Wetterstation TFA Nexus

Besser als der Frosch im Glas

Siegfried W. Best Siegfried W. Best

Veröffentlicht 29. Mai 2013 - 11:35 Geändert 29. Mai 2013 - 11:35

Dank Mikroelektronik sind die Preise für leistungsfähige Wetterstationen auf Taschengeldniveau gefallen und durch Anwendung drahtloser Technik entfallen alle Kabelverbindungen. Dabei zeigen moderne Wetterstationen nicht nur das aktuelle Wetter, sondern liefern auch dank hoher Rechenleistung präzise Wetterprognosen. Wie die Technik einer solchen Station ausgelegt ist, zeigt dieser Beitrag am Beispiel der Nexus von Dostmann.

Bild 1: Die Hauptstation der Wetterstation Nexus zeigt sehr viele Aktuell-Werte für Temperatur, relative Feuchte, Windgeschwindigkeit und –richtung und anderes mehr. Außerdem gibt es eine in der Station errechnete Wettervorhersage.

Bild 2: Außenstation mit dem Anemometer, dem Windrichtungszeiger, der Solarzelle und der Antenne für die Übertragung der drei Messwerte auf 433,92 MHz. Im Gehäuse des Anemometers befinden sich der 433,92 MHz Sender und zwei AA-Zellen.

Bild 7(1): Kodierscheibe (befestigt an der Windfahne) für die Erfassung der Windrichtung, angestrahlt von einer LED im schwarzen Bügel (a).

Bild 2a: Regenmesser mit 433,92 MHz Sender im Inneren, versorgt mit zwei AA-Zellen. Durch zyklischen Betrieb des Senders mit großem Duty-Cycle von 183 s ist lange Batteriedauer garantiert.

Bild 7(2): Das Licht der LED wird auf der Seite gegenüber von vier Photodioden empfangen (1), Reed-Relais für Winderfassung (2), Mikrocontroller (3).

Bei der Nexus werden die Sensoraußenwerte über maximal 100 m mittels Funkübertragung im ISM-Band übertragen. An der Hauptstation (Bild 1) erfolgt die Anzeige von Außentemperatur und Außenluftfeuchtigkeit, Regenmenge, Windgeschwindigkeit und Windrichtung, Innentemperatur und Innenluftfeuchtigkeit mit Komfortzone, absoluter und relativer Luftdruck und Vergangenheitswerte der letzten 24 Stunden. Die Außensensoren für Wind und Regen zeigen Bild 2 und 2a.

Über den in der Hauptstation eingebauten Luftdrucksensor und die registrierten Luftdruckschwankungen werden von zwei RISC-Mikrocontrollern eine Wettervorhersage und die Luftdrucktendenz errechnet. Des Weiteren bietet das Gerät eine grafische Darstellung des Verlaufs von Luftdruck, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit für 24 Stunden, die Berechnung von Windchill-Temperatur und Taupunkt, Max-Min-Funktionen und programmierbare Alarmzustände, zum Beispiel Temperaturalarm, Sturmwarnung und so weiter.

Weitere Merkmale sind die DCF-Funkuhr mit verschiedenen Weckalarmen und Snooze-Funktion, Datumsanzeige mit Wochentag (sechs Sprachen), Zeitpunkt für Sonnenauf- und -untergang, Anzeige der aktuellen Mondphase, Datenspeicher für 3000 Wetteraufzeichnungen in der Hauptstation und die LED-Hintergrundbeleuchtung mit Lichtsensor (im Dauerbetrieb mit Netzadapter). Die gesamte Signalaufbereitung und die Rechenarbeit erfolgen mit insgesamt fünf 8-Bit-RISC-Prozessoren.

Die Hauptstation verfügt auch über eine USB-Schnittstelle zu einem PC, für den die passende Auswertungssoftware mitgeliefert wird, mit der beliebig viele Messwerte abgelegt und die Daten weiterverarbeitet werden können. Mehr zum Leistungsumfang nennen die technischen Daten in der Tabelle. Das Innenleben der Hauptstation zeigen die Bilder 3 bis 5.

Bild 3: Oberseite der Mutterplatine der Hauptstaion mit den wesentlichen Funktionskomponenten.S. Best

Bild 4: Unterseite der Mutterplatinen der Hauptstation mit den wesentlichen Funktionskomponenten.S. Best

Funktionseinheiten in Bild 3 sind: (1) Quarze, (2) 3,58 MHZ und 32,768 kHz für System-Control-MCU, (3) Hygrometer, (4) In-/Out-Thermometer/Hygrometer-MCU, (5) 32,768 Quarz, (6) 3,58 MHz Quarz, beide Quarze für Barometer und Weatherstation-MCU, (7) 77,5 kHz Empfänger-Quarz, (8) Sensor für Barometer.

Die Funktionskomponenten bei Bild 4 sind: (1) System-Control-MCU, (2) RCC und Sunrise/Sunset-MCU, (3) Kontakte zur Grafik-LCD, (4) Barometer und Weatherstation-MCU.

Bild 5: Das Innenleben der Hauptstation.S. Best

Wiedergegeben in Bild 6 ist das Blockschaltbild. Die DCF-77 77,5 kHz Empfangseinheit versorgt die Funkuhr. Im Inneren verfügt die Hauptstation über die Sensoren für Innentemperatur und Raumluftfeuchtigkeit, die Werte werden in einer eigenen MCU vom Typ ATtiny 85 verarbeitet. Auf 433,92 MHz arbeitet der vollintegrierte UHF-Empfänger für die Messwerte der Außensensoren. Er empfängt mit einer schwenkbaren 75 mm langen Antenne.

Bild 6: Blockschaltbild der gesamten Elektronik mit zusammen fünf MCUs vom Typ ATTtiny. Die Funkverbindung zu den externen Sensoren erfolgt auf einer gemeinsamen Frequenz, auf 433,92 MHz.TFA Dostmann

Der Hauptcontroller vom Typ ATtiny 85 (8-Bit-AVR-RISC, getaktet mit 3,58 beziehungsweise 6 MHz, Speicher ROM: 12288 x 16 Bit, RAM: 1024 x 4 Bit) errechnet zusammen mit dem zweiten Hauptcontroller, der Barometer- und Weatherstation-MCU (ebenfalls ATtiny mit ROM: 4096 x 16 Bit und RAM: 512 x 4 Bit) Luftdruck- und Luftfeuchtigkeits-Trends, sowie mit der RCC/Sunrise/Sunset-MCU die Mondphasenanzeige und die aktuellen Zeiten des Sonnenauf- und Sonnenuntergangs. In den zwei Hauptcontrollern, die auch die Grafik-LCD ansteuern, speichert die Hauptstation bis zu 3000 Wetterdaten ohne eine Verbindung zu einem PC. Verbindet man sie mittels USB und der beiliegenden Software mit einem Windows-PC, ist es möglich, eine unbegrenzte Anzahl von Wetterdaten anzuzeigen und zu speichern.

Externe Wettersensoren

Die externen Sensoren sind ein Thermo-Hygrometer-Sensor, ein Anemometer (Windgeschwindigkeitsmesser), ein Windrichtungssensor (Bilder 2 und 7) und ein batteriebetriebener Regensensor (Bild 2a). Von einer Solarzelle wird das Anemometer versorgt, zusätzlich gibt es zwei AA-Zellen als Backup. Per Funk (433,92 MHz) werden die Daten aller Außensensoren in bestimmten Zeitabständen (siehe technische Daten) auf die Hauptstation übertragen. An die Station lassen sich bis zu fünf Thermo-Hygrometer-Sensoren über Funk anbinden und ermöglichen so zum Beispiel die Anzeige von Temperatur und Luftfeuchtigkeit fünf verschiedener Orte.

Die Wetterstation Nexus gibt es bei verschiedenen Anbietern wie amazon.de, wettershop.de, wetterladen24.de und weitere zu Preisen ab 160 Euro.