en:aws
Differences
This shows you the differences between two versions of the page.
Both sides previous revisionPrevious revisionNext revision | Previous revisionNext revisionBoth sides next revision | ||
en:aws [2014/04/22 19:38] – [Automatic weather station AWS01A] kaklik | en:aws [2014/08/18 19:41] – [Firmware update] fluktuacia | ||
---|---|---|---|
Line 1: | Line 1: | ||
- | ====== Automatic weather station | + | ====== Automatic weather station |
- | Konstrukce autonomní stanice s vlastní autodiagnostikou. Meteostanice by měla pracovat v odlehlých oblastech společně s dalšími vědeckými přístroji, | + | An autonomous weather station with its own auto-diagnostics. The station is designed to work in remote areas together with other scientific instruments like robotic telescopes or[[cs: |
+ | |||
+ | Very common problems of such applications are scarce energy resources and a need for short-term data transmission occurring after long time intervals. As a result, a possibility of immediate failure report via short-band data channel is essential in order to minimize dropouts in data acquisition. | ||
- | Typickým problémem těchto aplikací jsou omezené energetické zdroje, krátkodobý přenos dat po dlouhých intervalech. Nutnou vlastností je tak možnost bezprostředního nahlášení poruchy přes úzkopásmový datový kanál, aby nedocházelo k dlouhodobému výpadku měření. | + | Apart from these technically still unsolved problems, there are other reasons to design such station - most notably an absence of serious OpenSource-hardware solution for meteorological data collection providing data for [[http:// |
- | Kromě tohoto technicky stále neúplně vyřešeného problému je dalším důvodem pro vývoj takové stanice absence seriózního OpenSource-hardware řešení pro sběr meteorologických dat do sítě [[http:// | ||
- | ===== Měřící snímače | + | ===== Sensors |
- | {{ : | + | {{ : |
- | ==== Anemometr | + | ==== Anemometer |
- | klasická konstrukce anemometru s kalíškovým rotorem. | + | A classic anemometer design with cup-shaped rotor. |
{{: | {{: | ||
- | Generuje impulzy s periodou nepřímo úměrnou rychlosti větru. Výhodou je snadné vyčítání pomocí čítače pulzů a časovače. | + | The anemometer generates impulses with period inversely proportional to the wind speed. Easy reading via pulse counter and timer. |
- | Požadavkům snímání rychlosti větru vyhovuje vzorkování 1 Hz, nebo při příchodu impulzu. | + | Wind speed measuring requirements are met with 1Hz sampling or upon the impulse arrival |
- | === Typické problémy | + | === Common difficulties |
- | * Mechanická degradace | + | * Mechanical degradation |
- | * Zamrzání | + | * Freezing |
- | * Omezení maximální měřené rychlosti větru | + | * Limit to the mximum measured wind speed |
- | * Zadření(([[http:// | + | * Seizing up (([[http:// |
- | Lze řešit jinou technologií např. ionizačním, | + | Solvable by using other anemometer designs - e.g. sonic or ionization anemometer. |
- | ==== Směr větru | + | ==== Wind direction |
- | {{: | + | {{: |
- | Pozice praporku je měřena | + | Weather vane with wind rose serves as the most basic wind detector. The position of the vane is read by a reed switch and it is recorded when it changes. |
- | === Typické problémy | + | === Common difficulties |
- | Podobné, jako u anemometru. | + | Similar to anemometer. |
- | * Mechanická degradace | + | * Mechanical degradation |
- | * Zamrzání | + | * Freezing |
- | Řešením je použití sofistikovanějšího anemometru měřícího vektor (Ionizační / ultrazvukový) | ||
+ | Can be solved by using more sophisticated anemometer designs that measure vectors (for example ionization or sonic). | ||
+ | ==== Precipitation ==== | ||
- | ==== Srážky ==== | + | {{: |
- | {{: | + | The rain gauge should be equipped with heating and temperature sensor for ice melting regulation. |
- | Do tohoto srážkoměru je třeba přidat vytápění a snímač teploty pro regulaci rozpouštění ledu. | + | === Common difficulties === |
- | === Typické problémy === | + | * Clogging, freezing |
- | * Ucpávání, | + | ==== Snow precipitation ==== |
- | ==== Sněhové srážky ==== | + | According to requirements of a weather station operator, a wide variety of snow parameters can be measured. |
- | U sněhové pokrývky lze měřit mnoho parametrů a záleží na požadavcích provozovatele meteorologické stanice, které parametry bude měřit. | + | === Height === |
- | === Tloušťka === | + | {{: |
- | {{:cs:sous-snih.jpg? | + | In the case of acustic measurement, |
- | V případě akustického měření by bylo vhodné využít konstrukci [[cs: | + | === Mechanical properties === |
- | === Mechanické vlastnosti === | + | Some of the snow's mechanical properties, like hardness and stiffness, can be estimated using the reflected signal of the ultrasonic rangefinder. Using the optical rangefinder, |
- | V případě použití ultrazvukového dálkoměru lze z odraženého signálu odhadnout některé mechanické vlastnosti, jako je tvrdost a tuhost. | + | === Weight === |
- | V případě použití optického dálkoměru může být zajímavým údajem reflexivita sněhové pokrývky, případně i její spektrální závislost. | + | |
- | === Hmotnost === | + | A total weight of snow cover constitutes an important information in terms of security risks. It can be measured using a reflective plate placed under the snow cover height sensor. At the same time, the plate can act as a weight. |
- | Celková hmotnost sněhové pokrývky je důležitý ůdaj z hlediska bezpečnostních rizik. Tuto veličinu lze měřit odraznou deskou umístěnou pod měřičem výšky sněhové pokrývky. Tato deska může sloužit, jako váha. | + | ==== Humidity ==== |
- | ==== Vlhkost ==== | + | Humidity sensors are located in radiation shield. |
- | Snímače umístěné v radiačním štítě. | + | [[cs: |
- | [[cs: | + | Sensor time constant is approximately 3s, a satisfactory recorded data sampling is therefore less than 10s. |
- | Časová kostanta čidel je cca 3s, proto vyhovuje vzorkování uložených dat menší než 10s. | + | === Common difficulties === |
- | === Typické problémy === | + | |
- | + | * Damage to sensor | |
- | | + | * Measuring element saturation and time-lagging during vater evaporation. |
- | * Poškození čidla | + | |
- | * Saturace měřícího elementu a spoždění měření během odpařování vody. | + | |
- | Diagnostikou by měl být self-test v pseudonáhodném čase. | + | Self-test in pseudorandom time serves as a diagnostic tool. |
- | + | ||
- | + | ||
- | ==== Teplota ==== | + | |
- | Měření teploty vzduchu je jednou z nejdůležitějších funkcí meteostanice, | ||
- | K měření teploty lze kromě klasického čidla [[cs: | + | ==== Temperature ==== |
+ | Measuring the temperature of the air, although being one of the most important function of the station, is in some cases performed incorrectly - e.g. by letting the Sun influence the value. A solution to this problem is so-called radiation shield, which prevents the effect of radiation on the sensor. | ||
+ | Apart from commonly used [[cs: | ||
- | ==== Tlak ==== | + | ==== Pressure |
[[cs: | [[cs: | ||
- | ==== Magnetometr | + | ==== Magnetometer |
[[cs: | [[cs: | ||
- | ==== Oblačnost | + | ==== Cloud cover ==== |
- | === Pokrytí | + | === Coverage |
- | [[cs: | + | [[cs: |
- | === Výška | + | === Height |
- | Laserový ceilometr lze sestavit z již navržených modulů. | + | A laser ceilometer can be built from already existing modules. |
- | ==== Radiometr | + | ==== Radiometer |
- | === Měření světelného toku === | + | === Luminous flux === |
- | Použití fotovoltaického článku. Pro změření výkonu záření ve W/ | + | Use of a photovoltaic cell, measuring output in W/ |
=== UV index === | === UV index === | ||
- | Měření | + | Measuring the UV index to determine safe exposure |
- | === Měření intenzity osvětlení | + | === Light intensity |
- | Možné je použít integrované čidlo | + | Possible to measure with [[cs: |
+ | ==== Ionization detector ==== | ||
+ | Measuring the intensity of ionizing radiation with [[cs: | ||
+ | ==== Infrasound detector ==== | ||
- | ==== Ionizační detektor | + | ==== Sound level meter ==== |
- | Měření intenzity ionizujícího záření [[cs: | + | ==== Limnimeter ==== |
- | ==== Infrazvukový detektor ==== | + | Measurement of water level and flow. |
- | ==== Hlukoměr | + | ==== Chemical sensors |
- | ==== Limnimetr ==== | + | * Gas detection CO, CO2, N2... H2S, CH4.. [[http:// |
+ | * PH-meter | ||
- | Měření výšky hladiny a průtoku. | + | ===== Communication interface |
- | + | ||
- | ==== Chemické snímače | + | |
- | + | ||
- | * Detekce plynů | + | |
- | * PH-metr | + | |
- | + | ||
- | + | ||
- | + | ||
- | ===== Komunikační rozhraní ===== | + | |
- | + | ||
- | Meteostanice má několik variant připojení a komunikace s dalšími zařízeními. | + | |
+ | The weather station has several possibilities for interfaces to connect and communicate with other devices. | ||
==== RS232/RS485 ==== | ==== RS232/RS485 ==== | ||
- | K připojení lze použít modul [[cs: | + | Modules |
==== Ethernet ==== | ==== Ethernet ==== | ||
Line 174: | Line 165: | ||
=== Wifi router === | === Wifi router === | ||
- | Použití routeru s operačním systémem | + | One of the most universal methods of connecting the station is to use a router with [[https:// |
+ | |||
+ | The weather station communicates with router via I2C bus. The bus can either lead directly form the router or through | ||
- | Samotná meteostanice s routerem pak komunikuje přes sběrnici I2C, která je buď vyvedena přímo z desky routeru. A nebo vytvořená převodníkem [[cs: | ||
=== ARM modul === | === ARM modul === | ||
- | Jako komunikační rozhraní lze v tomto případě využít modul s ARM [[cs: | + | With an advantage of lower power consumption and simpler design a module fitted with ARM [[cs: |
==== USB ==== | ==== USB ==== | ||
Line 185: | Line 177: | ||
=== I²C master === | === I²C master === | ||
- | V tomto případě se celé zařízení chová jako [[cs: | + | In this case, the entire device acts as [[cs: |
- | === Emulovaný | + | === Emulated |
- | Meteostanice v tomto případě je připojena přes modul [[cs: | + | The weather station is connected via [[cs: |
- | ==== Bezdrátové | + | ==== Wireless |
=== Wifi === | === Wifi === | ||
- | Viz použití | + | See the use of wifi router with OpenWRT. |
=== GSM === | === GSM === | ||
- | Pro datový přenos přes GSM, nebo 3G/4G sítě je možné použít modul [[cs: | + | [[cs: |
- | === ISM pásmo | + | === ISM band === |
- | Jde o pásmo | + | ISM represents an [[http:// |
* RFM01SMD01A | * RFM01SMD01A | ||
Line 212: | Line 204: | ||
- | ===== Vyčítání měřených hodnot | + | ===== Reading of the measured values |
- | Předností této konstrukce je možnost připojení různých senzorů. Které jsou inicializovány při každém spuštění stanice. Tato konstrukce využívá | + | This design offers a possibility of connecting variety of sensors, which are initialised at every station startup. It uses [[cs: |
- | ==== Instalace software | + | ==== Software instalation |
- | Aktuálně je nejvhodnější použití metody přímého vyčítání čidel z nadřazeného systému přes [[cs: | + | Probably currently the best method is a direct reading of sensors from a master system via [[cs: |
- | Lukáš Mičan | + | Lukáš Mičan |
- | Tento program | + | The program |
- | ===== Napájení | + | ===== Power supply |
- | * Z autonomního zdroje, jako např. fotovoltaický panel. | + | * autonomous power source, e.g. photovoltaic panel |
- | * Z lokální sítě | + | * local power grid |
- | ===== Auto diagnostika | + | ===== Auto diagnostics |
- | Implementovat algoritmy hlídající vzájemné korelace měřených hodnot a detekovat anomálie. | + | Still necessary to implement algorithms controlling mutual correlations of measured values and to detect anomalies. |
- | * Směr větru se nemůže změnit bez indikace rychlosti anemometrem. | + | * Wind direction can not change without speed indication from anemometer. |
+ | ==== Considered failures ==== | ||
- | ==== Uvažované poruchy ==== | ||
+ | === Random mechanical destruction === | ||
- | === Náhodná mechanická destrukce === | + | Involves failures that may arise from defect material or its fatigue due to environmental effects (involving UV radiation, temperature cycles,…) |
- | Jde o poruchy, které pravděpodobně vzniknou vadou materiál, nebo jeho únavou vlivy okolního prostředí. Jako je degradace teplotními cykly, UV zářením. | + | == Anemometer == |
- | == Anemometr == | + | Damage to anemometer can involve breaking off one or more blades or rotor. These events should be detected by measuring an uneven speed during one revolution |
- | Anemometr může být poškozen odlomením jedné, nebo více lopatek, Případně poškozením jeho rotačního uložení. Tento problém by mělo být možné detekovat měřením nepravidelné rychlosti během jedné otáčky. | + | === Fake outupt === |
- | * Směr větru | + | Relates to following sensors: |
- | * Teploměry | + | |
+ | * Anemometer - seizing up | ||
+ | * Wind direction - breaking off the vane | ||
+ | * Precipitation - clogging | ||
- | === Falešný výstup | + | === Degradation |
- | Týká se čidel: | + | Relates to the sensors measuring: |
- | * Anemometr - zadření | + | * temperature |
- | * Směr větru - odlomeni praporku | + | * relative humidity |
- | * Srážky - ucpani | + | |
- | * Relativní vlhkost | + | |
- | === Degradace === | ||
- | Týká se čidel: | + | === Power failure === |
- | * Teplota | + | Causes: |
- | * Relativní vlhkost | + | |
+ | * Data loss during failure | ||
- | === Výpadek napájení === | ||
- | Důsledky | ||
- | * Ztráta dat z doby výpadku. | + | ===== Output data format ===== |
- | + | Ideal output data should be compatible with one of the already used meteorological data protocols: | |
- | + | ||
- | ===== Formát výstupních dat ===== | + | |
- | + | ||
- | Datový výstup by měl ideálně být kompatibilní s některým již používaným protokolem na shromažďování meteorologických dat. | + | |
* NMEA | * NMEA | ||
* [[https:// | * [[https:// | ||
* RMYT? | * RMYT? | ||
- | * Přímé vyčítání | + | * Direct reading |
- | + | ||
- | Datový výstup by měl obsahovat i přesný čas pro záznam měření. Přesný čas lze získat z [[cs: | + | |
+ | Data output should also include accurate time record of measurement - time information can be obtained via [[cs: | ||
- | ==== Záznam měření | + | ==== Data recording |
- | Měřená data z meteostanice | + | Data measured |
- | Zde je vypsáno několik nejrozšířenějších | + | The following list contains some of the most widespread |
* [[http:// | * [[http:// | ||
Line 303: | Line 288: | ||
[[http:// | [[http:// | ||
- | Ideálním takovým programem by byl nějaký multiplatformní s minimálními provozními nároky na zdroje a s možností odesílání dat do některé celosvětové sítě stanic. Zároveň by data ale měla být lokálně zálohovatelná a kombinovatelná s daty z dalších meteorologických stanic. Například databáze[[http:// | + | Our ideal program should be multi-platform with minimal operating requirements and with possibility of sending data to one of the global network of weather stations. The data should be, at the same time, locally backed up and they should be able to combine with data from other stations. Examples of such database include: |
- | ===== Modelové příklady použití | + | ===== Examples of use ===== |
- | * [[cs:abl|Stanice pro automatické vypouštění meteobalónů]] | + | * [[en:abl|Station for automatic weather balloon launcher]] |
- | * [[cs:dum|Řízení inteligentní budovy]] | + | * [[cs:dum|Intelligent building management system]] |
- | * Meteorologická stanice k pozemní řídící stanicí | + | * Weather station of [[cs:uav|unmanned aircraft]] ground control station |
- | ====== | + | ====== |
- | ===== Měřící snímače | + | ===== Sensors |
- | ==== Teplota | + | ==== Temperature |
- | Samostatná teplota je měřena čidlem [[cs: | + | |
- | ==== Tlak ==== | + | Measured by [[cs: |
- | Tlak je měřen modulem [[cs: | + | ==== Pressure ==== |
+ | Measured by [[cs: | ||
- | ==== Vlhkost | + | ==== Humidity |
- | Pro měření relativní vlhkosti | + | To measure a relative humidity and air temperature we use a [[http:// |
- | ==== Anemometr | + | ==== Anemometer |
[[http:// | [[http:// | ||
- | Vycitani je realizováno dvěma časovači | + | Reading is carried out by two timers |
- | ===== Datový výstup | + | ===== Data output |
# AWS01A 0.1 (C) 2013 www.mlab.cz | # AWS01A 0.1 (C) 2013 www.mlab.cz | ||
Line 343: | Line 328: | ||
$AWS0.1 2 29277 29389 64.3 29416 960.7 7.0 *59 | $AWS0.1 2 29277 29389 64.3 29416 960.7 7.0 *59 | ||
+ | Meaning of the variables is as follows: | ||
- | Význam jednotlivých veličin je následující: | + | * **ver** denotes the device and firmware version |
+ | * **seq** is the serial number of a measurement | ||
+ | * **temp[K]** denotes the temperature measured thermometer (in hundredths of Kelvin) | ||
+ | * **hum_temp[K]** - temperature from 1st humidity sensor | ||
+ | * **hum[%]** - relative humidity measured by 1st humidity sensor | ||
+ | * **bar_temp[K]** - a very inaccurate barometer temperature (interesting rather in the case of eventual relative temperature compensation) | ||
+ | * **pressure[hPa]** - pressure measured by barometer | ||
+ | * **anemo[m/ | ||
+ | * **check** - a checksum (same as NMEA format) | ||
- | * **ver** je označení zařízení a verze firmware | + | ===== Firmware update ===== |
- | * **seq** je pořadové číslo měření | + | |
- | * **temp[K]** je teplota z místního teploměru v setinach Kelvinu | + | |
- | * **hum_temp[K]** - teplota 1. čidla vlhkosti | + | |
- | * **hum[%]** - relativní vlhkost 1. čidla vlhkosti | + | |
- | * **bar_temp[K]** - velmi nepřesná teplota barometru, je zajímavá spíše pro případnou relativní teplotní kompenzaci. | + | |
- | * **pressure[hPa]** - tlak měřený barometrem | + | |
- | * **anemo[m/ | + | |
- | * **check** - kontrolní součet stejný jako ve formátu NMEA | + | |
- | ===== Aktualizace | + | The firmware |
- | Firmware lze aktualizovat bez speciální utility pouze odeslánim HEX souboru s firmwarem na sériovou linku procesoru v době, kdy očekává firmware a vypisuje | ||
uf?uf? | uf?uf? | ||
| | ||
- | Tento stav nastává po resetu zařízení. | + | This condition occurs after resetting the device. |
- | Novy firmware pak lze odeslat následujícím příkazem pod účtem roota, nebo uživatelem s absolutním přístupem k sériové lince. | + | Following that, a new firmware can be send using a command listed below (either under root account or under account with access to the serial line) |
$ echo uf > / | $ echo uf > / | ||
ascii-xfr -s -v -l 110 ./ | ascii-xfr -s -v -l 110 ./ | ||
| | ||
- | Program ascii-xfr je v Ubuntu součástí balíku | + | Ascii-xfr program is a part of minicom |
picocom / | picocom / | ||
| | ||
- | ===== Použití meteostanice | + | ===== Weather Station Application |
* BART Ondřejov | * BART Ondřejov | ||
- | * dalekohled | + | * D50 telescope |
- | === Reference | + | === Referencies |
* [[http:// | * [[http:// | ||
Line 384: | Line 369: | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
* [[http:// | * [[http:// | ||
+ | * [[http:// | ||
en/aws.txt · Last modified: 2015/03/05 22:49 (external edit)