Wie mache ich mein Zuhause smart? – Teil 2

Im zweiten Teil der Serie betrachten wir die Einbindung einer Wetterstation. Welche Kriterien beeinflussen die Wahl einer geeigneten Wetterstation?

(siehe auch:
Wie mache ich mein Zuhause smart? – Teil 1
Entwickeln eines Regensensors – Teil 3)

Wahl Wetterstation

Folgende Bedürfnisse waren bei der Auswahl unserer Wetterstation entscheidend:

1. Die Rollladen und Markisen müssen bei hohen Windgeschwindigkeiten automatisch hochfahren.

Die Zuordnung der Windwiderstandsklassen zur Windgeschwindigkeit ist nach SIA 342 (Raffstoren, Rollläden und Fensterläden) geregelt. Für Rollläden existieren sechs und für Markisen vier Widerstandsklassen. Die Wahl der maximalen Windgeschwindigkeit ist von Hersteller und Montageanordnung abhängig (Exposition, Fläche, Winkel usw.).
Das Sendeintervall der Windgeschwindigkeit muss im Sekundenbereich liegen.

Abbildung 1: oben Beschattung des Oblichts, unten die Markise, rechts der Rollladen

2. Die Beschattungselemente sollten
– bei starker Sonneneinstrahlung ausfahren und
– bei Dunkelheit wieder automatisch einfahren.

Handelsübliche Stationen liefern den Wert als Beleuchtungsstärke in Lux [lm/m²] oder in Solarstrahlung in [W/m²]:
– Die Beleuchtungsstärke ist der Lichtstrom (sichtbares Licht) pro Fläche.
– Die Solarstrahlung ist die Strahlungsleistung der Sonne, die pro Quadratmeter auf die Erde trifft. Die beiden Werte sind nicht direkt vergleichbar.

Helles Sonnenlicht entspricht 136’000 lx (Lux), was eine Leistung von 1’075 W/m² erzeugt. Der Umrechnungsfaktor zwischen Lichtstrom und Leistung pro Quadratmeter beträgt 126,7.

Abbildung 2: Ein Pyranometer dient zur Messung der eintreffenden globalen Sonneneinstrahlung in Watt pro m².

Abbildung 3: Umweltsensoren messen zuverlässig Temperatur, Regen, Wind und die Helligkeit in Lux

Tabelle 1: Standardhelligkeitswerte

3. Die folgenden üblichen Messwerte sind interessant, haben aber keinen Einfluss auf die Automation:

• Aussentemperatur
• Feuchtigkeit
• Aktuelle Regenrate, tägliche Regenmenge
• Windrichtung
• Luftdruck

4. Die Wetterstation muss zwischen dem Daten-Hub und der Station mit einer in der Schweiz erlaubten Frequenz senden. Der Daten-Hub sammelt Daten von Sensoren für den Innen- und Aussenbereich. Einige im Online-Handel erhältliche Produkte senden auf 915 MHz. Diese Frequenz ist in Europa für das Mobilfunknetz reserviert.

5. Ein Zugriff auf den Wetterstations-Hub muss im lokalen Netzwerk erfolgen. Viele Wetterstationen haben ein Sendeintervall von 10 Minuten. Dies ist zu langsam, um einen Schaden an Rollläden und Markisen zu verhindern.

Abbildung 4: Wetterstation im Netzwerk

Die Wetterstation «Davis Vantage Pro2 Gro Weather» erfüllt alle meine Anforderungen:

• Echtzeit-Datenübertragung über UDP in Intervallen von 2,5 Sekunden für Wind- und Regen
• WeatherLink v2 API für den Zugriff auf historische- und aktuelle Daten
• Solarstrahlungssensor

Einbindung ins SmartHome System

Die SmartHome-Zentrale ist ein Raspberry PI mit Node-RED. Steuerungen werden in Node-RED «Flows» genannt und funktionieren hier nach dem Prinzip Eingabe-Verarbeitung-Ausgabe (EVA). Steuerungen lassen sich im Node-RED visuell zusammenklicken.

Abbildung 5: Node-RED Flow der Anbindung der Wetterstation

Mit der WeatherLink v2-API werden die Wetterdaten alle 10 Minuten angefordert. Die Messwerte von Temperaturen und Feuchtigkeit weist man den HomeKit-Sensoren zu. Der nicht für das HomeKit zertifizierte Sensor muss dem Smartphone oder iPad dem Raum zugeordnet werden.

Abbildung 6: Temperaturanzeige auf dem iPad

Die alle 2,5 Sekunden eintreffenden Messwerte für Wind und Regen werden ausgewertet. Bei Windgeschwindigkeiten von über 50 km/h fahren die Rollläden hoch. Bei über 35 km/h die Markisen.

Regenmessung

Die Regenmessung erfolgt nach dem Prinzip der Kippwaage. Der Impuls wird jeweils bei 0,2 mm Regenmenge ausgelöst. Für das Einfahren der Markisen ist das Ereignis zu träge.

Wie wird ein WLAN-fähiger Regensensor entwickelt?

Dies erfährst du im Teil 3 dieser Serie.

Sonnenstrahlung

Die Beschattung des Oblichts fährt automatisch aus, wenn innerhalb eines Abschnitts von 10 Minuten zwei Messwerte über einer Solarstrahlung von 250 W/m² erreicht werden.

Ist der Wert unter 50 W/m², fahren sowohl die Beschattung des Oblichts als auch die Markise wieder ein. Bei Regen, Hagel und hohen Windgeschwindigkeiten fahren beide Beschattungselemente sofort ein.

Diese gewählten Werte haben sich bei mir bis jetzt bestens bewährt.

Abbildung 7: Node-RED Flow Automation

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Links

• Merkblatt über den Einfluss der Windgeschwindigkeiten auf Sonnen- und Wetterschutz-Systeme
• Ambient Weather Support
• Messwerte und Messnetze – MeteoSchweiz (admin.ch)
• Beleuchtungsstärke – Wikipedia
• WeatherLink Developer Portal:
  Introduction | WeatherLink Live Local API
  API Reference – WeatherLink v2 API