IoT live - vom Sensor in die Cloud Umweltdaten messen und visualisieren

Nach der Vorstellung von Linux-Devices soll nun ein Beispiel zeigen, wie mit wenig Aufwand sinnvolle Anwendungen erstellt werden können. Anhand einer Wetterstation mit Internet-Anbindung wird ein verteiltes System präsentiert, das sich jederzeit an erweiterte Aufgabenstellungen anpassen lässt.

Nicht nur in den Ferien fernab von zu Hause kann für den einen oder anderen die Wettersituation daheim von Interesse sein. Die hier vorgestellte Wetterstation ist ein Beispiel für die sensorische Erfassung von Messdaten, deren Speicherung und Visualisierung sowie der mit anderen Daten verknüpften Darstellung auf einer Webseite.

Die Anforderungen an das Gesamtsystem werden weitgehend von den zu präsentierenden Daten bestimmt. Auf der geplanten Webseite gilt es den Verlauf von Temperatur und relativer Luftfeuchte darzustellen, ergänzt um ein die Wettersituation bildlich darstellendes Kamerabild sowie um Wetterdaten (abgefragt aus dem Internet) zur Verifikation der eigenen Messwerte. Wettersensor und Kamera sollten zur Minimierung des Installationsaufwands über Funk arbeiten.

Erfassung von Umweltdaten

Professionellen Wetterstationen erheben zahlreiche Messdaten, die eher für Meteorologen von Interesse sind. Die hier vorgestellte Wetterstation begnügt sich mit der Messung von Temperatur und relativer Luftfeuchte, denn dafür gibt es bereits sehr gute Sensorik zum niedrigen Preis und man muss nicht auf teure Wetterstationen ausweichen. Unterschiedliche Möglichkeiten zur Erfassung von Umweltdaten sind in Claus Kühnel: Raspberry Pi – Erfassung von Umweltdaten, Print ISBN 978-3-907857-28-1, eBook ISBN 978-3-907857-24-3 beschrieben.

Die Eigenbau-Wetterstation bedient sich des Funk-Außensensors »ASH 2200« von ELV (Bild 1), der sich gut für die Wandmontage eignet. Batteriebetrieb und der Datenaustausch über Funk ersparen einem das Verlegen von Kabeln. Der Sensor hat überschaubare Abmessungen (54 mm x 125 mm), seine wichtigsten technischen Daten sind in der Tabelle zusammengefasst.

EigenschaftWert
Trägerfrequenz868,35 MHz
Reichweite (Freifeld)100 m
Datenübertragungszyklus3 min
Temperaturmessbereich-30,0 °C bis +70,0 °C
Auflösung Temperaturmessung0,1 °C
Messfehler Temperaturmessung

±0,8 °C

Messbereich rel. Luftfeuchte5 % … 95 %
Auflösung Luftfeuchtemessung0,1 %
Messfehler Luftfeuchtemessung±5 %
Batteriebetriebsdauerbis zu 3 Jahre

 

Tabelle: Technische Daten ASH 2200.

Der Außensensor sendet seine Messdaten über das SRD860-Band (SRD – Short Range Devices). Der ebenfalls von ELV angebotene Wetterdatenempfänger »USB-WDE1-2« empfängt die Daten und stellt sie seriell zur Auswertung zur Verfügung. Bild 2 zeigt den Empfänger, über dessen USB-Port Datenübertragung und Stromversorgung stattfinden.

Nach Verbinden des USB-WDE1-2 mit einem USB-Port meldet sich das USB-Device als ELV USB-WDE Wetterempfänger an und ist (beim Autor) über die Gerätedatei (Device File) /dev/ttyUSB0 erreichbar. Um einen ersten Eindruck von den übermittelten Daten zu erhalten, können mit Hilfe des Programms »socat« die über /dev/ttyUSB0 empfangenen Daten zur Standardausgabe STDOUT weitergeleitet werden. Die Ausgaben (Bild 3) zeigen eine Temperatur von 15,5 °C und eine relative Luftfeuchte von 82 %.

Die Abfrage des USB-WDE1-2 soll in der Folge über ein Shell-Script geschehen, welches wesentlich mehr Flexibilität zulässt. Listing 1 zeigt das Shell-Script »usb-wde1-2_cloud.sh« ausschnittsweise. Das vollständige Script und alle hier vorgestellten Programmteile stehen auf der Github-Site zur Verfügung:
https://github.com/ckuehnel/RaspberryPi