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howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:6_wind_direction [2024/09/10 17:07] – Michael Schlenstedthowtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:6_wind_direction [2025/01/02 21:15] (aktuell) – [Software Raspberry] Michael Schlenstedt
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 ====== 6a. Windrichtung ====== ====== 6a. Windrichtung ======
  
-<WRAP center round todo 100%>+===== Hintergrund =====
  
-Under Contruction+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).(( 
 +DWD: [[https://www.dwd.de/DE/service/lexikon/Functions/glossar.html?lv2=100072&lv3=100168]] 
 +))
  
-</WRAP>+{{:howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-180020.png?250}}
  
-===== Hintergrund =====+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.
  
 ===== Einkaufsliste ===== ===== Einkaufsliste =====
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 ^ Komponente ^ Preis ^ Bezugsquelle (Beispiel) ^ ^ Komponente ^ Preis ^ Bezugsquelle (Beispiel) ^
 | (Analog-Digital-Wandler ADS1115 - nur 1x pro Wetterstation für alle Sensoren notwendig!) | (6 EUR) | [[https://www.berrybase.de/ads1115-4-kanal-16-bit-ad-wandler-breakout-board|BerryBase]] | | (Analog-Digital-Wandler ADS1115 - nur 1x pro Wetterstation für alle Sensoren notwendig!) | (6 EUR) | [[https://www.berrybase.de/ads1115-4-kanal-16-bit-ad-wandler-breakout-board|BerryBase]] |
-| ComWinTop Windfahne (Aluminium) - **0-5V Version** | 42 EUR | [[https://www.aliexpress.com/item/1005003778893638.html|AliExpress]] |+| ComWinTop Windfahne (Aluminium) - **0-5V Version, 8 Positionen** - CWT-SWD-A-8-V5 | 42 EUR | [[https://www.aliexpress.com/item/1005003778893638.html|AliExpress]] |
 | Acrylglas weiß 3mm oder 5mm Grundplatte, ca. 90x90mm | 1 EUR | [[https://www.amazon.de/Plexiglas-Acrylplatte-starr-Kunststoff-St%C3%BCck/dp/B0983WLDHW|Amazon]] oder Baumarkt | | Acrylglas weiß 3mm oder 5mm Grundplatte, ca. 90x90mm | 1 EUR | [[https://www.amazon.de/Plexiglas-Acrylplatte-starr-Kunststoff-St%C3%BCck/dp/B0983WLDHW|Amazon]] oder Baumarkt |
-| Rohrschelle 25-28 mm / 3/4" + M8x10mm Senkkopf + Mutter | 1 EUR | [[https://www.amazon.de/dp/B081LH1H4F|Amazon]] oder Baumarkt | +| Rohrschelle 25-28 mm / 3/4" + M8x10mm Senkkopf + Mutter | 2 EUR | [[https://www.amazon.de/dp/B081LH1H4F|Amazon]] oder Baumarkt | 
-| GESAMT | **44 EUR** |   |+| **GESAMT** | **45 EUR** |   |
  
 ===== Sensorauswahl ===== ===== Sensorauswahl =====
 +
 +In dieser Anleitung verwenden wir eine hochwertige Windfahne des Herstellers Renke (Vertrieb über ComWinTop). Solltet ihr eine kostengünstige Variante suchen, findet ihr diese hier: [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:6_wind_direction_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 [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:1_steuerung|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.
 +
 +{{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-181252.png?400}}  {{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-181311.png?225}}  {{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-181349.png?225}}
  
 ===== Gehäuse ===== ===== Gehäuse =====
  
-===== Zusammenbau =====+Es ist kein separates Gehäuse notwendig. 
 + 
 +===== Zusammenbau und Montage ===== 
 + 
 +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. 
 + 
 +{{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-181714.png?400}}  {{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-181650.png?225}} 
 + 
 +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 [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:2_halterungssystem|durch das Halterungssystem]] zum [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:12_solarradiation|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. 
 + 
 +====== Anschluss ====== 
 + 
 +Der Sensor wird an **Ausgang A2** des Analog-Digital-Wandler ADS1115 [[https://www.elektronik-kompendium.de/sites/raspberry-pi/2110091.htm|über einen Spannungsteiler]] angeschlossen. Der Spannungsteiler besteht aus einem 5,6kOhm und 10 kOhm Widerstand. Hier zunächst zur Übersicht auf dem Breadboard: 
 + 
 +{{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241007-070301.png?400}} 
 + 
 +Angeschlossen wird er dann im Gehäuse des [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:12_solarradiation|Solarstrahlungssensors]] auf der Platine: 
 + 
 +{{:howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-173323.png?400}} 
 + 
 +**Kabelbelegung Kabel 7 zum Windrichtungssensor:** 
 + 
 +{{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241005-182005.png?210}} 
 + 
 +Anschluss **Kabel 7** an der unteren 4er Klemmleiste Links (12V): 
 + 
 +  - Braun 
 + 
 +Anschluss **Kabel 7** an der unteren 4er Klemmleiste Mitte (GND): 
 + 
 +  - Schwarz 
 +  - Gelb 
 + 
 +Anschluss **Kabel 7** an der 3er Klemmleiste Oben: 
 + 
 +  - Blau 
 + 
 +===== Software Allgemein ===== 
 + 
 +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 Raspberry (ADS1115) und am ESP32 gemessen - leichte Schwankungen auf Grund unterschiedlicher Verluste sind dabei normal. Und zu beachten ist, dass der ESP32 eine schlechtere Auflösung als der ADS1115 hat und zudem nahe Null nicht messen kann. Das stört uns für unsere Anwendung aber überhaupt nicht. 
 + 
 +^  Himmelsrichtung  |^  Spannung  Raspberry (ADS1115)  ^  Spannung ESP32  ^ 
 +|  N  |  0 / 360°  |  0,007 V  |  0,142 V  | 
 +|  NE  |  45°  |  0,457 V  |  0,479 V  | 
 +|  E  |  90°  |  0,911 V  |  0,916 V  | 
 +|  SE  |  135°  |  1,365 V  |  1,378 V  | 
 +|  S  |  180°  |  1,818 V  |  1,819 V  | 
 +|  SW  |  225°  |  2,271 V  |  2,293 V  | 
 +|  W  |  270°  |  2,725 V  |  2,711 V  | 
 +|  NW  |  315°  |  3,175 V  |  3,134 V  | 
 + 
 +===== Software ESP32 (ESPEasy) ===== 
 + 
 +Der Sensor wird über das Device ''Analog input - internal'' eingebunden. 
 + 
 +== Task Settings: == 
 + 
 +  * Name: ''intanalog_p2'' 
 +  * Enabled: ''Ja'' 
 +  * Analog Pin: ''ADC1 ch0 / GPIO-36'' 
 +  * Attenuation: ''12 dB'' 
 +  * Oversampling: ''Use Current Sample'' 
 +  * Apply Factory Calibration: ''Ja'' 
 +  * Calibration enabled: ''Nein'' 
 +  * Send to Controller 1 (MQTT): ''Ja'' 
 +  * Intervall: ''5'' 
 + 
 +{{:howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20250102-211327.png?400}} 
 + 
 +== Values #1: == 
 + 
 +  * Name: ''winddir'' 
 +  * Formula: ''%value%/1000'' 
 +  * Decimals: ''4'' 
 + 
 +{{:howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20250102-211305.png?500}} 
 + 
 +===== Software Raspberry (Multi-IO Plugin) ===== 
 + 
 +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 [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:11_twilight_sensor|Dämmerungssensor]] und den [[howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:10_uv_sensor|UV-Sensor]]. Es muss nur einmal für alle 3 Sensoren angelegt werden! 
 + 
 +== Sensor Modul: == 
 + 
 +  * Name: ''ads1115_1'' 
 +  * Chip Address: ''0x48'' 
 +  * Type: ''ADS1115'' 
 +  * Pins: ''Pin 0'', ''Pin 1'', ''Pin 2'' 
 +  * Gain: ''1'' 
 + 
 +{{:howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241008-082140.png?400}}
  
-===== Montage und Anschluss =====+== Sensor Input: Windrichtung ==
  
-===== Software =====+  * Name: ''winddir'' 
 +  * Type: ''Voltage'' 
 +  * Pin: ''Pin 2'' 
 +  * Polling Intervall: ''5''
  
-===== LoxoneConfig =====+{{howtos_knowledge_base:loxberry_wetterstation:pasted:20241008-082648.png?400}}