IoT Wetterstation

Im Permakulturgarten am Campus Riedberg ist eine senseBox installiert, die1 als IoT-Wetterstation in Intervallen von 10 min die Temperatur (in ┬░C), den Luftdruck (in hPa), die relative Luftfeuchte (in %), die Beleuchtungsst├Ąrke (in lx) und UV-Intensit├Ąt (in ╬╝W/cm┬▓) misst.

Die IoT-Wetterstation basiert auf einer senseBox MCU (siehe Abbildung 1), die im Rahmen eines Verbundprojekts des Instituts f├╝r Geoinformatik der Westf├Ąlischen Wilhelms-Universit├Ąt M├╝nster und der Reedu GmbH & Co. KG, einem Start-Up Spin-Offe aus dem Institut f├╝r Geoinformatik, entwickelt wurde und sowohl im Bereich Citizen Science als auch Bildungskontexten zur Anwendung kommt.

Auf den XBEE-Steckpl├Ątzen sind zwecks Speicherung und ├ťbertragung der Messwerte ein Lora-Bee und ein SD-Bee angebracht. An den Wire-Ports sind mithilfe von JST-JST-Kabeln die drei Sensoren HDC 1080, DPS310 und TSL45315 bzw. VEML6070 angeschlossen. ├ťber einen Laderegler ist die Wetterstation an ein Solarpanel angeschlossen, dass diese mit Strom versorgt. ├ťbersch├╝ssiger Strom wird in einem Bleiakku gespeichert.

Das Lora-Bee sorgt daf├╝r, dass die mithilfe der Sensoren erfassten Messwerte ├╝ber das Long Range bzw. Low Power Wide Area Network (kurz: LoRaWAN), einem weltweit verf├╝gbaren und lizenzfrei nutzbaren Kommunikationsnetzwerk, das es erm├Âglicht geringe Datenmengen mit sehr geringem Stromverbrauch ├╝ber weite Distanzen zu ├╝bermitteln, ├╝ber ein Gateway am Riedberg durch das TheThingsNetwork (kurz: TTN) ins Internet of Things (kurz: IoT) und von dort zur openSenseMap zu routen. Von dort wiederum werden die Messwerte ├╝ber einen iFrame an die Webseite des Permakulturgartens ├╝bermittelt und dort abgebildet (siehe rechte Seite).

Parallel dazu werden die Werte in einer CSV-Datei auf der im SD-Bee angebrachten microSD-Karte gespeichert. Sollten die Daten (aus welchen Gr├╝nden auch immer) nicht ├╝ber LoRa ├╝bertragen werden k├Ânnen, ist damit sichergestellt, dass die Messwerte nicht verloren gehen, sondern auf der SD-Karte gesichert werden.

 

  • Der HDC 1080-Sensor (siehe Abbildung 2) misst Temperatur (in ┬░C) und relative Luftfeuchte (in %).

 

  • Die Sensoren TSL45315 und VEML6070 (siehe Abbildung 3) messen die Beleuchtungsst├Ąrke (in lx) und UV-Intensit├Ąt (in ╬╝W/cm┬▓)

 

  • Der DPS310-Sensor (siehe Abbildung 4) misst Luftdruck (in hPa) und Temperatur (in ┬░C)..

 

 

Programmierung der senseBox

Die Abbildung zeigt einen Screenshot des mittels Blocky programmierten Codes der senseBox.
Abbildung 5: Blocky-Sketch (Screenshot)

Die Programmierung der senseBox wurde mit Blockly, einer Umgebung zur graphischen Progammierung im Baukastenprinzip realisiert (siehe Abbildung 5). Per Drag & Drop k├Ânnen die einzelnen Bl├Âcke in Blockly browserbasiert individuell zusammengesetzt werden. Zur Programmierung braucht es somit lediglich eine (stabile) Internetverbindung. Zus├Ątzliche Software, Updates und/oder Treiber sind nicht notwendig. In Echtzeit werden die verwendeten Bausteine von Blockly automatisch in einen Arduino-Quellcode ├╝bersetzt.

Im Setup zu Beginn des Sketchs wird Lora initialisiert. In der darauffolgenden Endlosschleife, die den Namen nach immer und immer wieder wiederholt wird, bekommt die senseBox mitgeteilt, dass sie die mithilfe der Sensoren erfassten Werte in einer CSV-Datei auf der SD-Karte speichern soll und diese parallel dazu als Cayenne-Nachricht an das TTN geschickt werden sollen.

 

Installation der IoT-Wetterstation

In der Installation der IoT-Wetterstation galt es mit den zwei Herausforderungen umzugehen:

  1. Im Permakulturgarten ist weder Strom noch Uni-WLAN verf├╝gbar.
  2. Der Permkulturgarten liegt auf einer Streuobstwiese, die nicht eingez├Ąunt, sondern frei zug├Ąnglich ist. D.h., dass auch die Messstation frei zug├Ąnglich ist.

Im Vorfeld der Installation musste deshalb zun├Ąchst gekl├Ąrt werden,

  1. Wie die senseBox mit Strom versorgt und wie die Daten von der Wetterstation an die Webseite ├╝bermittelt werden und
  2. Wie die senseBox vandalismus- und diebstahlsicher, d.h. so, sodass sie messen, nicht aber entwendet werden kann, installiert werden kann.

 

Basisliteratur

Bartoschek, T.; Fehrenbach, D.; Fehrenbach, J.; Pesch, M.; Steinmann, L. (2019). Das senseBox-Buch. dpunkt.verlag.

senseBox (2023). Blockly f├╝r senseBox. Informationen zur visuellen Programmierumgebung Blockly f├╝r senseBox. (09.02.2023). https://docs.sensebox.de/category/blockly/

senseBox (2023). senseBox Bauteile. (09.02.2023). https://sensebox.de/de/products-parts.html

 

Wissenschaftliche Literatur

Bartoscheck, T. (2019). Citizen Science mit Sensoren und Offenen Umweltdaten. gis.business 01/2019. S. 41-42.

Bartoscheck, T.; Wirwahn, J.; Pesch, M. (2018). senseBox und openSenseMap: Umweltmonitoring f├╝r Jedermann. Umweltinformationssysteme 2018-Umweltbeobachtung: Nah und Fern. http://ceur-ws.org/Vol-2197/paper2.pdf

Fehrenbach, D.; Pesch, M. (2019). MINT-Toolbox f├╝r den Unterricht. Mit Umweltdaten die digitale Bildung ver├Ąndern. Bildung + Was Lehrer wissen m├╝ssen. Friedrich Verlag

 

Autorin: Melanie Lauffenburger

Stand: M├Ąrz 2023

1ACHTUNG: Die Installation der Box wurde am 09.02.2023 11 Uhr abgeschlossen. Die bis dahin abgebildeten Messwerte wurden zu Testzwecken erfasst (Stand: 09.02.2023).

Ô׌Metadaten dieser Lernressource

Falls nicht anders gekennzeichnet, sind die Inhalte der Webrepr├Ąsentation des Permakulturgartens am Uni Campus Riedberg unter CC BY-SA 4.0-Lizenz ver├Âffentlicht.