Die Windrichtung wird mit einer Windfahne in 0-360° gemessen. Die Windrichtung ist die Richtung, aus welcher der Wind weht. Sie wird bestimmt nach dem Polarwinkel (Azimut). Zur Richtungsangabe benutzt man die 360 Grad Skala des Kreises. Alle Richtungsangaben in Grad sind rechtweisend auf geographisch Nord bezogen, d.h. Ost = 90 Grad, Süd = 180 Grad, West=270 Grad und Nord=360 Grad. Die Windrichtung wird für bestimmte Belange aber auch nach der Himmelsrichtung in einer Teilung von 8, 16 oder 32 Sektoren für den Horizontalkreis bezeichnet. Es ist heute überwiegend die Bezeichnung nach der 8-teiligen Windrose in Gebrauch (Nordost, Ost, Südost, Süd, Südwest, West, Nordwest, Nord). Dabei werden in der Praxis häufig die aus der englischen Sprache kommenden Buchstabenabkürzungen verwendet (NE, E, SE, S, SW, W, NW, N).¹⁾

Abbildung: Windrose, © https://www.dwd.de/

Im Smarthome spielt die Windrichtung eher eine untergeordnete Rolle. Wer aber eine Wetterstation bauen möchte, um Wetterdaten allgemein zu erfassen, kommt um die Aufzeichnung der Windrichtung nicht herum.

In dieser Anleitung verwenden wir eine hochwertige Windfahne des Herstellers Renke (Vertrieb über ComWinTop). Solltet ihr eine kostengünstige Variante suchen, findet ihr diese hier: 6b. Windrichtung (kostengünstige Alternative). Die genaue Bezeichnung ist: CWT-SWD-A-8-V5

Datenblatt: http://www.comwintop.com/index.php?s=index/category/index&id=144

Hersteller: https://www.renkeer.com/product/aluminum-wind-direction-sensor/

Die Verarbeitung ist aus meiner Sicht sehr hochwertig, die Platine ist mit Schutzlack gegen Wettereinflüsse geschützt, sowohl im Gehäuse als auch im Stecker ist eine O-Ring-Dichtung eingesetzt, sodass der Sensor komplett gegen Nässe geschützt ist. Der Sensor gibt eine Spannung zwischen 0-5V ais, je eine Spannung für die 8 Positionen (NE, E, SE, S, SW, W, NW, N). Da der Raspberry nur eine Spannung von 3.3V verträgt, haben wir auf der Hauptplatine einen entsprechenden Spannungsteiler verbaut. Theoretisch könnte man mit der 0-5V für 0-360° eine noch höhere Genauigkeit erzielen, die Erfahrung zeigt aber, dass die Windrichtung so oder so gemittelt werden muss. Daher reicht uns hier die Genauigkeit der 8 Positionen NE, E, SE, S, SW, W, NW, N aus. Der Winkel des Schaufelrades wird über einen sogenannten Hall Winkelsensor ermittelt. Dazu sitzt auf der Achse ein Magnet, welcher sich über dem Winkelsensor IC befindet. Das IC gibt dann entsprechend der Richtung des Magnetfelds des Winkel aus.

Es ist kein separates Gehäuse notwendig.

Der Sensor wird mit den schon bekannten Rohrschellen am Halterungssystem befestigt. Dazu wird eine "Bodenplatte" mit Durchmesser 90mm aus einer Plexiglasscheibe geschnitten. Das funktioniert sehr einfach mit einem passenden Kreisbohrer. Das 10mm Mittelloch des Kreisbohrers dient gleich der Befestigungsschraube der Rohrschelle. Auf diese Platte wird dann der Windsensor geschraubt.

Mit etwas "sanfter Gewalt" bekommt man den großen Zwischenstecker noch mit in das Gehäuse des Windsensors gequetscht. Das Kabel des Windsensors (Kabel 7) wird dann durch das Halterungssystem zum Solarstrahlungssensor geführt, wo es im Gehäuse mit angeschlossen wird.

Der Sensor hat einen Markierungspfeil, der exakt nach Norden ausgerichtet werden muss. Dreht den Sensor entsprechend (ihr braucht einen Kompass oder ein Smartphone zur Hilfe) und arretiert ihn anschließend, sodass er sich nicht mehr verdrehen kann.

Der Sensor wird an Ausgang A2 des Analog-Digital-Wandler ADS1115 über einen Spannungsteiler angeschlossen. Der Spannungsteiler besteht aus einem 5,6kOhm und 10 kOhm Widerstand. Hier zunächst zur Übersicht auf dem Breadboard:

Angeschlossen wird er dann im Gehäuse des Solarstrahlungssensors auf der Platine:

Kabelbelegung Kabel 7 zum Windrichtungssensor:

Anschluss Kabel 7 an der unteren 4er Klemmleiste Links (12V):

1. Braun

Anschluss Kabel 7 an der unteren 4er Klemmleiste Mitte (GND):

1. Schwarz
2. Gelb

Anschluss Kabel 7 an der 3er Klemmleiste Oben:

1. Blau

Der Sensor gibt je nach Stellung der Windfahne eine analoge Spannung aus. Diese rechnen wir später in die korrekte Himmelsrichtung um. Folgende Spannungen habe ich am ADS1115 gemessen - leichte Schwankungen auf Grund unterschiedlicher Verluste sind normal:

Der Sensor wird über ein Sensormodul ads1x15 eingebunden, unter dem dann 1 Sensor Input für die Windrichtung angelegt wird. Das gleiche Modul nutzen wir später noch für 2 weitere Sensor Inputs für den Dämmerungssensor und den UV-Sensor. Es muss nur einmal für alle 3 Sensoren angelegt werden!

• Name: ads1115_1
• Chip Address: 0x48
• Type: ADS1115
• Pins: Pin 0, Pin 1, Pin 2
• Gain: 1

• Name: winddir
• Type: Voltage
• Pin: Pin 2
• Polling Intervall: 5