem Dach) liefert eine zweite Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit

Die Außensensoren sind batteriebetrieben, falls irgendwann keine Daten mehr Empfangen werden, müssen an den Sensoren die Batterien getauscht werden.

An dem PC befindet sich folgende Peripherie

• ELV USB-WDE1 Wetterdatenempfänger Dieser Empfänger ist per USB-Kabel an einen USB 2 Port angeschlossen

Im Unterordner manuals finden sich zu allen Sensoren und dem Empfänger die Gebrauchsanleitungen als PDF. Da kein Web-/FTP-Server installiert ist, müssten die Dokumente über sftp heruntergeladen werden. Der USB-Empfänger meldet sich als serielles Gerät, die Baud-Rate ist auf 9600 gesetzt. Der Empfänger ist unter /dev/ttyUSB0 zu finden.

Dieser Server

Der Server läuft, und das soll auch so bleiben... Änderungen sollten nur von fähigen Leuten durchgeführt werden, für die Linux kein Fremdwort ist. Falls dieses Projekt später von einem anderen Jahrgang wieder aufgenommen wird, sollten an diesem Server nur Oberstufenschüler, die in Informatik LKs absolut unterfordert sind, arbeiten. Falls gegen 2017 ein solcher Schüler vorhanden sein sollte, kann er gerne das System updaten. Es ist ein Ubuntu 14.04.2 LTS Server (64-bit), der bis zum Jahre 2017 mit Sicherheitsupdates versorgt wird. Systemupdates werden wöchentlich eingespielt, das System startet monatlich 1x neu.

Unter Iserv ist der PC im alten Serverraum 89 eingetragen, der Hostname ist wetterstation.hgo-ol.de, die IP ist 10.16.89.42. Der Server ist über SSH auf Port 22 zu erreichen, Benutzername ist wetterstation. Das Passwort findet sich bei den analogen Unterlagen zur Wetterstation und/oder auf der ausgedruckten Version dieses Zettels. Falls das Passwort nicht mehr aufzufinden ist, die Festplatte ist nicht verschlüsselt und die Daten liegen in einer LVM Partition. In dem Fall kann ein Live Linux gebootet werden und das Passwort entfernt/geändert werden.

Das Programm

Das Wetterstationsprogramm ist in Go geschrieben. Der Quellcode ist entweder auf GitHub oder im Ordner ~/weatherstation-source zu finden. Der Code ist mehr oder weniger dokumentiert. Das Programm liest die Daten von dem Empfänger und liest aus dem "LogView" Format die benötigten Daten aus. Eine Erklärung zu dem Format findet sich in der Bedienungsanleitung des USB-Empfängers. Die geparsten Daten werden über einen HTTP-Server als JSON zur Verfügung gestellt. Der HTTP-Server Port muss über den Iserv von wetterstation.hgo.ol.de:8080 nach hgo-ol.de:42424 weitergeleitet werden, um aus dem Internet ereichbar zu sein. Damit das Wetter auch aus dem Schulnetzwerk mit dem gleichen Skript, dass Anfragen an Port 42424 stellt, abrufbar ist, wurde eine lokale Portweiterleitung von 42424 nach 8080 für TCP mit iptables eingerichtet.

Das JSON-Array wird die folgende Form haben:

   {
      "temp": 15.3, //aktuelle Temperatur in °C, mit 1 Nachkommastelle
      "humidity": 42, //aktuelle Luftfeuchtigkeit in %, ohne Nachommastellen
      "wind_speed": 3.2, //Windgeschwindigkeit in km/h, mit 1 Nachkommastelle
      "rain": {
         "h1": 15, //mm-Wassersäule, gefallen in der letzten Stunde
         "h24": 42, //mm-Wassersäule, gefallen in den letzten 24 Stunden
         "current": true //boolean, ob es gerade regnet
      }
   }

Der Regenmesser

Die Wetterstation liefert die Regenwerte als "Anzahl der Wippenschläge". Messungen haben ergeben, dass ungefähr 5ml Wasser die Wippe umkippen lassen und der Zähler erhöhen. Im Programm werden die Wippenschläge mit Hilfe der Oberfläche des Auffangtrichters in mm Wassersäule umgerechnet. In einem Array werden die letzten Wippenschlagdifferenzen über 1h bzw 24h gespeichert und dann die Regenmenge errechnet. Zu Debug Zwecken ist es möglich, den Zustand der Arrays über wetterstation.hgo-ol.de:42424/debug einzusehen.

Die Einbindung auf der Website

Die Einbindung auf der Website des Herbartgymnasiums erfolgt über ein JavaScript, dass Client-seitig von dem Programm der Wetterstation auf wetterstation.hgo-ol.de:42424/data beim Laden des Scriptes die aktuellen Wetterdaten lädt. Diese Daten werden dann graphisch aufbereitet und angezeigt.

Anmerkung zum Thema "Funk"

Wie in dieser Dokumentation schon ersichtlich geworden sein sollte, kommunizieren die Wettersensoren über ein Funk-Protokoll.