Weather Station – Meteorologická stanice s podporou LoRa

Úvod

Tento článek podává podrobný návod k výrobě meteorologické stanice v domácích podmínkách z lehce dostupných součástek na trhu.

Meteostanice vyrobená podle tohoto návodu měří teplotu a vlhkost vzduchu, přízemní teplotu, směr a rychlost větru, množství srážek a intenzitu světla. Dále měří napětí baterie, aby ji bylo možné nabít z externího zdroje při hrozícím vypnutí stanice.

Mezi přednosti této stanice jistě patří připojení prostřednictvím sítě LoRaWAN, solární napájení a možná následná vizualizace naměřených dat například v aplikaci Grafana.

Mohlo by se zdát, že když je v dnešní době trh přehlcen podobnými výrobky různých velikostí a cen, tak není ekonomicky a ani jinak zdůvodnitelné stavět si vlastní meteorologickou stanici. Sečteme-li čas potřebný ke stavbě stanice a cenu součástek, tak můžeme dojít k výsledku, že stavba takovéto stanice nevyjde o mnoho levněji, než běžný průmyslový výrobek.

Proč se tedy do stavby takového zařízení pustit? Jde především o zábavu. Určitě při sestavování meteostanice vylepšíte svou zručnost, rozšíříte své technické znalosti a v neposlední řadě si ověříte vlastní schopnosti.

Soupis materiálu a pomůcek

Stanice a krabice:

• Vnější mechanické díly k meteo WH1080 a WH1090 (anemometr, ukazatel směru větru, srážkoměr, radiační štít, držá­ky a stojan)
• Adafruit Feather 32u4 RFM95 LoRa Radio
• Spirálová anténa 868 MHz
• Rezistor 120 kΩ
• Odbočná krabice T 100 – OBO BETTERMANN (150 x 116 x 67 mm)
• 2x kabelová vývodka Pg 13,5
• Hliníkový plech 380 x 150 mm
• 4x šroub M5, délka 20 mm + 4x podložka + 4x pérovka + 4x matice
• 2x šroub M8, délka 20 mm + 4x podložka + 4x matice
• 6x šroub M8, délka 20 mm + 6x matice
• 2x šroub M4, délka 15 mm + 2x matice + 2x podložka
• 2x vrut 3 mm, délka 7 mm
• Kancelářská složka s klipem
• 2x svorka s gumou pro upevnění potrubí ke zdi 17 – 19 mm (3/8″)
• Trubka – délka 150 cm, vnitřní průměr 36 mm, vnější průměr 42 mm
• Trubka – délka 90 cm, vnitřní průměr 20 mm, vnější průměr 22 mm
• 16x stahovací pásek
• Izolační páska
• UTP kabel – délka 2 m (nejlépe pro venkovní použití)
• Plastelína

Čidlo teploty a vlhkosti vzduchu:

• Čidlo teploty a vlhkosti vzduchu ASAIR AM2302 (DHT22)
• Rezistor 4,7 kΩ
• Hliníkový plech 20 x 110 mm
• Plexisklo 67 x 67 mm, tloušťka 5 mm
• Šroub M3, délka 25 mm + 3x podložka + matice
• Šroub M3, délka 15 mm + matice
• 2x vrut 2,5 mm, délka 10 mm

Čidlo intenzity světla:

• Čidlo intenzity světla BH1750
• Skleněná vialka (lékovka) s víčkem

Čidlo přízemní teploty:

• Vodotěsné čidlo teploty DS18B20
• Rezistor 4,7 kΩ
• Zahradní hadice průměr 15 mm, délka 70 mm
• Kulatina průměr 6 mm, délka 450 mm

Solární nabíjení baterie a napájení stanice:

• Solar LiPoly Charger – v2
• Lithium Ion Polymer Battery – 3.7 V, 2500 mAh
• Termistor NTC 10 kΩ
• Rezistor 2 kΩ
• Rezistor 1 kΩ
• Solární panel 6 V 1 W (nebo raději 6 V 4,5 W – viz červený text na konci postupu sestavování solárního panelu)
• 2x sklo 125 x 80 mm, tloušťka 2 mm (nebo dle velikosti solárního panelu)
• 2x mirelon 125 x 80 mm, tloušťka 5 mm (nebo dle velikosti solárního panelu)
• Silikon
• Dvojlinka – délka 80 cm
• 2x vodič k termistoru, délka 50 mm (z výše uvedené dvojlinky)
• 2x vodič od nabíječky k desce Adafruit Feather 32u4, délka 150 mm (z výše uvedené dvojlinky)
• Napájecí konektor 90°
• PBF teplem smrštitelná bužírka 3,2 mm
• Vrut 2,5 mm, délka 10 mm
• 2x kancelářský kovový klip

Pomůcky a další materiál:

• USB kabel – konektor USB A / MINI-USB B
• USB kabel – konektor USB A / MICRO-USB B
• Nepájivé pole + vodiče
• Mikropáječka + cín
• Odizolovací kleště nebo nůž
• Vrtačka + vrtáky
• Přímočará pila
• Nůžky na kov
• Svěrák
• Tavná lepicí pistole + náplň
• Bruska
• Svářečka
• Svinovací metr
• Kompas nebo aplikace kompas v mobilním telefonu
• Vodováha nebo aplikace vodováha v mobilním telefonu
• Zapalovač

Chemie a pomůcky pro výrobu a osazení desky plošných spojů:

• Pauzovací papír 160 x 110 mm
• Černý lihový fix
• Cuprextit 50 x 70 mm
• Smirkový papír zrnitost 2000 – řada 522 broušení pod vodou (Carborundum Electrite)
• Tekutý prostředek na mytí nádobí Jar
• Líh 60%
• Netkaná textilie
• Fotoemulze POSITIV RESIST
• Skleněná miska
• Trouba
• Teploměr zavařovací
• 2x sklo
• Horské slunce (Chirana – Sirius)
• 2 páry jednorázových rukavic
• Vývojka na fotoemulzi BL
• 1x cenovka samolepící nebo podobná nálepka
• Leptací roztok FeCl3 BL
• Aceton nebo ředidlo
• Ochranný lak pájitelný BL
• 2x štětec
• Odměrný válec
• Skleněná nádoba
• Důlčík
• 9x svorkovnice CZM 5/2 (ARK 500/2)
• Patice DIP 28 PIN 15,24 mm rozteč 2,54 mm (neprecizní)
• Odlamovací nůž

Popis použitých čidel

Čidlo přízemní teploty

Pro měření přízemní teploty zvolíme vodotěsnou variantu digitálního čidla teploty DS18B20, protože bude vystaveno působení srážek a povětrnostním vlivům.

Čidlo umožňuje měřit teploty v rozsahu -55 ºC až 125 ºC. Při teplotách v rozsahu -10 ºC až 85 ºC je přesnost měření ± 0,5 ºC.

Čidlo se zapojuje pomocí tří vodičů a ke své funkci potřebuje stabilizované napájecí napětí v rozmezí od 3 V do 5,5 V. Červený vodič se připojuje na napájecí napětí (VDD), černý vodič na zem (GND) a žlutý vodič (DQ) slouží pro přenos dat po sběrnici 1-Wire.

Čidlo teploty a vlhkosti vzduchu

Pro měření teploty a vlhkosti vzduchu použijeme čidlo teploty a vlhkosti vzduchu ASAIR AM2302 (DHT22), které umístíme do radiačního štítu z meteostanice WH1080.

Čidlo umožňuje měřit teploty v rozsahu -40 ºC až 80 ºC a vlhkost v rozsahu 0 až 99,9 %. Přesnost měření teploty je ± 0,5 ºC a vlhkosti ± 2 %. Velikost rozlišení teploty je 0,1 ºC a vlhkosti 0,1 %.

Čidlo se zapojuje pomocí tří pinů a jeden pin je nevyužitý. První pin (VDD) se připojuje na napájecí napětí, druhý pin (SDA) slouží pro přenos dat po sběrnici, třetí pin (NC) se nezapojuje a čtvrtý pin (GND) se připojuje na zem. Čidlo ke své funkci potřebuje stabilizované napájecí napětí v rozmezí od 3,3 V do 5,5 V. Při napájení napětím 3,3 V by neměla být délka kabelu k čidlu delší než 100 cm.

Čidlo rychlosti větru

Pro měření rychlosti větru použijeme anemometr z meteostanice WH1080.

Anemometr se skládá z vrchní otáčecí části se třemi miskami a magnetem a ze spodní části s ložiskem a pěti šroubky. Dále je ve spodní části anemometru umístěna deska plošných spojů osazená jazýčkovým magnetickým spínačem. K desce plošných spojů jsou také připájeny dva vodiče, které jsou na druhém konci zakončeny telefonním konektorem RJ11. V konektoru jsou použity dva prostřední kontakty.

Při měření se tento typ anemometru chová jako spínač. Když je magnet nad magnetickým jazýčkovým spínačem, tak se spínač sepne a propojí vodiče. Když je magnet mimo magnetický jazýčkový spínač, tak je spínač rozepnutý a vodiče jsou rozpojené. Jeden impuls odpovídá rychlosti větru 0,3 m/s.

Čidlo směru větru

Pro měření směru větru použijeme ukazatel směru větru z meteostanice WH1080.

Ukazatel směru větru se skládá z vrchní otáčecí části se směrovkou a magnetem a ze spodní části s ložiskem a šesti šroubky. Dále je ve spodní části ukazatele směru větru umístěna deska plošných spojů osazená osmi jazýčkovými magnetickými spínači, osmi rezistory s různými hodnotami odporu a telefonní zásuvkou RJ11. Jazýčkové magnetické spínače svým rozmístěním na desce plošných spojů připomínají hvězdici. K desce plošných spojů jsou také připájeny čtyři vodiče, které jsou na druhém konci zakončeny telefonním konektorem RJ11. V konektoru jsou prostřední dva kontakty použity pro telefonní zásuvku RJ11, do které se zapojuje anemometr. Postranní dva kontakty jsou použity pro ukazatel směru větru.

Funkcí ukazatele směru větru je stanovení směru větru. Pro každý z osmi směrů větru je použit jeden magnetický jazýčkový spínač a jeden rezistor s různou hodnotou odporu. Spodní část ukazatele směru větru je možné umístit jen v jednom směru podle anglických zkratek světových stran, které jsou na něm vylisované. Z toho vyplývá, že rezistory mají pro každý směr dané hodnoty odporů. Hodnoty odporů rezistorů pro různé směry jsou uvedeny v tabulce. Když například vane vítr ze severu, tak je směrovka otočena na sever. Magnet spíná magnetický jazýčkový spínač pro sever a tím je do obvodu mezi dva vodiče připojen rezistor s hodnotou 33 kΩ.

Čidlo množství srážek

Pro měření množství srážek použijeme člunkový srážkoměr z meteostanice WH1080.

Srážkoměr je tvořen vrchním krytem a spodní částí. Vrchní kryt má horní část vytvarovanou do hranatého trychtýře. Součástí krytu je také vodováha. Spodní část srážkoměru se skládá z překlápěcího člunku s magnetem, desky plošných spojů osazené jazýčkovým magnetickým spínačem a krytu plošného spoje. K desce plošných spojů jsou rovněž připájeny dva vodiče, které jsou na druhém konci zakončeny telefonním konektorem RJ11. V konektoru jsou použity dva prostřední kontakty.

Funkcí člunkového srážkoměru je měření množství srážkových úhrnů. Při dešti jsou srážky zachytávány hranatým trychtýřem, ze kterého se voda nalévá do jedné poloviny překlápěcího člunku. Poté, co dojde k jejímu naplnění, se člunek váhou vody překlopí, voda z první poloviny člunku vyteče a nově spadlé srážky začnou plnit druhou polovinu člunku. Množství srážek nutných pro překlopení člunku je 0,3 mm. Když je člunek v klidové poloze, tak je magnetický jazýčkový spínač rozepnutý. Jakmile dojde k překlápění člunku a člunek se právě nachází ve vodorovné poloze, tak je magnet před jazýčkovým magnetickým spínačem a spínač je sepnutý. Po překlopení do klidové polohy se spínač opět rozepne.

Čidlo intenzity světla

Pro měření intenzity světla použijeme čidlo intenzity světla BH1750, které umístíme do čiré skleněné vialky (lékovky) s hranatým dnem a vnitřním zamačkávacím víčkem.

Čidlo umožňuje měřit intenzitu světla v rozsahu od 1 do 65535 lx. Odchylka měření je ± 20 %.

Čidlo se zapojuje pomocí pěti pinů. Pin označený VCC se připojuje na napájecí napětí, pin označený GND se připojuje na zem, datové piny SCL a SDA se připojují na I2C piny použité desky a pin ADDR se může připojit na zem (GND), na napájecí napětí (Vcc) nebo nechat nepřipojený pro zvolení jedné ze dvou volitelných I2C adres. Při připojení pinu na zem nebo nezapojení pinu je adresa 0x23 a při připojení pinu na napájení napětí (Vcc) je adresa 0x5C. Čidlo ke komunikaci používá sběrnici I2C. Čidlo ke své funkci potřebuje stabilizované napájecí napětí v rozmezí od 3,3 V do 5 V.

Přípravné práce

Adafruit Feather 32u4 RFM95 LoRa Radio

1. 1. Jednu kolíkovou (jumper) lištu rozdělíme dle počtu vývodů na desce Adafruit Feather 32u4

1. 1. Kolíkové (jumper) lišty a anténu připájíme k desce Adafruit Feather 32u4

The Things Network

1. Nemáme-li založený účet u TTN, vytvoříme si ho na webových stránkách The Things Network
2. Zaregistrujeme si svou aplikaci a přidáme do ní nové zařízení Adafruit Feather 32u4 podle tohoto návodu: TinyLoRa TTN Setup

Arduino IDE

1. Postupujeme dle návodu zde podle “General Configuration” bod 1. – 6.

Test “Hello LoRa!”

1. 1. Nainstalujeme si knihovnu TinyLoRa (v Arduino IDE: Projekt -> Přidat knihovnu -> Spravovat knihovny -> do vyhledávacího pole napíšeme: TinyLoRa -> Instalace)
   2. V nainstalované knihovně v souboru TinyLoRa.h zakomentujeme řádek “#define US902” a nahradíme ho “#define EU863” (ve Windows je soubor standardně umístěn v: C:\Users\user\Documents\Arduino\libraries\TinyLoRa)

1. Použijeme příklad hello_LoRa z nainstalované knihovny (v Arduino IDE: Soubor -> Příklady -> TinyLoRa -> hello_LoRa)
2. V programu dosadíme za Network Session Key, Application Session Key a Device Address naše hodnoty z TTN
3. Program nahrajeme do Adafruit Feather 32u4
4. V konzoli v naší aplikaci v záložce Data na webu TTN vidíme příchozí data ve formě payloadu (nevidíme “hello Lora” (museli bychom v záložce Payload Formats napsat kód))

Sestavení čidel

Čidlo teploty a vlhkosti vzduchu

1. 1. Z plexiskla vyřežeme kruh přímočarou pilou a vrtačkou vyvrtáme otvory dle nákresu

1. 1. Z hliníkového plechu nůžkami na kov vystřihneme držák a vrtačkou do něj vyvrtáme otvory dle nákresu

1. 1. Dle nákresu v místech označených tečkovanou čarou ohneme držák do následujícího tvaru

1. 1. V plastovém držáku zvětšíme otvor pro šroub M3
   2. Na šroub M3 délky 25 mm navlékneme podložku a šroub provlékneme plastovým držákem

1. 1. Dále na šroub nasadíme kruh z plexiskla, podložku, hliníkový držák a podložku

1. 1. Hliníkový držák nasměrujeme podle následujícího obrázku a maticí přitáhneme

1. 1. Mezi piny Vcc a DATA čidla DHT22 připájíme rezistor 4,7 kΩ

1. 1. Z UTP kabelu délky 100 cm zvolíme pro lepší orientaci oranžový vodič pro Ucc, modrý pro GND a hnědý pro DATA

1. 1. Vodiče připájíme k vývodům čidla a opatrně zaizolujeme izolační páskou

1. 1. Čidlo přišroubujeme k hliníkovému držáku šroubem M3 délky 15 mm s maticí
   2. UTP kabel provlékneme plexisklem a zajistíme stahovacími páskami

1. 1. Radiační štít připevníme k plexisklu dvěma vruty

Čidlo přízemní teploty

1. 1. Kulatinu ohneme do pravého úhlu tak, aby jedna část byla dlouhá 15 cm a druhá 30 cm
   2. Kulatinu na konci delší strany zabrousíme bruskou do špičky pro lepší zapichování do země

1. 1. Na kulatinu ve vzdálenosti 5 cm od kratší strany nalepíme izolační pásku tak, aby spodní hrana pásky končila přesně v 5 cm

1. 1. Zahradní hadicí provlékneme vodotěsné čidlo teploty DS18B20
   2. Dále do zahradní hadice nasuneme kulatinu

Čidlo intenzity světla

1. 1. Do víčka od lékovky vytvoříme otvor pro UTP kabel

1. 1. UTP kabel délky 100 cm provlékneme víčkem
   2. Jsou-li k desce čidla připájeny vývody, tak je ohneme, aby se deska dala vložit do lékovky

1. 1. Z UTP kabelu zvolíme pro lepší orientaci oranžový vodič pro Ucc, modrý pro GND, zelenobílý pro SCL a hnědobílý pro SDA

1. 1. Vodiče připájíme k vývodům čidla
   2. Krátkým modrým vodičem připájením propojíme vývody GND a ADDR

1. 1. Víčko posuneme do požadované vzdálenosti a zalepíme tavnou lepicí pistolí

1. 1. Čidlo vložíme do lékovky

Test čidel a programu

Test čidel

1. 1. Z čidel ukazatele směru větru a množství srážek odstraníme koncovky RJ11
   2. Všechna čidla k desce Adafruit Feather 32u4 připojíme v nepájivém poli podle následujícího schématu:

Program pro stanici

1. Výše popsaným způsobem si nainstalujeme alternativní knihovny (z důvodu menší velikosti): TinyLoRa, CayenneLPP, TroykaDHT, OneWire, DS18B20_RT, OneTime-BH1750
2. Do Arduino IDE zkopírujeme tento kód
3. V programu dosadíme za Network Session Key, Application Session Key a Device Address naše hodnoty z TTN
4. Před každým připojením USB k Adafruit Feather 32u4 se přesvědčíme, že do JST zásuvky BATT na této desce není připojena solární nabíječka. V případě, že je nabíječka připojena, tak ji odpojíme
5. Program nahrajeme do Adafruit Feather 32u4
6. Měření hodnot množství srážek vyzkoušíme ručním překlápěním člunku, rychlost a směr větru ručním otáčením anemometru a ukazatele směru větru
7. V konzoli v naší aplikaci v záložce Data na webu TTN vidíme příchozí data ve formě payloadu
8. V konzoli v naší aplikaci v záložce Payload Formats zvolíme Cayenne LPP
9. V konzoli v naší aplikaci v záložce Data vidíme naměřené hodnoty z našich čidel

Popis programu

Množství srážek a počty impulsů čidla rychlosti větru jsou měřeny neustále. U čidla množství srážek se při zjištění impulsu přičte k naměřeným srážkám hodnota 0,3 (0,3 mm). U čidla rychlosti větru se zjištěné impulsy každou sekundu přepočítávají na rychlost větru v m/s a přičítají se k předchozím vypočteným hodnotám rychlosti větru. Zároveň se zde zjišťuje maximální rychlost větru. Každých deset sekund se zjišťuje směr větru a po zjištění směru se k příslušnému prvku v poli směrů větru přičte hodnota 1 (v poli směrů větru má sever index 0, severovýchod index 1, atd. ve směru hodinových ručiček). Dále se každých deset sekund měří hodnoty přízemní teploty a teploty a vlhkosti vzduchu, které se přičítají k předchozím naměřeným hodnotám. U čidla DHT22 se také počítá počet správně naměřených hodnot, protože čidla DHT22 někdy špatně změří hodnoty teploty a vlhkosti. Hodnoty intenzity světla se měří každou minutu a přičítají se k předchozím naměřeným hodnotám intenzity světla. Každých 10 minut se v poli naměřených směrů větru vyhledá nejvyšší hodnota a index této hodnoty se použije ve druhém poli stupňů směrů větru pro přiřazení stupňů nalezenému směru větru. Dále se každých 10 minut měří napětí baterie, hodnoty naměřených teplot, vlhkosti, intenzity světla a rychlosti větru se před odesláním zprůměrují počtem naměřených vzorků, a poté se provede odeslání dat.

Výroba a osazení desky plošných spojů

Výroba DPS

1. 1. Následující obrázek si vytiskneme a obkreslíme na pauzovací papír černým lihovým fixem (černý rámeček má rozměry 48 x 70 mm)

1. 1. Nakreslený obrazec obtáhneme fixem z druhé strany pauzovacího papíru pro lepší kontrast
   2. Předehřejeme si troubu na 70 °C (teplotu můžeme hlídat teploměrem)
   3. Měděnou stranu cuprextitu lehce pod vodou obrousíme smirkovým papírem
   4. Následně měď odmastíme Jarem, obetřeme v lihu namočenou netkanou textilií a desku necháme uschnout pod miskou, aby se na ni neprášilo
   5. Na desku naneseme fotocitlivou vrstvu Positiv Resist a necháme ji roztéct, aby výsledná vrstva byla spojitá (rovnoměrnému rozprostření přípravku můžeme pomoci nahýbáním desky)
   6. Desku vložíme do předehřáté trouby na 15 – 20 minut

1. 1. Po vytažení z trouby je již vrstva fotocitlivá, proto ji nevystavujeme přímému slunci
   2. Na desku nalepíme izolační páskou pauzovací papír s obrazcem tak, aby logo KNEBL nebylo zrcadlově obrácené
   3. Zapneme horské slunce a počkáme asi dvě minuty, než výbojka naběhne
   4. Desku uložíme mezi dvě skla
   5. Desku umístíme do 30 cm vzdálenosti od horského slunce a osvěcujeme 18 minut
   6. Z desky odlepíme pauzovací papír s obrazcem
   7. Nasadíme si jednorázové rukavice! (vývojka – hydroxid sodný je žíravina)
   8. Do skleněné nádoby si dle návodu na výrobku nachystáme vývojku
   9. Do nádoby s vývojkou vložíme desku fotocitlivou vrstvou nahoru
   10. Procesu vyvolávání obrazce můžeme pomoci lehkým přejížděním jemným štětcem po fotocitlivé vrstvě
   11. Když je obrazec vyvolaný, tak desku rukama v rukavicích vytáhneme z vývojky
   12. Ihned desku opláchneme pod tekoucí vodou a necháme uschnout

1. 1. Vývojku vylijeme a skleněnou nádobu umyjeme
   2. Obrazec na desce důkladně zkontrolujeme a případně opravíme lihovým fixem

1. 1. Do skleněné nádoby nalijeme potřebné množství leptacího roztoku (postupujeme podle návodu na obalu výrobku)
   2. Na zadní stranu desky nalepíme samolepící cenovku podle obrázku, pro snadné vytažení desky z leptacího roztoku

1. 1. Desku položíme obrazcem dolů na hladinu leptacího roztoku tak, že desku pokládáme šikmo z jedné strany, aby nám pod deskou nevznikly vzduchové bubliny
   2. Desku necháme plavat na hladině tak dlouho, dokud nebude všechna měď, kromě obrazce, vyleptána (desku můžeme z hladiny zvednout a zkontrolovat, jak leptání pokračuje a pokud dosud není vyleptáno, tak desku opět položíme na hladinu)
   3. Po vyleptání desku opláchneme vodou a acetonem nebo ředidlem odstraníme fotoemulzi
   4. Desku osušíme netkanou textilií

1. 1. Ihned desku zalakujeme pájitelným lakem a necháme zaschnout

1. Leptací roztok nemusíme vylévat a můžeme si ho ve vhodné nádobě uschovat pro příští leptání

Osazení DPS

1. 1. Místa, ve kterých budeme vrtat otvory si naznačíme důlčíkem

1. 1. Vyvrtáme otvory pro součástky a otvory pro upevnění desky

1. 1. Otvory z vrchní strany desky začistíme větším vrtákem

1. 1. Patici opatrně rozdělíme odlamovacím nožem rozžhaveným nad zapalovačem
   2. Na desku připájíme součástky podle schématu a obrázku

1. 1. Desku opět zalakujeme pájitelným lakem

1. 1. Do patice opatrně zasuneme Adafruit Feather 32u4

Sestavení solárního nabíjení baterie a napájení stanice

Solární panel

1. 1. K solárnímu panelu připájíme dvojlinku délky 60 cm

1. 1. V jednom mirelonu vyřízneme otvor o rozměrech 110 x 60 mm nebo podle velikosti solárního panelu
   2. Solární panel složíme v následujícím pořadí: sklo, mirelon s vyříznutým otvorem, solární panel, mirelon, sklo
   3. Vše stáhneme dvěma kancelářskými kovovými klipy

1. 1. Všechny čtyři boky našeho výrobku zalepíme silikonem proti vniknutí vody

V tomto návodu je použit 1 W solární panel, který není schopen při zatažené obloze dostatečně dobít baterii. Když bylo 10 dní pouze zataženo, tak se baterie po těchto 10 dnech vybila a bylo ji nutno ručně powerbankou nabít. Když bylo oblačno a občas na solární panel svítilo přímé slunce, tak se baterie dostatečně nabíjela. Z tohoto důvodu je třeba zvážit použití 6 V 4,5 W solárního panelu, který nemá příliš velké rozměry (165 x 165 x 3 mm).

Solární nabíječka

1. 1. K termistoru připájíme dva vodiče délky 50 mm
   2. Přívody termistoru zaizolujeme teplem smrštitelnou bužírkou
   3. Z desky “Solar LiPoly Charger – v2” v místě označeném “THERM” odpájíme 10 kΩ rezistor

1. 1. Ohneme přívody elektrolytického kondenzátoru

1. 1. Do místa označeného “THERM” připájíme vodiče připájené k termistoru
   2. Elektrolytický kondenzátor připájíme správnou polaritou k desce “Solar LiPoly Charger – v2”

1. 1. Vodič s červenou bužírkou délky 10 – 15 cm připájíme na desku “Solar LiPoly Charger – v2” v místě označeném “B+”
   2. K vodiči s černou bužírkou s JST konektorem připájíme vodič délky 10 – 15 cm a zaizolujeme teplem smrštitelnou bužírkou
   3. Vodič s černou bužírkou připájíme na desku “Solar LiPoly Charger – v2” v místě označeném “GND”
   4. Do místa označeného “BATT” připojíme baterii

1. Baterii nabíječkou přes USB nabijeme

Sestavení krabice

1. 1. Hliníkový plech ohneme do tvaru na následujícím obrázku

1. 1. Uprostřed hliníkového plechu, v místě, kde bude umístěna krabice, vyvrtáme dva otvory pro šrouby M8
   2. Pro uchycení krabice vyvrtáme do hliníkového plechu čtyři otvory pro šrouby M5
   3. Ve vrchní části hliníkového plechu vyvrtáme dva otvory pro šrouby M4 k upevnění klipu ze složky ve výšce podle velikosti solárního panelu
   4. Šrouby M8 přišroubujeme na hliníkový plech

1. 1. Krabici přišroubujeme pomocí šroubů M5 k hliníkovému plechu

1. 1. Na vrchní část hliníkového plechu přišroubujeme klip ze složky pomocí dvou šroubů M4

1. 1. Otvor v krabici zaznačený na obrázku zalepíme
   2. Do krabice zašroubujeme dvě kabelové vývodky

1. 1. Plech můžeme po obvodu opatřit gumou
   2. Na šrouby M8 přišroubujeme svorky s gumou

Sestavení stanice

1. 1. Do trubky s výřezem a dvěma otvory zasuneme vrchní plastový díl

1. 1. Vrchní plastový díl přišroubujeme k trubce vrutem a šroubem s maticí

1. 1. Na plastový díl přišroubujeme pomocí šroubů s maticemi ukazatel směru větru a čidlo rychlosti větru tak, že když výřez v trubce směřuje k nám (je nahoře), tak ukazatel směru větru je na levé straně a čidlo rychlosti větru na straně pravé

1. 1. Vodiče čidel vložíme do úchytek na vrchním plastovém dílu a čidlo rychlosti větru zapojíme do zásuvky na spodní straně ukazatele směru větru

1. 1. UTP kabel čidla intenzity světla vytvarujeme podle obrázku
   2. UTP kabel a čidlo intenzity světla upevníme k vrchnímu plastovému dílu stahovacími páskami

1. 1. Čidlo teploty a vlhkosti vzduchu připevníme k trubce tak, aby podle ukazatele směru větru směřovalo na sever a vrchní část radiačního štítu byla ve výšce stejné jako vrchní část vrchního plastového dílu

1. 1. Do trubky zasuneme druhou trubku
   2. Čidlo množství srážek připevníme k plastovému držáku pomocí vrutu
   3. Vodič čidla množství srážek upevníme k plastovému držáku dvěma stahovacími páskami
   4. Plastový držák čidla množství srážek připevníme k trubce v místě spoje dvou trubek takovým směrem, aby čidlo bylo přesně mezi radiačním štítem a čidlem rychlosti větru

1. 1. Všechny kabely připevníme k trubce stahovacími páskami až pod čidlo množství srážek

1. 1. Krabici připevníme svorkami s gumou k trubce tak, aby přední strana krabice směřovala na jih

1. 1. Přebytek kabelů od čidel můžeme smotat za krabici
   2. Do krabice dvěma vruty přišroubujeme osazenou DPS
   3. Vývodkou na levé straně krabice provlékneme kabely od čidel intenzity světla a množství srážek
   4. Vývodkou na pravé straně krabice protáhneme kabely čidel přízemní teploty, teploty a vlhkosti vzduchu a rychlosti a směru větru
   5. Vodiče v kabelech odizolujeme, zkrátíme na potřebné délky a lanka pocínujeme
   6. Všechny vodiče přišroubujeme do svorkovnic

1. 1. Na levou stranu krabice vložíme baterii připojenou k solární nabíječce
   2. Červený vodič z nabíječky a červený vodič s JST konektorem přišroubujeme do svorkovnice v místě “Baterie B+”
   3. Solární nabíječku připevníme ke krabici vrutem
   4. Termistor přilepíme k baterii kusem izolační pásky
   5. Nad krabici připevníme solární panel do připraveného klipu
   6. Kabel solárního panelu provlékneme levou vývodkou
   7. Na konec kabelu připájíme správnou polaritou napájecí konektor 90° (vnitřní část konektoru +, vnější část -)
   8. Konektor připojíme do solární nabíječky
   9. Vývodky zašroubujeme
   10. Vývodky uvnitř krabičky zalepíme plastelínou proti vniknutí vlhkosti

1. Trubku se stanicí částečně nasuneme do trubky délky 90 cm

Umístění a vystavení stanice do venkovního prostředí

1. 1. Do trubky délky 150 cm vyvrtáme tři otvory pro šrouby M8 ve vzdálenosti 5 cm od konce trubky tak, že při pohledu shora otvory představují vrcholy rovnostranného trojúhelníku
   2. A tři otvory ve vzdálenosti 35 cm od konce trubky tak, že při pohledu shora také představují vrcholy rovnostranného trojúhelníku
   3. Na otvory z vnější strany trubky navaříme svářečkou matice M8
   4. Do matic částečně našroubujeme šrouby M8
   5. Pro umístění stanice vybereme volné prostranství s dobrým příjmem signálu sítě LoRaWAN
   6. Trubku zatlučeme do země do hloubky asi 40 cm
   7. Do trubky zatlučené do země vložíme trubku se stanicí
   8. Stanici podle kompasu nasměrujeme tak, aby sever ukazatele směru větru mířil na sever
   9. Stanici umístíme do takové výšky, aby čidlo teploty a vlhkosti vzduchu v radiačním štítu bylo přesně ve dvou metrech nad zemí
   10. Stanici pomocí vodováhy a šesti šroubů na trubce zatlučené v zemi vyrovnáme do roviny a upevníme

1. 1. Čidlo přízemní teploty zapíchneme do země podle izolační pásky na kulatině

1. JST konektor od nabíječky zapojíme do zásuvky na Adafruit Feather 32u4, tím zahájíme měření
2. Krabici zavřeme
3. Správnou funkci sestavené meteorologické stanice ověříme podle přijímaných dat na TTN (první data přijdou po 10 minutách od zapnutí stanice)

Vizualizace naměřených dat v aplikaci Grafana

Pomocí balíčku Telegraf lze na linuxovém serveru číst data, která jsou k dispozici v síti TTN. Telegraf je MQTT klient, který je propojený s databází časových řad InfluxDB, do které jsou ukládána přečtená data (naměřené hodnoty z čidel). Databáze může být nainstalována na stejném stroji. Vizualizaci naměřených dat ve formě ukazatelů a grafů zajišťuje aplikace Grafana, která čte data z databáze InfluxDB. Dále je v Grafaně možné provádět s daty z databáze různé výpočty, jako například výpočet pocitové teploty (Australian Apparent Temperature), která se počítá z teploty a vlhkosti vzduchu a rychlosti větru.