// Weather.chrisge.org – Die Hardware

Nachdem ich das Projekt Weather.chrisge.org bereits in Grundzügen vorgestellt habe, werde ich nun detaillierter auf die verwendete Hardware eingehen. Da der gesamte Entwicklungsprozess mehrere Monate in Anspruch nahm, werde ich nur auf die wichtigsten Dinge eingehen. Falls Fragen auftauchen sollten: melden!

Dieser Beitrag ist Teil der Serie Weather.chrisge.org:

Das Basissystem

Als Basissystem verwende ich eine Seagate Dockstar mit Debian Squeeze. Da das System nur 128 MB RAM und einen ARM Prozessor mit 1,2 GHz verfügt, muss natürlich beachtet werden, dass die verwendete Software möglichst Ressourcen schonend ist. Unter anderem deshalb kann es hilfreich sein, zum Rendern der Daten einen anderen Server zu verwenden und ein sparsames ARM-System nur zum Sammeln und Bereitstellen der Datensätze für den anderen Server zu verwenden. Eine Munin Installation kann hier somit ideal eingesetzt werden.

Eine Übersicht über derzeit verfügbare ARM-Hardware habe ich schon vor längerem auf mein.homelinux.com veröffentlicht:

Speicherplatz

Wenn Motion mit den höchsten Einstellungen bezüglich der Qualität der Bilder bzw. Aufnahmen verwendet wird, können an einem windigen Tag (….und Wolken ohne Ende) täglich schon einmal 1-3 GB an Daten zusammenkommen. Hierfür verwende ich einen 16 GB USB-Stick, der in der Nacht auf einen RAID 1 auf einem anderen Server gesichert werden. Dies ist nicht nur auf Grund des beschränkte Platzbedarfes (damit man auf dem USB nach der Sicherung die Dateien löschen kann) sondern vor allem im Hinblick auf die „Halbbarkeit“ des USB-Sticks - ich habe auf Dockstars bereits 2 Sticks ins Grab geschickt (kaputt geschrieben) - sinnvoll.
Aber, da eine externe Festplatte zu laut wäre und eine SSD zu teuer und sinnlos via USB, werde ich diese Methode wohl oder übel so beibehalten.

Webcam

Zum einen muss die Webcam von Motion unterstützt werden, zum anderen sollte die Bildqualität in einem akzeptablen Rahmen liegen. Es sollte vor allem darauf geachtet werden, dass die Webcam auch mit schlechten Lichtverhältnissen zurechtkommt. Im Endeffekt kann jede Webcam verwendet, die mit video4linux funktioniert, denn dieses setzt Motion ein.

Ich habe mich für eine Logitech HD Webcam C270 (meine hat ein anderes Design als die auf der Logitech Seite) entschieden. Nachträglich würde ich eher eine bessere nehmen, da die C270 gerade bei schlechten Lichtverhältnissen nicht unbedingt eine gute Form macht.

Positionierung

Da ich die Webcam nicht draußen anbringen wollte, musste ich die Webcam innen hinter einer Scheibe platzieren. Das größte Problem hierbei war, dass die Scheibe natürlich spiegelt und das überwiegend dann, wenn Licht von hinten, also von innen auf die Scheibe fällt. So habe ich wie in den Bildern ersichtlich versucht, die Befestigung der Webcam komplett zu verdunkeln. Das ist mir auch relativ gut gelungen. Anschießend muss die Webcam richtig ausgerichtet werden, dazu schließt man jene am besten an einen anderen Rechner an.

Ich kann nur empfehlen, die Webcam so zu platzieren, dass möglichst viel vom Himmel zu sehen ist, also eher eine Ausrichtung in die „Höhe“ als in die „Ferne“. So sind Nachts mehr Sterne erkennbar. Außerdem bietet es sich an, das komplette System draußen zu platzieren.

1-Wire Sensoren und Adapter

Was wäre eine Wetterstation ohne Sensoren? Ich wollte keine fertige Wetterstation wie z.B. die WH1080, da dies mir zu „einfach“ schien - Ich wollte alles selbst basteln und mir die Möglichkeit vorenthalten später eigene Sensoren zu entwerfen (bei 1-Wire relativ einfach) bzw. das sogenannte 1-Wire Netzwerk durch weitere Sensoren jeglicher Art zu erweitern (UV, Solar, Luftdruck, usw.).

1-Wire Sensoren und Equipment gibt es beispielsweise hier:

Ich habe mich relativ schnell für Sensoren von iButtonLink entschieden, da diese (fast! alle) problemlos von der zu verwendenden Software OWFS unterstützt werden. Diese Sensoren gibt es sowohl bei Fuchs Elektronik, als auch bei HomeChip. HomeChip ist zwar billiger, aber durch die Versandkosten gleicht sich das ziemlich schnell mit Fuchs Elektronik aus. Folglich habe ich folgendes Equipment bei Fuchs (Sensoren, Adapter) und Amazon bestellt:

  • 2 x T-Sense (Temperatursensor)
  • 1 x MS-TH (Luftfeuchtigkeit und Temperatur)
  • 1 x LinkUSB (USB-Adapter) → die i-Variante soll auch mit OWFS funktionieren
  • div. Patchkabel (1-Wire wird mit „Lankabeln“ verkabelt)

→ Um zu überprüfen, ob ein Sensor mit OWFS funktioniert, einfach nach [Sensor] OWFS googlen. Die Webseite von OWFS ist leider nicht gerade übersichtlich.

Bald werden noch diese Sensoren folgen:

Verkabeln

Eine grundlegende Einführung in das 1-Wire System findet sich auf HobbyBoards. Wie daraus hervorgeht bestehen folgende Möglichkeiten:

  • Daisy Chain Netzwerk: der Adapter am Rechner wird mit dem Eingang des 1ten Sensors verbunden; dessen Ausgang wird mit dem Eingang des 2ten Sensors verbunden; usw.
  • Star Netzwerk: alle Eingänge der Sensoren werden mit einem Hub verbunden; dieser wird an den Adapter des Rechners verbunden
  • Diese beiden Arten lassen sich natürlich kombinieren!

Als Verbindung dient jew. Patchkabel (in meinem Fall RJ45).

Hobbyboards

Die Sensoren von HobbyBoards besitzen RJ45 Anschlüsse und der zugehörige Adapter verfügt über einen RJ11/12 (Telefonkabel) Anschluss. Somit wird hier ein Adapterstück benötigt. Außerdem benötigen einige Sensoren einen „Power Injector“, da die Stromversorgung über den Bus nicht ausreicht.
Hier muss mit einigem an mehr Kosten gerechnet werden! Zudem ist es ratsam bei dem Betreiber des Shops vorher nachzufragen, ob das Setup so funktioniert.

Hier ist einiges einfach: Der Adapter (LinkUSB[i]) sowie die Sensoren verfügen über den gleichen Anschluss (RJ45), wobei darauf geachtet werden muss, das nicht doch ein anderer Adater mit RJ11/12 wie z.B. der DS9490R bestellt werden. Auch bei iButtonLink gibt es zusätzliche Stromversorgungen (Achtung: ohne Netzgerät!), die nur benötigt werden, falls die Versorgung des Adapters nicht mehr ausreicht.

Mein Setup folgte der Daisy Chain Typologie, somit benötigte ich keinen Hub (den es bei iButtonLink auch gibt) und auf Grund der passenden Anschlüsse auch keine Adapter vor dem eigentlichen Computer Adapter. Eine zusätzliche Versorgung des Buses war ebenfalls nicht von Nöten. So folgten bei mir direkt nach dem Computer Adapter die eigentlichen Sensoren, die einfach nur mit Patchkabel verbunden waren.

Andere

Bei Verwendung anderer 1-Wire Hardware unbedingt auf Anschlüsse und sonstige Voraussetzungen achten!

Radiation Shield / Screen

Wie du bereits in vorherigem Post erfahren hast, waren die ersten Versuche mit den Sensoren nicht sehr überzeugend. Die Temperatur und Luftfeuchtigkeit wich bei Sonneneinstrahlung in extremen Maße ab – kein Wunder: die Sensoren sind schwarz! Folglich musste ein sog. Radiation Shield her. Hier nur ein paar Anleitungen dazu:

Ich habe meinen Screen aus Blumentöpfen hergestellt. Dazu kauft man etwa 12 (weiße! → ich musste meine braunen nachträglich lackieren) Untersetzer mit einem Durchmesser von ungefähr 20-30 cm. Dabei sollten die oberen Beiden einen 2-5 cm größeren Durchmesser besitzen. Nun wird so vorgegangen:

  1. Löcher bohren u. bei allen bis auf dem unteren, sowie den beiden oberen die Mitte herausschneiden (am besten mit einer Blechschere)
  2. Anschließend werden die Untersetzer wie in obig aufgeführten Anleitungen beschrieben, mit Gewindestangen zusammengesetzt. Der Abstand zwischen den einzelnen Untersetzern muss experimentell ermittelt werden, sollte aber bei etwa 1-3 cm liegen. Die einzelnen Untersetzer können entweder durch Verwendung von haufenweise Muttern oder von Abstandhaltern an den Gewindestangen befestigt werden.
  3. Die Sensoren werden an dem 2t obersten Untersetzer befestigt; die Kabel am besten unten (am letzten) herausgeführt.
  4. Alles weitere den erwähnten Anleitungen oder folgenden Bildern entnehmen:

Da ich nur einen T-Sense und den MS-TH in dem Shield platziert hatte, stand mir noch ein T-Sense zur Verfügung. Diesen habe ich in extra Gehäuse gepackt, in das ich Löcher gebohrt und anschließend weiß lackiert habe. Hier das Ergebnis:

→ Der Sensor wird als Outdoor in Sun gemonitored.

Comments

No. 1 @ 2012/04/10 21:16

No. 2 @ 2012/04/10 22:19

Das ist ja mal ein extrem cooles Setup :) da bekomme ich richtig lust, auch mal wieder zu basteln. Man könnte noch einen Ausgang hinzutun, der bei Bedarf fähig ist, eine dicke DSLR zu steuern, falls man mal mehr Bildquali möchte :) ist nicht wirklich schwer. Jetzt les ich hier mal die Restartikel, bin gespannt!

No. 3 @ 2012/04/10 23:19

@D. Kriesel: Freut mich, dass es dir gefällt :)
Die Idee mit der Spiegelreflex hatte ein Bekannter auch schon. Wir wollten auf einem Berg in der Umgebung (Schwarzwald) die DSLR so platzieren, dass die den Himmel drauf hat und dann eine Serie einer klaren Nacht erstellen. Bis jetzt ist daraus leider noch nichts geworden.

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