Hardware zur Aufzeichnung der Wetterdaten

Die Basisstation dient zur Anzeige der via Funk (433MHz) übertragenen Messdaten auf einem LCD Display. Das Gerät beinhaltet auch einen abgesetzten DCF-77,5-Empfänger der die zeitliche Zuordnung der Messdaten übernimmt. Die Basisstation verfügt über einen berührungssensitiven Touch-Screen und ist mit einer Fernbedienung der FS10 Serie fernbedienbar. Alle Sensoren bis auf den Helligkeits Sensor S 2500 H werden hier angezeigt. Ältere Messwerte sind über eine Messwerthistorie verfügbar. Da das Gerät zur Innenraummontage vorgesehen ist, muss bei der Aufstellung der Basisstation und der Montage der Sensoren besonders auf eine gute Empfangssituation geachtet werden. Unter Verwendung des ebenfalls beschriebenen Repeaters ist der fehlerfreie Empfang der Sensoren unproblematisch. Das Gerät WS 3000 und WS 3001 ist beim Hersteller nicht mehr verfügbar. Das Nachfolgemodell zu dem auch die Sensoren kompatibel sind, ist die Basisstation WS 2500. Die neueren Produktlinien von Wetterstationen sind zu den verwendeten Sensoren, durch die geänderte Sendetechnik, nicht mehr kompatibel.

WS 3000

Das Empfängermodul registriert die Signale der Sensoren in gleicher Weise wie die Basisstation. Die Empfangsdaten werden über eine serielle RS-232-Schnittstelle an einen PC ausgegeben. Mit dem beiliegenden Windows-Programm ist es möglich die empfangenen Daten schnell und übersichtlich anzuzeigen. Ein einfacher Datenlogger der Text-Dateien erstellt, ist ebenfalls vorhanden. Das offengelegte serielle Datenprotokoll erlaubt die Eigenentwicklung von Applikationen zum auslesen und verarbeiten der Messdaten. Außer allen Wetter-Sensoren lassen sich auch die Fernsteuersignale der 433MHz Fernbedienungen der FS10 Serie registrieren und auswerten. Das Gerät ist ebenfalls nicht kompatibel zu den neueren Produktlinien von Wetterstationen und Funkfernbedienungen. Spannungsversorgung: 5V, stabilisiert Stromaufnahme: ca. 20mA Empfangsfrequenz: 433,92MHz Schnittstelle: RS 232 / V.24 Abmessungen: 79 x 48 x 15mm Bei der Spannungsversorgung ist darauf zu achten, dass die Spannung gut geglättet und brummfrei ist, da es sonst leicht zu Empfangsstörungen kommen kann. Das Gerät wird als Bausatz geliefert. Die Platine ist in ein wetterfestes Gehäuse (IP65) eingebaut und zur Verbesserung der Empfangssituation im Außenbereich montiert. Da die serielle Schnittstelle nur die Datenleitungen TxD und RxD verwendet, kann die Energieversorgung zur Einsparung einer zusätzlichen Leitung gleich mit in die RS 232-Leitung und den platinenseitig vorhandenden Sub-D-Steckkontakt eingeschleift werden. Zu Störungen der Datenverbindung kommt es hierdurch nicht. In Zweifelsfällen kann eine Signalleitung mit Mehrfachabschirmung verwendet werden. Durch die geringe Baudrate von 19200 Baud sind auch längere Leitungsverbindungen (aktuell ca. 10m) zum PC unproblematisch.

PC-Wettersensor-Empfänger

Die angegebene Reichweite der Sensoren (100m) kann in der Praxis sicher in den wenigsten Fällen erreicht werden. Die Angabe ist meist die Freifeldreichweite, also freie geradlinige Sichtstrecke ohne Hindernisse. Durch die Montage der Basisstation im Innenraum und Sensoren im Außenbereich verringert sich die Reichweite bereits beträchtlich. Bei üblicher Bebauung in Wohngebieten und Montage der Funk-Sensoren im Garten, ist von einer sicher zu erreichenden Reichweite von ca. 20m auszugehen. Um die Empfangssicherheit zu verbessern kann ein Repeater eingesetzt werden. Er vervielfacht die Reichweite der Funk-Wettersensoren durch Relaisbetrieb, indem er die von den Wettersensoren ausgesandten Daten zwischenspeichert und über einen eigenen Sender wieder ausgibt. Die Repeater sind auch kaskadierbar, wenn die Sendeverzögerung entsprechend eingestellt wird. Damit lassen sich, freie Sicht vorausgesetzt, erhebliche Reichweiten erzielen, vorausgesetzt es lässt sich jeweils an der Reichweitengrenze ein weiterer Repeater installieren. Das Gerät ist in ein wetterfestes Gehäuse (IP65) eingebaut und zur Verbesserung der Empfangssituation im Außenbereich montiert. Die Stromversorgung des Repeaters erfolgt im Lieferzustand netzunabhängig über 2 Babyzellen, sodass der Repeaterstandort im Prinzip frei wählbar ist. Um das wechseln der Batterien zu ersparen wurde der Repeater umgebaut und wird nun von einem stabilisierten Netzteil mit einer Nennspannung von 3,3V betrieben. Für besonders schwierige Empfangssituationen ist noch eine "High Quality" Ausführung verfügbar. Sende- Empfangsfrequenz: 433,92MHz Reichweite:100m (Standard); 500m (High Quality) Stromversorgung: 3V, 2 x Babyzelle, bzw. Netzteil 3,3V Abmessung: (B x H x T): 81 x 176 x 44mm

Repeater WS 2000

Frei adressierbarer Temperatur- und Luftfeuchtesensor für den Außeneinsatz mit Solarzellen-Stromversorgung und Akkupufferung für die Dunkelheit. Temperatur: Messbereich -19,9 bis 79,9°C; Auflösung 0,1°C; Genauigkeit ±0,5°C Luftfeuchtigkeit: Messbereich 20,0 bis 99,9% rH; Auflösung 0,1% rH; Genauigkeit ±3,5% Das Gerät wird nur als zusätzlicher Sensor betrieben, da die normgerechte Montage eines Temperatursensors und die Versorgung mit Solarzellen einen gewissen Widerspruch bilden. Zuwenig Licht führt zu einer Entladung der Akkus und zum nachfolgenden Ausfall des Sensors. Insbesondere im Winter  ist der Akku durch niedrige Außentemperaturen und geringe Sonnenscheindauer stark belastet und es muss mit nächtlichen Ausfällen der Sensorverbindung gerechnet werden. Ausreichender Lichteinfall bedeutet i.d.R. auch Sonnenbestrahlung des Sensors und damit eine temporäre Fehlmessung. Der Sensor ist an einer Nordwand in einer Höhe von 2m über dem Erdboden montiert. Aus den vorangehend geschilderten Gründen kommt es zu bestimmten Jahreszeiten, je nach Sonnenstand zu einer direkten Sonnenbestrahlung des Sensors und somit zu einer Fehlmessung. Daher wird der Sensor nur als optionales Gerät eingesetzt. Bei den Wetterdaten wird dieser Sensor in Verbindung mit dem Sensor Temp.2/+2m als Kombisensor Temp.1u2/+2m ausgewertet. Der resultierende Messwert ist immer der kleinere Messwert der von einem der beiden Sensoren geliefert wird.

S 2001 A

Frei adressierbarer Temperatur- und Luftfeuchtesensor mit Batteriebetrieb. Temperatur: Messbereich -19,9 bis 79,9°C; Auflösung 0,1°C; Genauigkeit ±1°C Luftfeuchtigkeit: Messbereich 20,0 bis 99,9% rH; Auflösung 0,1% rH; Genauigkeit ±8% Das Gerät wird zur Messung der Lufttemperatur und der Luftfeuchte verwendet. Das Gerät ist eigentlich nur zur Innenraummessung vorgesehen, wurde aber in ein wetterfestes Gehäuse (IP65) eingebaut und ist mit Hilfe eines Miniaturlüfters zwangsbelüftet. Die Strömungsgeschwindigkeit im Lüfterquerschnitt beträgt ca. 1m/s. Da die Sensoren für Temperatur und Luftfeuchte direkt auf der Platine untergebracht sind und keine Messkammer mit definiertem Volumenstrom existiert, ist die Zwangsbelüftung als einfacher Luftaustausch im Sensorgehäuse zu betrachten. Obwohl die Feuchtemessung einen offen Zugang der Umgebungsluft  in das Gehäuse bedingt, wurden bisher keine Schäden durch Feuchtigkeit oder Korrosion an der Sensorplatine festgestellt. Der Sensor ist an einer Nordwand in einer Höhe von 2m über dem Erdboden montiert und ist durch ein geeignetes Strahlungsschutzschild vor Sonnenbestrahlung geschützt. Um das wechseln der Batterien zu ersparen wurde der Sensor modifiziert und wird nun von einem stabilisierten Netzteil mit einer Nennspannung von 3,3V betrieben. Bei den Wetterdaten wird dieser Sensor in Verbindung mit dem Sensor Temp.1/+2m als Kombisensor Temp.1u2/+2m ausgewertet. Der resultierende Messwert ist immer der kleinere Messwert der von einem der beiden Sensoren geliefert wird.

S 2001 I modifiziert

Virtueller Kombinationssensor aus S 2001 A und S 2001 I modifiziert. Die Messdaten dieses virtuellen Kombinationssensors werden aus den Messwerten der Sensoren Temp.1/+2m und Temp.1u2/+2m errechnet. Der resultierende Messwert des Kombisensors ist immer der kleinere Messwert der von einem der beiden Sensoren geliefert wird. Dieses Verfahren wird eingesetzt, um die Zuverlässigkeit der Messwerte weiter zu erhöhen. Wie vorhergehend beschrieben ist bei Sensor S 2001 A mit einer zeitweisen Fehlmessung durch direkte Sonneneinstrahlung zu rechnen. Die gemessene Lufttemperatur ist dann zu hoch und es wird automatisch der Messwert des Sensors S 2001 i modifiziert herangezogen. Ohne Sonneneinstrahlung und insbesondere während der Nachtstunden sind die Messwerte beider Sensoren praktisch identisch.

Virtueller Kombinationssensor

Der Taupunkt wird aus den Messwerten von S2001 A und S2001 I modifiziert bestimmt. Es handelt sich hierbei um einen errechneten Wert. In feuchter Luft ist der Taupunkt die Temperatur, bei der die Luft feuchtigkeitsgesättigt ist. Bei diesem Zustand beträgt die relative Luftfeuchtigkeit 100%. Der Taupunkt ist abhängig vom absoluten Wasserdampfgehalt der Luft. Wird feuchte Luft an einer Wand unter den Taupunkt abgekühlt, so tritt Kondensation ein (Beschlagen). Wird sie durch Abstrahlung (z. B. Außenluft in der Nacht) unter den Taupunkt abgekühlt, so tritt Nebel auf. Der Taupunkt entspricht der Dampfdruckkurve des Wassers, wenn man Luft und Wasserdampf als Gasgemisch beobachtet und den Partialdruck des Wasserdampfs heranzieht. Diese Dampfdruckkurve entspricht der Sättigungslinie in dem h-x-Diagramm nach Mollier. Messtechnisch wird er mit dem Taupunkthygrometer bestimmt. Die Windchill-Äquivalent-Temperatur (Empfundene Temperatur) wird aus den Messwerten von S2001 A, S2001 I modifiziert und S 2000 W bestimmt. Die Windchill-Äquivalent-Temperatur ist eine fiktive Temperatur, die mit einer empirischen Formel ermittelt wird. Die Basis aller Berechnungen bildet der Windchill, d.h. die Verdunstung und damit Auskühlung einer Oberfläche durch strömende Luft. Die anschließende Weiterbearbeitung dieses Wertes mit weiteren Einflussgrößen ergibt einen Temperaturwert, der vom Menschen unter bestimmten Bedingungen statt der gemessenen Temperatur empfunden wird. In die Berechnung fließen verschiedene physiologische Faktoren ein, so dass die Werte je verwendetem Berechnungsmodell leicht variieren können. In Deutschland kann hierzu die VDI-Richtlinie 3787 Blatt 2 herangezogen werden. International sind verschiedene Berechnungsmethoden im Einsatz.

Virtueller Kombinationssensor

Frei adressierbarer Temperatursensor mit Batteriebetrieb. Mit abgesetztem, gekapseltem Temperaturfühler und 1,5 m Zuleitung zwischen Sensor und Elektronik. Eine Feuchtemessung ist in diesem Fall nicht möglich, da der Luftfeuchtesensor für eine genaue Messung gleichzeitig den zugehörigen Temperaturwert benötigt. Temperatur: Messbereich -19,9°C bis 79,9°C; Auflösung 0,1°C; Genauigkeit ±1°C Das Gerät wird zur Messung der Luft-/Bodentempertur verwendet. Das Gerät ist in ein wetterfestes Gehäuse (IP65) eingebaut. Der Sensor ist, für die Messung der Lufttemperatur, in einer Höhe von 5cm über dem Erdboden montiert. Der gleiche Sensor wird an gleicher Position zur Messung der Bodentempertur in 5cm Bodentiefe verwendet. Beide Sensoren sind zum Schutz vor mechanischer Beschädigung, in ein rundum gelochtes Schutzrohr eingebaut. Um das wechseln der Batterien zu ersparen wurde der Sensor umgebaut und wird nun von einem stabilisierten Netzteil mit einer Nennspannung von 3,3V betrieben. Das Gerät ergänzt, in der hier beschriebenen Wetterstation, den üblicherweise eingesetzten Sensor S 2001 A, der durch die oben genannten Einschränkungen nur als Vergleichssensor eingesetzt wird.

S 2001 IA

Der Helligkeits-Sensor registriert die Umgebungshelligkeit im weiten Bereich zwischen 0 und 200.000Lux. Die Daten werden auch für die Berechnung der Sonnenscheindauer und der Solarstrahlung benötigt. Der Sensor wird mit einer Solarzelle und Akkupufferung für die Dunkelheit versorgt. Er ist fest adressiert. Da der Sensor erst seit der 2. Sensorgeneration verfügbar ist, läßt er sich nicht über die WS 3000 Basisstation empfangen, sondern nur mit dem neueren Modell WS 2500, oder dem PC-Wettersensor-Empfänger. Abmessungen: Sensorkopf: Höhe 185mm, Durchmesser (max.) 53mm Erdspieß: Länge 330mm, Durchmesser 16mm Sensordaten: Helligkeitsmessbereich: 0 bis 200klx Auflösung: bis 1klx - 1lx; bis 10klx - 10lx; bis 100klx - 100lx; größer 100klx - 1klx; Genauigkeit ±10% Sonnenscheindauer: Auflösung 1min. Der Helligkeits-Sensor ist gemeinsam mit dem Funk-Wind-Sensor an einem freistehenden Mast in einer Höhe von 4m über dem Erdboden montiert. Der Ersspieß wurde dafür zu einer Masthalterung umgebaut. Im Gegensatz zum Sensor S 2001 A ist hier der Solar/Akkubetrieb völlig unproblematisch, da der Sensor immer direktem Lichteinfall ausgesetzt ist. Die Sonnenscheindauer ist ein berechneter Wert, der sich aus der gemessenen Helligkeit ergibt. Die Solarstrahlung wir i.d.R mit Pyranometern gemessen. Der Wert der Solarstrahlung wird hier über eine Näherungslösung aus den vorhandenen Messwerten bestimmt.

S 2500 H

Der Windsensor erfasst gleichzeitig Windrichtung und Windgeschwindigkeit. Der Sensor wird mit einer Solarzelle und Akkupufferung für die Dunkelheit versorgt. Er ist fest adressiert und erscheint stets als "Windsensor" in der Konfiguration der Wetterstation. Windgeschwindigkeit: Messbereich 0 bis 199,9km/h; Auflösung 0,1km/h; Genauigkeit ±2% Windrichtung: Auflösung 5° Der Funk-Wind-Sensor ist gemeinsam mit dem Helligkeits-Sensor ist an einem freistehenden Mast in einer Höhe von 4m über dem Erdboden montiert.

S 2000 W

Der Niederschlags-Sensor erfasst über eine Zählwippe genau kalibriert die Niederschlagsmenge, die im Anzeigegerät wahlweise in l/m² oder mm/m² erscheint. Der Sensor wird mit einer Solarzelle und Akkupufferung für die Dunkelheit versorgt. Er ist ebenfalls fest adressiert und erscheint stets als „Regensensor“ in der Konfiguration der Wetterstation. Messbereich und Auflösung sind vom Anzeigegerät abhängig. Genauigkeit ±2%; ±1mm. Der Sensor ist auf einem Dach in einer Höhe von 2,5m montiert. Dies verhindert eine unnötige Verschmutzung des Auffangtrichters. Durch diese Montage kann ebenfalls verhindert werden, dass vom Boden hochgewirbeltes Wasser eine Fehlmessung verursacht. Der Sensor wurde nachträglich mit einer justierbaren Bodenplatte erweitert, da die Einstellung der waagerechten Aufstellung mit den herstellerseitigen Einrichtungen mangelhaft ist . Da der gesamte Sensoraufbau nur aus Kunststoff besteht verhindert die Platte weiterhin, dass der Sensor durch Wind umfallen kann. Der Auffangtrichter ist innen mit einer Heizfolie bestückt, um auch Schneefall als Niederschlag messen zu können.

S 2000 W

Die Niederschlagsanzeiger sind Eigenbauten. Für den Einsatz an der Wetterstation existieren zwei verschiedene Varianten des Niederschlagsanzeige: a) Der proportionale Niederschlagsanzeiger besteht aus einer Epoxydplatine die Leiterschleifen aufweist. Die Leiterschleifen aus Kupfer sind zum Schutz vor Korrosion elektrolythisch vernickelt. Die Platine wird an der Außenseite eines wetterfesten Gehäuses (IP65) in einem Winkel von ca. 30° montiert und dem Niederschlag ausgesetzt. Eine OP-Verstärkerschaltung registriert die Leitfähigkeit des Regenwassers, die in ein proportionales Messsignal umgesetzt wird. Das Gerät besitzt an der Unterseite der Platine eine Heizfolie, um die Platinenoberseite nach Niederschlagsende wieder zu trocknen. Das Messignal wird dann durch einen 433MHz Sender übertragen. Die Empfindlichkeit des Messsystems ist justierbar, so dass sich selbst Nebel und Betauung registrieren lässt. Die proportionale Variante lässt sich bisher nicht in das ELV/WsWin-System einbinden. b) Der einfachere digitale Niederschlagsanzeiger besteht aus einem modifizierten S 2001 I Temperatursensor und einem kommerziellen Niederschlagssensor. Der ursprüngliche Temperatursensor wurde durch ein schaltbares Widerstandsnetzwerk ersetzt. Wird kein Niederschlag registriert, übermittelt der Sensor den virtuellen Messwert für 0°C. Trifft Niederschlag auf die Sensorfläche, übermittelt der Sensor den virtuellen Messwert für 30°C. Die beiden Anzeigewerte sind willkürlich gewählt, um auf der Gesamtübersicht der Sensoren eine übersichtlich skalierte Anzeige zu erhalten. Durch die Einschränkung der Auswertesoftware wird in der tabellarischen Darstellung der Messwerte der Niederschlagsensor mit der falschen Einheit °C angezeigt. Der dort angezeigte Durchschnittswert hat ebenfalls keine Bedeutung, da die Messwerte einen rein binären Charakter besitzen. Der Vergleich der Messdaten zeigt, dass die Niederschlagsanzeiger einen Niederschlag wesentlich früher registrieren als der Regenmengensensor S 2000 R. Wobei die proportionale Variante empfindlicher auf Feuchtigkeit reagiert als die binäre. Mit diesem Aufbau lässt sich auch eine Regen-"sofort"-Anzeige realisieren, wenn der S 2001 I nur bei Regen aktiviert wird. Nach anlegen der Versorgungsspannung arbeitet der Sender für einige Minuten im Diagnosebetrieb und sendet im Abstand von 4 sek. anstatt der üblichen 3 min. die Messdaten.

NSA 2000 bin.

Der für das System unabdingbare Innensensor mit Temperatur-, Luftfeuchte- und Luftdrucksensor. Der Luftdrucksensor ist für zahlreiche Anzeigefunktionen der Wetterstation unbedingt erforderlich und nur in diesem Funk-Wettersensor enthalten. Der Betrieb erfolgt mit 2 Mignon-Batterien. Er ist fest adressiert und erscheint stets als „Innensensor” in der Konfiguration der Wetterstation. Temperatur: Messbereich -19,9°C bis 79,9°C; Auflösung 0,1°C; Genauigkeit: ±1°C Luftfeuchtigkeit: Messbereich 20,0 bis 99,9% rH; Auflösung 0,1% rH; Genauigkeit ±8% Luftdruck: Messbereich 300 bis1200hPa; Auflösung 1hPa; Genauigkeit ±1hPa Der Sensor ist in einem Innenraum montiert, da nur der Messwert des Luftdrucks verwendt wird. Ein Unterschied zur Messung des Luftdrucks im Innenraum und im Außenbereich konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Die Angabe des Luftdrucks erfolgt, wie allgemein üblich, normiert auf Meeresniveau. Der Feinabgleich wird über die Messwerte von Referenzstationen des Deutschen Wetterdienstes vorgenommen (Station: Wetterpark Offenbach, Station: Flughafen Frankfurt). Tempertur- und Feuchtemesswerte dieses Sensors werden nicht auf der Webseite veröffentlicht, da es sich nicht um Außenmesswerte handelt.

S 2001 ID