Úvod

Meteostanice – hlavní jednotka, senzory, přesnost dat, napájení apod. včetně návrhu zapojení jednotlivých prvků a vytvoření webového rozhraní je mým amatérským projektem, kterému se věnuji od roku 2020. Postupem času prošly jednotlivé části meteostanice částečnou nebo kompletní obměnou, v plánu jsou neustále nějaká vylepšení. Díky těmto úpravám jsou získávané hodnoty stále více stabilní, meteostanice nemá (až na výjimky) výpadky a sám ji považuji jako dobrý zdroj informací o aktuálním počasí.

Meteostanice je umístěna v obci Tvarožná ve 260 m n. m. na zahradě rodinného domu. V lokalitě je množství rodinných domů se zahradami, okolí meteostanice v okruhu nad 50 m je víceméně zastavěno. Pro samotné umístění meteostanice bylo vybráno místo, které je v rámci možností co nejméně ovlivněno okolím. Senzory jsou umístěny v cca 150 cm nad udržovanou travnatou plochou, nejbližší stavba (dům) je 7 metrů od stanice. Místo je většinu dne na slunci (senzory chrání radiační štít). Rychlost větru je měřena anemometrem v nejvyšším bodě sedlové střechu domu v cca 7,5 m nad zemí.

V hlavní elektroinstalační krabici je umístěna hlavní jednotka – jednodeskový počítač Raspberry Pi, ze kterého jsou rozvedeny větvě napájecího napětí 5 V a 3,3 V pro jednotlivé senzory. Ve spodní části krabice jsou umístěny vstupy pro vodiče senzorů, napájení a UTP kabel. Meteostanice sbírá data z připojených senzorů ve většině případů v minutovém intervalu. Data jsou odesílána přes ethernetový kabel na můj vlastní server. Součástí hlavní jednotky je záložní zdroj napájení, který je schopen v případě výpadku elektřiny udržet meteostanici v provozu po dobu až 24 hodin. Meteostanice je odolná vůči výpadku internetového připojení, v takovém případě data sbírá do lokální paměti a po obnovení připojení je odesílá na server.

Teplota a vlhkost vzduchu jsou měřeny ve 150 cm nad zemí nad travnatou plochou. K měření je využit kombinovaný senzor teploty a vlhkosti vzduchu Sensirion SHT35 s přesností 0,2 °C. Senzor je připojen na sběrnici I2C. Pro ochranu před nežádoucím tepelným zářením a povětrnostními vlivy (přímý sluneční svit, déšť, vítr apod.) je senzor umístěn v radiačním štítu Comet F8900. Radiační štít je nepřetržitě aktivně ventilován vestavěným ventilátorem.

Z teploty a vlhkosti vzduchu je průběžně vypočítáván rosný bod podle vzorce t = (243.5 * log(humidity / 100 * exp((17.67 * temperatureAir) / (243.5 + temperatureAir)))) / (17.67 - log(humidity / 100 * exp((17.67 * temperatureAir) / (243.5 + temperatureAir)))).

V radiačním štítu je také umístěn senzor BMP388 pro měření tlaku vzduchu s přesností 8 Pa. Ten může v případě potřeby sloužit jako záložní pro měření teploty vlhkosti vzduchu, i když ne s takovou přesností. Senzor je připojen na sběrnici I2C. Tlak vzduchu v místě měření je přepočten na tlak vzduchu na hladině moře vzorcem p = p0 / pow(1 - ((0.0065 * h) / (t + (0.0065 * h) + 273.15)), 5.257), kde p je tlak vzduchu na hladině moře, p0 je tlak vzduchu v místě měření, h je nadmořská výška v místě měření, t je aktuální teplota v místě měření.

Na dalším ramenu konstrukce meteostanice je ve 170 cm nad zemí umístěn senzor pro měření intenzity slunečního záření. K měření je využit senzor ML8511, na jehož výstupu je získána intenzita slunečního záření známá jako UV index. Samotný senzor je umístěn na samém konci plastové trubky o průměru 30 mm pod speciálním, křemenným sklem, které propouští širší spektrum záření než běžná skla nebo plasty. Senzor má analogový výstup, který je v hlavní jednotce převeden na danou hodnotu UV indexu.

Na dalším ramenu je ve 160 cm nad zemí nainstalován člunkový srážkoměr TFA 30.3802.02 se záchytnou plochou 182 cm² a s přesností 0,254 mm. Po zaznamenání každých 0,254 mm srážek je tento impulz předán do hlavní jednotky. Pro odfiltrování falešných impulzů (zejm. sekačky na trávu v okolí) spolehlivě slouží 100nF kondenzátor. Dále je ještě možné využít detektor deště, který pouze udává prší/neprší, který v současné době není zapojen (není zapotřebí). Součástí přehledů je porovnání s klimatickým normálem 1991–2020 pro lokalitu Brno-Tuřany.

Mimo hlavní měřicí stanici je umístěn anemometr pro měření rychlosti větru. Ta je měřena v 7,8 m nad zemí, resp. 25 cm nad hřebenem střechy rodinného domu. K měření je využit senzor QS-FS01 s přesností 0,1 m/s. Pro lepší představivost jsou data zobrazována v jednotce km/h. Odečet dat probíhá automaticky každou sekundu. Data jsou zpracována pro zobrazení třech druhů výstupu: 1) průměrná rychlost větru; 2) maximální rychlost větru; 3) maximální náraz větru. Jako náraz větru je uvažováno překročení průměrné rychlosti větru o 5 m/s po dobu nejvýše 20 sekund za posledních 10 minut. Dále platí podmínka, že náraz větru musí být nejméně 12 m/s.

Další informace jsou uvedeny v informačním okně u grafů jednotlivých měřených veličin. Při výrobě meteostanice se inspiruji způsobem měření těchto veličin u ČHMÚ a různými více či méně amatérskými projekty. Pokud byste měli jakýkoliv dotaz, nápad na vylepšení nebo byste stáli o moji radu při výrobě vaší meteostanice, jsem vám k dispozici (v zápatí webu je možnost mě kontaktovat).