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 Beleuchtungsstärke (in lx) und UV-Intensität (in μW/cm²) misst.

Die IoT-Wetterstation basiert auf einer senseBox MCU (siehe Abbildung 1), die im Rahmen eines Verbundprojekts des Instituts für Geoinformatik der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster und der Reedu GmbH & Co. KG, einem Start-Up Spin-Offe aus dem Institut für Geoinformatik, entwickelt wurde und sowohl im Bereich Citizen Science als auch Bildungskontexten zur Anwendung kommt.

Auf den XBEE-Steckplätzen sind zwecks Speicherung und Übertragung 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. Über einen Laderegler ist die Wetterstation an ein Solarpanel angeschlossen, dass diese mit Strom versorgt. Überschüssiger Strom wird in einem Bleiakku gespeichert.

Das Lora-Bee sorgt dafür, dass die mithilfe der Sensoren erfassten Messwerte über das Long Range bzw. Low Power Wide Area Network (kurz: LoRaWAN), einem weltweit verfügbaren und lizenzfrei nutzbaren Kommunikationsnetzwerk, das es ermöglicht geringe Datenmengen mit sehr geringem Stromverbrauch über weite Distanzen zu übermitteln, über 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 über einen iFrame an die Webseite des Permakulturgartens übermittelt 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 Gründen auch immer) nicht über LoRa übertragen werden können, 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 Beleuchtungsstärke (in lx) und UV-Intensität (in μW/cm²)

 

  • 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 können die einzelnen Blöcke in Blockly browserbasiert individuell zusammengesetzt werden. Zur Programmierung braucht es somit lediglich eine (stabile) Internetverbindung. Zusätzliche Software, Updates und/oder Treiber sind nicht notwendig. In Echtzeit werden die verwendeten Bausteine von Blockly automatisch in einen Arduino-Quellcode übersetzt.

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 verfügbar.
  2. Der Permkulturgarten liegt auf einer Streuobstwiese, die nicht eingezäunt, sondern frei zugänglich ist. D.h., dass auch die Messstation frei zugänglich ist.

Im Vorfeld der Installation musste deshalb zunächst geklärt werden,

  1. Wie die senseBox mit Strom versorgt und wie die Daten von der Wetterstation an die Webseite übermittelt 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 für senseBox. Informationen zur visuellen Programmierumgebung Blockly für 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 für Jedermann. Umweltinformationssysteme 2018-Umweltbeobachtung: Nah und Fern. http://ceur-ws.org/Vol-2197/paper2.pdf

Fehrenbach, D.; Pesch, M. (2019). MINT-Toolbox für den Unterricht. Mit Umweltdaten die digitale Bildung verändern. Bildung + Was Lehrer wissen müssen. Friedrich Verlag

 

Autorin: Melanie Lauffenburger

Stand: März 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).

➗Metadaten dieser Lernressource

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