Tutorial

Hinweis: Auf GitHub findest du Projekte der Wettermonster-Community. Schau doch mal vorbei! (Link)

Diese Anleitung zeigt dir ganz einfach, wie du eine Wetterstation zusammenbauen kannst. Sie führt dich Schritt für Schritt durch den Bau. Leider war es nicht möglich komplett lötfrei zu bleiben, da an die verwendeten Sensoren teilweise eine Pinleiste angelötet werden muss. Wahrscheinlich kannst du auch die selben Sensoren auf Breakouts von anderen Herstellen verwenden, jedoch ändern sich dann die Anschlüsse und ich kann nicht garantieren, dass es funtioniert. Die unten aufgeführten Bauteile und Bezugsqullen sind einzig und allein Empehlungen, da ich mit diesen schon insgesamt positive Erfahrungen sammeln konnte. Es gibt bestimmt auch andere gute Produkte, die günstiger sind, diese sind dann jedoch nicht von mir getestet und funktioniren evtl. nicht mit Wettermonster. Bei Problemen findest du einige Tipps in den FAQ. Sollten dir diese nicht weiterhelfen, kannst du mich gerne kontaktieren.

1. Auswahl der Bauteile

Bevor wir anfangen können, müssen wir uns zuerst um die Bauteile kümmern von denen einige zwingend erforderlich sind, bei anderen allerdings hast du die Wahl zwischen mehreren Optionen oder kannst ganz auf sie verzichten. Unbedingt benötigst du:

  • NodeMCU v2
    Das NodeMCU-Board bildet mit dem Prozessor, einem ESP8266, das Herzstück der Wetterstation. Es liest nicht nur die Sensoren aus, sondern sendet auch anschließend die Messwerte an Wettermonster.de.

    Preis: ca. 8€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • Gehäuse
    Um deine Wetterstation gut zu schützen solltest du sie in ein Gehäuse packen. Das Gehäuse sollte IP65 zertifiziert sein, um Schäden an der Elektronik vorzubeugen. Leider hat der gute Schutz zufolge, dass die Sensoren auch nicht mehr so genau messen können, da sie etwas isoliert sind. Deshalb können die Sensoren in einem sogenannten Strahlenschutz angebracht werden, um direkt an der Luft messen zu können. Um dies zu bauen, bedarf es allerdings einer gewissen bastlerischen Erfahrung. Daher ist dies keine Anfänger-Lösung. Zudem solltest du darauf achten, dass du die Löcher, um Kabel aus dem Gehäuse zu führen, gut mit speziellen Dichtungen abdichtest. Eine sehr einfache Lösung sind zwei 90° Rohr-Winkelstücken (z.B. DN75) aus dem Baumarkt. Diese bieten als ein umgedrehtes U zusammengesteckt einen guten und preiswerten Schutz vor Regen.

    Gehäuse IP65:
    Preis:     ca. 22€
    Bezugsquelle: EXP-Tech

    Strahlenschutz:
    Preis:     ca. 14€
    Bezugsquelle: Amazon

    Rohre:
    Preis:     ca. 1,50€
    Bezugsquelle: Bauhaus
  • Schutzlack
    Anfangs hatte ich Probleme mit einer defekten Platine, auf der schon nach wenigen Monaten grüne Beläge zu sehen waren. Ich führte dies auf die manchmal sehr hohe Luftfeuchtigkeit zurück. Leider musste ich die Plaine inklusive Sensor wegwerfen. Um dem in Zukunft vorzubeugen, habe ich nun die Platinen, die direkt der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt sind (zum Beispiel im Strahlenschutz), mit einem Schutzlack eingesprüht. Dabei sollte man besonders darauf achten, dass dieser nicht in die Öffnungen der Sensoren gelangt.

    Preis: ca. 9€
    Bezugsquelle: Reichelt
  • Stromversorgung
    Für die Stromversorgung gibt es mehrere Lösungen. Die einfachste ist ein USB-Netzteil. Dieses wird einfach in die USB-Buchse des NodeMCUs eingesteckt und versorgt dann die gesamte Wetterstation mit Strom. Nachteil hierbei ist aber, dass das Netzteil nicht wetterbeständig ist und somit keiner Feuchtigkeit ausgesetzt werden sollte. Eine weitere Möglichkeit ist ein Einbaunetzteil.

    Aber Achtung! Dies ist eine Variante, die wirklich nur für Profis geeignet ist, da hier mit Netzspannung gearbeitet wird. Das Arbeiten mit Netzspannung ist nur Fachpersonal gestattet! Bei unsachgemäßer Anwendung/Installation besteht Lebensgefahr! Deshalb gibt es hier auch keine genaue Anleitung zum Anschluss des Netzteils, da allen die sich nicht damit auskennnen, nur davon abzuraten ist.

    Hierbei wird das Netzteil direkt mit in das Gehäuse gebaut und eine Stromleitung von außen wasserdicht in das Gehäuse geführt und an das Netzteil angeklemmt. Für die Kabeldurchführung muss ein dickes Loch gebohrt werden (in meinem Fall 16mm), wo eine Kabelverschraubung das Loch abdichtet. Die dritte Möglichkeit ist ein Akku mit Solarpanel. Die Wetterstation wird hierbei von dem Akku betrieben und das Solarpanel verlängert die Laufzeit, es ist aber nicht in der Lage, den Akku vollständig aufzuladen. Dies muss dann manuell über USB geschehen. Je nach Akku kommt man hiermit auf eine Laufzeit von wenigen Tagen, es ist also auch keine Lösung für jedermann. Du siehst es gibt beim Thema Stromversorgung keine optimale Lösung, deshalb kannst du dich zwischen diesen 3 Varianten entscheiden, um die für dich beste Lösung zu finden.

    USB-Netzteil:
    Preis:     ca. 10€
    Bezugsquelle: EXP-Tech

    Einbaunetzteil:
    Preis:     ca. 7€
    Bezugsquelle: Voelkner

    Solar:
    Preis:     ca. 10€
    Bezugsquelle Solarpanel: EXP-Tech
    Bezugsquelle Laderegler: EXP-Tech
    Bezugsquelle Akku: EXP-Tech
  • Platine
    Um den ganzen Schaltkreis schön aufbauen zu können, wird eine Steckplatine (Breadboard) verwendet. Hier können alle Bauteile einfach aufgesteckt werden und es ist kein Löten erforderlich. Fortgeschritte können die Wetterstation natürlich auch auf einer Lochrasterplatine nachbauen, hierfür benötigt man allerdings schon etwas Erfahrung im Löten.

    Preis: ca. 4,50€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • Kabel
    Für die Verbindungen auf der Steckplatine sorgen sogenannte „Jumper Wires“, kleine Käbelchen mit Stecker bzw. Buchsen an beiden Seiten. In unserem Fall mit zwei Steckern.

    Preis: ca. 4,50€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • Kleinkram
    Zum Aufbau, zur Anbringung etc. wirst du viele kleine Teilchen benötigen. Aber hier kommt es viel zu sehr auf deine Konfiguration und Umgebung an, als dass ich dir hier noch Dinge auflisten könnte. Mein Tipp: Gehe alles einmal im Kopf genau durch und mache dir dabei eine Liste, dann wirst du schon an alles denken. ;-)

Was wäre eine Wetterstation ohne Sensoren? Genau aus dem Grund unterstützt Wettermonster eine Vielzahl an Sensoren. Suche dir von den folgenden Sensoren die aus, die du möchtest. Bedenke hierbei, dass Wettermonster immer nur einen Sensor für ein Phänomen unterstützt. Eine Kombination aus besipielsweise BME280 und BMP280 wäre deshalb nicht möglich, da beide den Luftdruck erfassen.

  • BME 280
    Der BME280 erfasst Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck und ist daher eine Allzweckwaffe unter den Sensoren. Er ist dennoch nicht ausschließlich zu empfehlen, da er im Gegensatz zu anderen Sensoren keine Schutzeinrichtung vor Feuchtigkeit besitzt. Vermutlich ging bei mir aus diesem Grund der Sensor schon nach wenigen Monaten im Ausseneinsatz kaputt.

    Preis: ca. 20€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • Si7021
    Der Si7021 ist perfekt für dich geeigent, wenn du einen günstigen Sensor für Temperatur und Luftfeuchtigkeit suchst. Die Messwerte sind trotz des niedrigen Preises ziemlich genau. Er besitzt eine kleine Heizung um sich wieder von der Luftfeuchtigkeit befreien zu können, sollte diese den Sensor einmal zugesetzt haben.

    Preis: ca. 7,50€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • HTU21D-F
    Der HTU21D-F misst ebenfalls die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit. Dabei ist er wesentlich teurer als der Si7021, doch er unterscheidet sich nur geringfügig in den Spezifikationen von ihm. Die Messungenauigkeiten bei der Temperaturmessung betragen hier nur 0,3°C anstellle der 0,4°C des Si7021. Er besitzt eine kleine Membran um sich vor Feuchtigkeit zu schützen.

    Preis: ca. 16€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • BMP280
    Der BMP280 ist ein Standardsensor für den Luftdruck. Er misst den Luftdruck ziemlich genau und ist sozusagen der kleine Bruder des BME280 (der zusätzlich noch die Luftfeuchtigkeit misst).

    Preis: ca. 11€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • MPL3115A2
    Alternativ unterstützt Wettermonster auch den MPL3115A2 um den Luftdruck zu messen. Einen großen Unterschied zum BMP280 konnte ich nicht feststellen, hier kann also genommen werden was gefällt.

    Preis: ca. 10,50€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • TSL2591
    Für die Helligkeit ist der TSL2591 zuständig. Er misst die Beleuchtungsstärke in Lux. Er kann Helligkeiten bis zu 88.000 Lux erfassen.

    Preis: ca. 7,50€
    Bezugsquelle: EXP-Tech
  • Weather Meters
    Um Niederschlag, Windgeschwindigkeit und Windrichtung messen zu können benötigst du die Weather Meters. Die Wetterstation wird durch die Weather Meters unglaublich bereichert, doch sind sie aufgrund ihres hohen Preises garantiert nicht für jedermann geeignet.

    Preis: ca. 80€
    Bezugsquelle: EXP-Tech

2. Aufbau

Hierbei hast du die Wahl ob du die Wetterstation entweder auf einer Steckplatine (Breadboard) oder auf einer Lochrasterplatine aufbauen möchtest. Die Steckplatine ist super für Einsteiger geeignet und der Aufbau sollte in kurzer Zeit von der Hand gehen. Die Lochrasterplatine ist nur nur dann für dich geeignet, wenn du vorher schon einmal auf Platinen gelötet hast. Hier siehst du eine Grafik, die dir eine Möglichkeit zeigt die Bauteile auf der Steckplatine aufzustecken:

Wichtig ist, der Grafik hinzuzufügen, dass der Wert des Widerstandes des Windrichtungssensors 10kΩ beträgt. In der Praxis sieht das dann ungefähr so aus:

Es gibt unendlich viele Methoden die Wetterstation zu montieren. Hier siehst du einige Beispiele:
Die einfachste Möglichkeit, die Wetterstation wetterfest zu machen, sind die oben erwähnten Abflussrohre. Auf diesem Bild sieht man den Aufbau:

Wenn du schon etwas professioneller werden möchtest, kannst du auch einen Strahlenschutz verwenden:

3. Registrierung

Um später die Messwerte auf Wettermonster.de ansehen zu können, musst du dich bei Wettermonster registrieren. Lege hierfür hier ein Konto an. Anschließend gelangst du in den Login-Bereich, wo du unter dem Punkt Konfiguration deine Sensoren, dein Messintervall etc. festlegen kannst. Mit den Daten wird dein persönlicher Quellcode für deine Wetterstation generiert den du anschließend herunterladen kannst. Außerdem werden die Daten dazu verwendet, um die Webseite an deine Wetterstation anzupassen. Dies ist der Grund dafür, dass beispielsweise auch nach dem Standort deiner Wetterstation gefragt wirst. Du kannst im Nachhinen jederzeit wieder zum Login-Bereich zurückkehren und die Daten ändern. Bedenke hierbei, dass die meisten Änderungen eine Wiederholung des Übertragens des Codes auf die Wetterstation (Schritt 4.3.) erfordern, damit die Wetterstation an die Änderungen angepasst wird.

4. Software

Als nächstes müssen wir ein Programm auf dem PC installieren, um den Code von Wettermonster auf das NodeMCU-Board zu flashen. Die nächsten Schritte gelten für Windows 10, bei anderen Betriebssystemen können sie leicht abweichen. Den Schritt 4.1. kannst du natürlich überspringen, wenn du die Arduino IDE bereits auf deinem PC installiert hast.

4.1. Installation der Arduino IDE

Zuerst musst du die Arduino IDE von arduino.cc herunterladen. Gehe hierzu zu „Software“ und drücke im Bereich „Download the Arduino IDE“ auf „Windows Installer“. Danach wirst du gefragt ob du etwas für die Software spenden möchtest, tue dies oder drücke auf „Just Download“ um ohne eine Spende fortzufahren. Nun sollte dich dein Browser fragen ob du die Software wirklich herunterladen möchtest, drücke um fortzufahren auf „Datei Speichern“. Öffne anschließend deinen Downlaod-Ordner auf dem PC und öffne die neu heruntergeladene Datei „arduino-x.x.x-windows.exe“. Folge nun dem Installationsprozess.

4.2. Einrichtung der Arduino IDE

Nun musst du einige Einstellungen der Arduino IDE anpassen. Öffne hierfür diese und gehe unter dem Punkt Datei auf Voreinstellungen. Füge dort unter dem Punkt „Zusätzliche Board-URLs“ folgende Adresse hinzu: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json. Hierdurch ergänzt du die unterstützen Controller der Arduino IDE um unseren.

Gehe nun zu Werkzeuge/Board/Boardverwalter und gebe ESP8266 in die Suchzeile ein. Darauf sollte ein Eintrag esp8266 by ESP8266 Community erscheinen. Die letzte getestete Version ist: 2.7.4 Andere, spätere Versionen können aber natürlich auch benutzt werden, wobei dabei aber theoretisch Probleme autreteten könnten. Klicke nun auf Installieren.

Anschließend musst du noch einige Bibliotheken installieren, die der Code später benötigt um die Sensoren auszulesen, sich mit dem Internet zu verbinden etc.. Gehe hierzu zu Sketch/Bibliothek einbinden/Bibliotheken verwalten und installiere die Bibliotheken: Adafruit Unified Sensor by Adafruit, Adafruit BME280 Library by Adafruit und Adafruit TSL2591 Library by Adafruit. Gebe auch hierfür die jeweilige Library im Suchfeld ein, wähle die entsprechende Library aus und klicke anschließend auf Installieren. Stelle als letztes noch das richtige Board ein, gehe hierzu zu Werkzeuge/Board und wähle NodeMCU 1.0 aus.

4.3. Flashen des Codes

Verbinde jetzt deine Wetterstation über USB mit dem PC. Falls noch nicht geschehen, wird nun der Treiber für das Board automatisch installiert. Wähle nun unter Werkzeuge/Port den Port aus, mit dem deine Wetterstation verbunden ist. Alle anderen Einträge sollten ausgegraut sein. In deinem Download-Ordner sollte noch die Datei „Wettermonster-Code.ino“ liegen, die du in Schritt 3 heruntergeladen hast. Öffne die Datei mit einem Doppelklick und bestätige, dass ein neuer Ordner für die Datei angelegt wird. Anschließend kannst du den Code mit dem Pfeil oben links auf das Board laden. Halte währendessen den kleinen Flash-Button rechts neben der USB-Buchse auf dem Board gedrückt. Du siehst den Fortschritt beim Hochladen im unteren Bereich der Arduino IDE im Statusfenster.

5. Fertig!

Du hast etwas tolles erreicht! Wenn du alles richtig gemacht hast, kannst du nun deine Messwerte unter https://wettermonster.de/wetterstationen betrachten. Jetzt gehörst auch du zu den Wettermonstern!

Stand: 12.02.2021 Alle Angaben ohne Gewähr.