Ausgangssituation
Der Windgeschwindigkeitsmesser und der Windrichtungsanzeiger sind normalerweise das Herz einer Wetterstation. In professionellen Wetterstationen sind diese Sensoren feinmechanische Geräte, die so konstruiert sind, daß sie Wind und Wetter über Jahre überstehen. Dementsprechend ist der Preis normalerweise weit über das Amateurbudget. Aber es gibt auch preiswerte Wetterstationen mit Windmessern aus Kunststoff. Diese funktionieren eigentlich ganz gut, aber insbesondere UV-Strahlung und Kunststoff vertragen sich nicht über viele Jahre. Dazu kommt, daß diese Wetterstationen meist aus China kommen und Modellwechsel fast jährlich passieren. Ersatzteile gibt es eigentlich gar nicht, so daß meistens die „Tonne“ die ungewollte Endstation ist.
Bei meinen verschiedenen Eigenbau-Wetterstationen über die letzten 10 Jahre (WeatherMan 1, 2, 2.1 und jetzt 3) habe ich als Windmesser immer fertige Wetterstationen als preiswerte Windmesser verwendet. Aber die relativ geringe Dauerfestigkeit ist letztendlich unbefriedigend.
Mittlerweile gibt es Windmesser ohne bewegliche Teile. Diese funktionieren nach dem Ultraschallprinzip. Aber ich bin skeptisch, ob diese auch größtenteils aus Kunststoff bestehenden Sensoren lange ihre Funktion erfüllen.
Dazu kommt, daß ich persönlich es ganz schön finde, wenn im Garten oder am Haus der Windmesser als eine Art Windspiel die Aufmerksammkeit der Menschen anspricht. Man sieht selbst ohne Elektronik, ob und wie stark der Wind weht und auch woher der Wind kommt. Deshalb wurde gerade der Gestaltung des Windrades bei diesem WindMesser größere Aufmerksamkeit zuteil, als bei den käuflichen langweiligen „Plastikpropellern“.
So kam der Wunsch nach einer Do it Yourself (DIY)-Lösung auf. Ziel war, soweit das möglich ist, für den Windmesser nur rostfreie Standardteile aus Edelstahl oder Aluminium zu verwenden. Und die Teile, welche notgedrungen noch aus Kunststoff sind, sollten möglichst mit einem 3D-Drucker von jedermann auch später herstellbar sein. Und die Herstellung sollte möglichst mit einer einfachen Werkstatt-Ausstattung möglich sein. Also insgesamt ein ziemlich ansprucsvolles Ziel 😉
Konzept
Man kann Windgeschwindigkeitsmesser und Windrichtungsmesser als separate Sensoren getrennt aufbauen und in einiger Entfernung positionieren. Das ist sicher die einfache Lösung, aber ich wollte einen möglichst kompakten Aufbau. Nach dem Bau verschiedener Prototypen mit verschiedenen Gleitlagern und verschiedenen Leichtlauf-Kugellager usw. entstand die aktuelle Konstruktion. Das nächte Bild zeigtDetails:
- Ganz oben ist die Windfahne, die über eine Welle einen Drehmagneten direkt unterhalb der Platine bewegt. Die Windrichtung wird damit gradgenau gemessen.
- Unter der Windfahne bewegt sich das Windrad mit drei Halbkugeln als Windfang. Das Windrad ist mit zwei leichtgängigen Kugellagern gelagert. Mittels Hallsensor wird die Umdrehungszeit mikrosekundengenau gemessen. Daraus kann dann die Wetterstation die Geschwindigkeit berechnen. und daraus hochgenau die Geschwindigkeit ermitteln.
- Unter dem Windrad ist der Hauptträger, welcher in die große Gehäueshülse eingesteckt ist. Der Haupträger positioniert lagestabil die Platine, welche mit einem programmierten Microcontroller alle Daten zur Windrichtung und Windgeschwindigkeit erfasst.
- Diese Daten werden mit einem seriellen Datentelegramm (9600Bd) an den Controller der Wetterstation zyklisch alle paar Sekunden übertragen. Über nur 3 Verbindungsdrähte (Daten, +5V, GND) erfolgt die Anbindung an die Wetterstation.
Nachbau
Zum einfachen Nachbau wurde ein Bausatz mit nahezu allen Teilen zusammengestellt. Hier die Übersicht der verwendeten Teile. Die unvermeidlichen Kunststoffteile sind mit dem 3D-Drucker aus sog. ASA-Material hergestellt. Dieses Filament ist besonders unempfindlich gegenüber UV-Strahlung und auch robust bei Erwärmung durch die Sonnenstrahlung. Wer die 3D-Teile nachbauen will, der kann sie hier als stl-File runterladen.
Damit der nicht ganz so einfache Zusammenbau auch gelingt, gibt es hier eine umfangreiche Baubeschreibung.
Elektronische Schnittstelle
Das folgende Bild zeigt den Schaltplan der integrierten Platine. Die Sensoren für Umdrehungsgeschwindigkeit und Drehwinkel werden von einem entsprechend programmierten Mikrocontroller Attiny85 ausgewertet. Versorgt wird die Schaltung mit 5V von der Wetterstation. Am Ausgang stehen die Daten als serielles Datentelegramm mit 9600Bd der Wetterstation zur Verfügung.
Wer den WindMesser in Verbindung mit einer eigenen selbstgebauten Wetterstation verwenden möchte, der kann mit den beigefügten Informationen zur seriellen Schnittstelle diese Wetterstation leicht anbinden.
Hier ist die genaue Beschreibung der seriellen Schnittstelle.
… und wo kann man den Bausatz bekommen?
Wer den WindMesser mit einer erprobten Wetterstation verbinden möchte, der kann sie mit dem WeatherMan 3 betreiben und bekommt so eine komfortable moderne und vor allem robuste Wetterstation für den Betrieb mit fast allen Hausautomationssystemen.
Den Bausatz für den WindMesser gibt’s hier …
und den Bausatz für den WeatherMan 3 hier.
