Vor weit mehr als sechs Monaten, im Juli 2020 brachte ich die ersten beiden Wetterstationen des MWS-Projektes online, seit dem Zeichnen diese alle 90 Sekunden mit insgesamt 35 Sensoren alle möglichen Klima- und Wetterverhältnisse auf. Die zentrale Datenbank hat inzwischen eine Größe von 35 GB erreicht, viel Größer als ursprünglich vorausberechnet.
Die Wetterstationen in der Übersicht
Station 1, die Hauptstation
Die Wetterstation 1 war die erste Wetterstation, die ich online gebracht habe, zugleich ist sie auch die mit den meisten Sensoren: Zwei Temperatursensoren, zwei Fenstaubsensoren, einmal Luftfeuchtigkeit, Luftdruck und Luftqualität. Dazu kommen noch weitere Temperaturmesssonden und eine Ozon-Messsonde, die durch ein späteres Upgrade hinzugefügt wird.
Die Messstation selber ist in einem 3D-Gedruckten Gehäuse untergebracht, als abdeckung oben und unter der Messstation habe ich mich für gelasertes Acrylglas entschieden.
Station 2, Innenraummessungen
Die Innenraummesstation ist besonders für die Luftqualität interessant, denn daraus können Lüftungsempfehlungen abgeleitet werden. Diese Messstation hat wieder zweimal Feinstaubsensoren, zwei mal Lufttemperatur, einmal Luftdruck und Luftqualität sowie einmal einen NDIR-CO2-Sensor des Types „MH-Z14A“. Besonders die Werte dieses Sensors sind besonders interessant für die Lüftungsempfehlungen.
Station 3: Bodenmessungen
Spannend fand ich auch, die Temperatur des Bodens zu Erfassen, da dardurch häufig Trends erkennbar werden.
Deshalb habe ich die dritte Messtation im November 2020 in Betrieb genommen, eine Besonderheit stellt bei dieser der Aufstellungsort dar: Da ich durch meinen 3D-Drucker auf einmal einen Internetzugang im Keller finden konnte, baute ich die Hauptplatine unter das Gehäuse des 3D-Druckers ein, so konnte ich mir gleich etwas Strom des Druckers abzapfen.
Diese Messtation misst im Endeffekt nur zwei mal Luftfeuchtigkeit und Temperatur, einmal werden aber die Messungen im Gehäuse des Druckers genommen (so konnte ich gleich zwei Fliegen mit einer klappe schlagen und die Gehäusetemperatur während kritischen ASA-Drucken (ASA, ein sehr temperaturempfindliches Druckmaterial) einen Blick auf die Umgebungsluft des Druckes haben.
Die Messwerte nach einem halben Jahr ausgewertet
Besonders interessant fand ich die Messergebnisse der Messstation 1, insbesondere der Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsmessungen: Ein klarer Trend ist mit den Jahreszeiten zu erkennen, zudem kann ich bei diesen Sensoren mit hoher Sicherheit die Datenkorrektheit überprüfen: Beim Luftqualitätssensor des Types MQ-135 kann ich bisher noch nicht die Temperaturabhängigkeit endgültig bestimmen, da der Sensortyp mit einem Heizdraht zur Luftqualitätsbestimmung arbeitet, liegt es nah, dass eine niedrigere Temperatur zu anderen Messungen kommt als mit sehr warmer Luft. Deshalb arbeite ich grade daran, eine Funktion zum Ausgleichen dieser Temperaturschwankungen zu schreiben. Ähnlich wird auch der Feinstaubsensor beeinflusst, denn dank der Messmethode über Laserstahlen innerhalb des Gerätes wird auch Nebel fälschlicherweise als Feinstaub gewertet. Es gab letztes Jahr nur einmal wirklich Nebel, dort sieht man dann in den Daten einen starken Ausschlag:
Wenn man sich die Daten genauer anschaut, fällt auf, dass immer mal wieder kleinere Lücken in den Messdaten vorhanden sind:
Diese lassen sich auf die anhaltenden Internetprobleme mit Unitymedia, meinem Internetprovider zurückführen. Deshalb steht auf der Roadmap für das Projekt, Daten zu lokal zu speichern (-> Cashing) und dann regelmäßig auf den entfernten Server zu schieben.
Die Zukunft des Projektes
Alles in allem kann ich nach einem halben Jahr Dauerbetrieb ein durchaus positives Fazit ziehen: Die Hardware hat sich bewährt, die Software läuft ebenfalls stabil und die Daten sehen sehr vielversprechend aus. Es wird sich zeigen, wie die Hardware nach mehreren Jahren Laufzeit aussieht. Zum Schutz vor Korrosion habe ich die übrigen Erweiterungsports mit Isolierband überklebt, die sonst offenen Schaltkreise wurden mit Nagellack als Wasserschutz überzogen.
Auf Hardwareseite will ich weitere Sensoren hinzufügen, eine Bodenfeuchtigkeitsmessung steht da auf jeden Fall auf der To-Do.
Softwareseitig wird es Zeit, sich mit sogenanntem Downsampling zu beschäftigen, 50-70 GB Rohdaten pro Jahr sind viel zu viel. Im Moment haben alle Datenpunkte eine Auflösung von circa 5 Minuten pro geschriebenem Messpunkt (in der Sensoreinheit werden die Sensoren alle 90 Sekunden ausgelesen, geschrieben wird dann der Mittelwert), für die Langzeittrendanalyse will ich die Datensätze auf 60 Minuten/Datenpunkt runterbrechen. Damit will ich meinem Ziel von 10 GB/Jahr etwas näher kommen, außerdem sinkt die benötigte Rechenleistung mit kleineren Datensätzen erheblich.
Ein Seitenprojekt: LoRaWAN-Datenerfassung
Ein Nachteil der MWS ist auf jeden Fall der Stromverbrauch: Ohne Sensoren circa 20 mA bei 5V (0,1 Watt), mit voller Sensorausstattung bis zu 0,5 Ampere bei 5V (2,5 Watt) sind zu große Stöme, um eine Batterieversorgung realisierbar zu machen.
WLAN eignet sich allgemin schlecht für Batteriebetriebene Projekte, zumal die Reichweite auch eher mittelmäßig ist. Deshalb verfolgt mich die Idee einer LoRaWAN-Messtation schon länger, weshalb ich zur Zeit ein solches Projekt in der Planungsphase habe. Der Hauptchip wird ein Arduino MKR WAN 1300 sein, bei den Sensoren ist Temperaturmessung und Lichtintensität geplant. Dabei will ich eine lange Batterielaufzeit, im besten Falle über 10 Jahre erreichen.
Bei Fortschritten berichte ich in diesem Blog selbstverständlich über den aktuellen Stand.