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Private Homepage aus der »Bergstadt« Lüdenscheid — Im Netz seit 1999

Über das Projekt »Wetterstation«


Wetterstation im Urzustand (1999)

November 1996: Erstinbetriebnahme

Die erste Version der Wetterstation enstand im November 1996. Trotz zahlreicher Umbauten und Veränderungen sind viele Komponenten dieser Ursprungsversion auch heute noch unverändert im Einsatz. Im Wesentlichen besteht die „Hardware“ aus der Telemetrie-Wetterstation, die man seinerzeit als Set bei der Firma Conrad Electronic beziehen konnte. Dieser Stationstyp ist modular aufgebaut und besteht aus einer Haupteinheit und den daran angeschlossenen Sensormodulen. In meiner Station kommen die folgenden Sensormodule zum Einsatz:

Wie man auf den Bildern erkennen kann, befindet sich die Station auf dem Dach in ca. 6m Höhe über dem Erdboden. Für die Befestigung wird ein stabiler Seitenausleger an einem Antennenmast verwendet.

Das Eigenbau-Modulgehäuse

Als Gehäuse für die Sensormodule wird eine Eigenkonstruktion verwendet. Es gab bei Conrad zwar auch ein passendes Aussengehäuse extra für diesen Stationstyp, allerdings befanden sich dort die Sensoren zusammen mit den Modulen im Innern eines rundum geschlossenen Kastens. Bei direkter Sonneneinstrahlung wäre es schnell zu einem Wärmestau gekommen, der die Meßwerte stark verfälscht hätte.

Bei meiner Eigenkonstruktion befinden sich die Sensoren für Temperatur und Luftfeuchte in dem kleinen grauen Kästchen an der Unterseite des Hauptgehäuses (siehe Bilder). Bohrungen an den Seiten sorgen für einen kontinuierlichen Luftumfluß der Sensoren. Durch die Anbringung an der Unterseite und die helle Farbe sollte im Sommer oder bei direkter Sonneneinstrahlung kein allzu großer Hitzestau entstehen — die Praxis hat allerdings leider gezeigt, daß es hin und wieder doch zu sehr hohen Temperaturen kommt. Ohne eine Zwangsbelüftung (Lüfter o. Ä.) lässt sich das leider nicht ganz vermeiden.

Durch den Verzicht auf das Standard-Gehäuse konnte ich auch die von Conrad angebotene Modul-Trägerplatine nicht verwenden, so daß ich selbst zum Lötkolben greifen mußte. Auf einer kleinen Lochrasterplatine finden der Modul-Bus, die Haupteinheit und die Regenmesserschaltung ihren Platz. Der Aufbau ist sehr eng, dafür aber so platzsparend, daß er in ein wesentlich kleineres und weniger klobiges Gehäuse als das von Conrad angebotene passt – schließlich ist die Station hoch oben auf dem Dach angebracht und weithin sichtbar, sie sollte also nicht noch unnötig groß und auffällig sein.

Modifikation des Regenmessers

Der Regenmesser im Originalzustand war prinzipbedingt für ernsthafte Messungen leider nicht zu gebrauchen. Auf dem von Conrad mitgelieferten Modul befand sich ein eigener kleiner Mikroprozessor mit Zeitgeber, der nach einem bestimmten Intervall die gemessene Regenmenge in einen analogen Spannungswert wandelte. Diese Spannung wurde in der Haupteinheit wieder digitalisiert und sollte dann wie jeder andere Analogwert weiterverarbeitet werden. Aus diesem Prinzip ergaben sich gleich zwei Probleme: Durch die beiden, eigentlich unnötigen D/A- bzw. A/D-Wandlungen waren die Messungen sehr ungenau, und durch die extreme Gangabweichung des Zeitgebers auf dem Modul konnte man schon nach einigen Tagen Betrieb den Zeitpunkt, ab wann ein neuer Meßwert bereitsteht, nicht mehr zuverlässig bestimmen. Folglich habe ich das Modul also nie benutzt und den Regenmesser stattdessen an einen der ohnehin unbenutzten Digitaleingänge angeschlossen. Mit Hilfe einer kleinen Anpassungsschaltung war das ohne größeren Aufwand möglich.

Der erste Erfassungs-PC (1996-2008)


Der erste „Wetter-Server“

Für die zentrale Messwertverarbeitung war von vornherein ein PC mit selbstgeschriebener Software vorgesehen, der im Dauerbetrieb arbeiten und die Messwerte sowohl archivieren als auch über ein Netzwerk erreichbar machen sollte. Die Wahl der dafür notwendigen Hardware fiel auf ein kurz zuvor ausrangiertes 386er-Board, das ich recht aufwendig in ein altes Commodore-PC10-Gehäuse einbaute. Ein „richtiges“ AT-Gehäuse hätte mein Budget als Schüler gesprengt, und das PC10-Gehäuse wurde ohnehin nicht mehr anderweitig gebraucht. Als weitere Modifikation habe ich das Netzteil auf passive Kühlung umgebaut, denn der Rechner stand zunächst in meinem Schlafzimmer und sollte aus nachvollziehbaren Gründen absolut lautlos arbeiten. Dieser Rechner wurde einige Jahre später noch etwas erweitert (siehe weiter unten) und war dann bis Februar 2008, also mehr als 11 Jahre, ununterbrochen im Einsatz — gemessen an den heute üblichen Innovationszyklen im IT-Bereich sind das eigentlich schon mehrere Ewigkeiten. ;-)

Die erste Software

Die erste Version meiner Software MeteoDat wurde Ende 1996 fertig. Sie wurde komplett in QuickBasic geschrieben und lief unter DOS 5.0. Die gesamten Server-Programme (MeteoDat, minimale Teile von DOS und das Workgroup-Add-On um dem Betriebssystem NetBIOS und TCP/IP „beizubringen“) passten auf eine einzige, bootfähige 5¼″-Diskette. Beim Booten wurde die Software in eine 2MB große Ramdisk entpackt und dort ausgeführt. Ein zweites Diskettenlaufwerk stand allein für die Archivierung der Messwerte zur Verfügung.

Etwas später, im März 1997, wurde dann die erste Version von MeteoDat GetStat fertig. GetStat 1.0 war eine 16-Bit-Anwendung für Windows 3.0 und 3.1, die in einem kleinen Fenster auf dem Desktop die aktuellen Meßwerte sozusagen live darstellte. Der Client-Rechner brauchte lediglich eine Ethernetverbindung zum Wetter-Server; die Kommunikation erfolgte über NetBIOS.

Oktober 1999: Reparatur Windmesser

Neues Schalenkreuz-Anemometer

Schon nach nicht einmal drei Jahren Betrieb musste ich einen Defekt des Windmessers feststellen. Das Problem äußerte sich zunächst durch unwahrscheinlich hohe und sehr stark schwankende Messwerte, einige Zeit später lieferte das Anemometer dann gar keine Werte mehr. Offensichtlich funktionierte der Reedkontakt nicht mehr richtig, ein neuer Windmesser musste her.

Das neue Anemometer hatte ich direkt bei einer Firma für Industriemeßtechnik gekauft. Es funktionierte nach demselben Prinzip wie das Original-Anemometer von Conrad (Reedkontakt), hatte aber etwas andere elektrische Eigenschaften und ließ sich nur mit Hilfe einer kleinen Anpassungsschaltung am Telemetriemodul betreiben. Die Schaltung hatte ich unter Verwendung eines Feldeffekttransistors so ausgelegt, daß der Stromfluß durch den Reedkontakt auf unter 14µA sank, wovon ich mir eine erhöhte Lebensdauer des Gebers versprach. Tatsächlich hielt der Kontakt auch etwa doppelt so vielen Betätigungen stand — da das neue Anemometer aber zwei Impulse je Umdrehung lieferte war dieser Wert ebenfalls recht schnell, nämlich bereits Mitte 2003, erreicht.

Eine neue Software

Wegen des neuen Windmessers waren auch Anpassungen an der Software notwendig geworden. Da sich im Laufe der Zeit ohnehin einige Verbesserungsmöglichkeiten gezeigt hatten, habe ich gleich eine ganz neue Software geschrieben, immer noch für DOS, aber diesmal in Turbo Pascal: MeteoDat 2.0. Diese Version hatte schon eine gleitende Mittelwertberechnung, konnte ASCII-Diagramme darstellen und hatte eine stark erweiterte Archivfunktion. Die Software kümmerte sich auch um eine USV und eine DCF-Uhr am Parallelport, da diese Dinge nicht vom Betriebssystem DOS bereitgestellt wurden.

August 2001: Große Server-Erweiterung, Eröffnung der Wetter-Homepage


Smartphonefähig bereits im Jahre 2001

DOS ist tot, es lebe Linux!

Die Idee, den Wetter-Server komplett auf Linux umzustellen, kam mir bereits Anfang des Jahres 2000 in den Sinn, nachdem ich mich im Rahmen des Studiums intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt und die vielen Vorteile dieses genialen Betriebssystems kennengelernt hatte. In den folgenden Monaten stieg ich zunächst mit meinem normalen Arbeits-PC nach und nach von Windows 98 auf Linux um und lernte dabei das System immer besser kennen.

Im August 2001 fühlte ich mich dann schließlich „fit“ genug, um auch den Wetter-Server auf Linux umzustellen. Die Hardware des 386ers wurde um eine 2GB-Festplatte und eine VGA-Karte erweitert, der Hauptspeicher wurde auf 20MB aufgestockt. Darauf habe ich dann eine ältere SuSE-Distribution (Version 6.0) mit Kernel 2.0.36 installiert. Zu dieser Zeit war der 2.2er-Kernel zwar bereits verfügbar, allerdings lief er bei einigen Tests deutlich langsamer auf dem schon damals recht betagten 386er.

Zur Server-Erweiterung gehörte auch die Installation eines Webservers (Apache), der zu Anfang lediglich eine einzelne Seite mit einer Tabelle mit den aktuellen Meßwerten bereitstellte. Dies funktionierte aber so gut, daß ich bis Ende 2001 mit der kompletten Homepage www.koethur.de auf den Wetter-Server umzog.

MeteoDat 3.0

Das neue Betriebssystem erforderte natürlich auch eine neue Erfassungssoftware: Die Geburtsstunde von MeteoDat 3.0. Gegenüber den Vorgängerversionen wurde das Konzept grundlegend geändert, die monolithische Architektur wurde zugunsten eines modularen Aufbaus komplett aufgegeben. Sonderfunktionen wie die USV-Überwachung oder die Ansteuerung einer DCF-Uhr, welche die 2er-Version stark aufgebläht hatten, entfielen ersatzlos, da diese Funktionen nun vom Betriebssystem bereitgestellt wurden. Einzig das Format der Archivdateien wurde von der 2er-Version übernommen, so daß die bis dato archivierten Werte nicht verloren gingen.

2003: Umstellung des Wetter-Archivs, zweite Windmesser-Reparatur

MySQL bewältigt die Datenflut

Anfang 2003 beschloß ich, zur Archivierung der Wetterdaten zukünftig eine relationale Datenbank, nämlich MySQL, zu verwenden. Das bis dahin genutzte, komplett selbstgeschriebene Archivierungssystem nutzte noch immer „flat files“ und war daher nicht mehr zeitgemäß. Nach einer kurzen Testphase, in der beide Archivsysteme parallel liefen, wurden sämtliche Altdaten konvertiert und auf das neue Datenbanksystem umgestellt. Da der Wetter-Server leistungsmäßig keine Reserven mehr hatte, lief die Datenbank auf einem separaten Server.

Anemometer-Reparatur, die zweite

Mitte des Jahres 2003 verstummte leider auch das erst 1999 in Betrieb genommene, zweite Anemometer. Nach dieser leidlichen Erfahrung lautet mein Fazit: Finger weg von Anemometern mit Reedkontakt. (Zumindest, wenn man nicht alle drei Jahre auf dem Dach herumkraxeln will.)

Das neue Anemometer arbeitet nach einem anderen Prinzip als die beiden vorigen: Die Abtastung der Drehimpulse erfolgt optisch mit Hilfe einer Lichtschranke, also völlig verschleißfrei. Als positiver Nebeneffekt arbeitet der neue Geber auch noch wesentlich präziser, insbesondere bei geringen Windgeschwindigkeiten, da nicht nur ein oder zwei, sondern ganze 12 Impulse je Umdrehung generiert werden. Dieser Windmesser war zwar vergleichsweise teuer, aber er arbeitet bis heute absolut zuverlässig; ich bin zufrieden. :-)

2008: Servertausch und Neueröffnug der Homepage

Alles hat ein Ende: 386er ade!

Nach fast 12 Jahren Einsatz als Wetter-Server hat der 386er im Februar 2008 schließlich ausgedient. Bereits seit 2006 häuften sich Probleme, die sich durch unerklärliche Abstürze und Kernel-Panics äußerten, und die auf einen schleichenden Verfall der Hardware hindeuteten.

Mit dem neuen Server, einem Dual-Xeon mit 700 MHz, war es nun auch endlich möglich, umfangreichen Gebrauch von PHP und dynamischen Inhalten zu machen, so daß ich die Homepage der längst überfälligen „Generalüberholung“ unterziehen konnte. Frames, Netscape-4-Kompatiblität, Tabellenlayouts und andere HTML-Altlasten wurden entsorgt, Farben und Stile wurden dezent geändert und etwas aufgefrischt. Wie zuvor auch habe ich besonderes Augenmerk auf die Barrierefreieheit gelegt.

… und wie geht es weiter?

Für 2014 und 2015 ist geplant, Teile der Wetterstation auf eine neue Hardwarebasis zu stellen, also nicht mehr mit der alten Conrad-Telemetrieeinheit. Daneben soll es einen neuen, stromsparenden Server geben und die Datenbank soll wieder online abgefragt werden können. So es denn meine Freizeit zuläßt. ;-)

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