Für die Wetterstation wird eine Kombination aus fertigen Komponenten und selbst gebauten Schaltungen angewandt. Die Fertigmodule sind billiger und leichter zu verbauen, als Eigenbauschaltungen. Es wurde Wert auf ein kompaktes Design und ein wetterfestes Gehäuse gelegt, da die Wetterstation in der unmittelbaren Nähe des Wettersensors KS300 im Freien installiert werden muss. Die Leiterplatte wurde im Prototypenservice von PCB-Pool gefertigt und ist daher relativ teuer. Diese Anleitung beschreibt die Hardware Version 1.00.

Stückliste

Die Stückliste (Stand 3.2.2013) soll als Einkaufsliste dienen und eine Abschätzung der Kosten erlauben:

Nr. Stk. Position Produkt Lieferant E-Preis G-Preis Link
1 1 ARDUINO Arduino Ethernet Rev.3 Element14 61,07 € 61,07 € Link
2 1 --- TP-Link TL-WR702N 150Mbps Wireless N Nano Router 802.11b/g/n Amazon 19,95 € 19,95 € Link
3 1 --- RJ45-Patchkabel 0,25m, superflach (Fa. BIGTech) Amazon 2,80 2,80 € Link
4 1 PCB Doppelseitige Leiterplatte WeatherShield HW-Rev.1.00
Alternativ kann der Aufbau auf einem Rev.3-Protoshield erfolgen.
Conrad ca. 25 € ca. 25 € ---
5 1 FS20WUE ELV-Wetterdatenempfänger FS20WUE (Bausatz) ELV 14,95 € 14,95 € Link
6 1 BMP085 Luftdrucksensor Bosch BMP085 Breakout-Modul (Bausatz) Physical Computing 16,90 €  16,90 €  Link
7 1 LDR Hygrosens Lichtfühler, wetterfest Reichelt 11,50 €  11,50 €  Link
8 1 KTY81 Temperatursensor KTY81-110 Reichelt 0,60 €  0,60 €  Link
9 IC1 DC/DC-Wandler - Innoline R-78E5.0-0.5 Recom International R-78E5.0-0.5 Gehäuseart SIP-3 Ausgangsspannung 5 V/DC Ausgangs Conrad 2,96 € 2,96 € Link
10 2 T1, T2 Logiclevel-MOSFET IRLIZ44N (55V/30A) Reichelt 0,82 € 1,64 € Link
11 3 IC1, T1, T2 Glimmerscheibe für TO220-Gehäuse zur Isolation Reichelt 0,04 € 0,12 € Link
12 1 G1 Gehäuse G258C, IP65, 160 x 80 x 55mm, Deckel klar ELV 12,25 € 12,25 € Link
13 1 G1 PG21-Kabelverschraubung MBF32 Reichelt 0,75 € 0,75 € Link
14 1 G1 Metrische Gegenmutter für MBF 32 Reichelt 0,25 € 0,25 € Link
15 1 G1 Aluplatte 1,5 x 135,0 x 72,0 mm als Heizplatte --- 4,00 €  4,00 €  ---
16 1 G1 Aluplatte 1,5 x 57,0 x 72,0 als Trägerplatte für Router --- 3,00 €  3,00 €  ---
17 8 G1 PB Fastener 10er-Set Abstandsbolzen 5 mm Stahl, verzinkt M3 Conrad 0,25 €  2,00 €  Link
18 4 G1 Distanzhülsen, Metall, 6-Kant, M3, 12mm Reichelt 0,13 € 0,52 € Link
19 4 G1 PB Fastener 10er-Set Abstandsbolzen 20 mm Stahl, verzinkt M3 Conrad 0,25 €  1,00 €  Link
20 G1 Senkkopfschrauben M3 x 8 mm Conrad 0,06 €  0,24 €  Link
21 8 G1 Senkkopfschrauben M3 x 12 mm Conrad 0,07 € 0,56 € Link
22 1 G1 Selbstklebende Heizfolie 100 x 65 mm, THF 65100, 12V/12W Reichelt 6,75 € 6,75 € Link
23 6 WS Heizwiderstände Regenmesser: 10Watt Drahtwiderstand, Serie RH010 , 10 Ohm Reichelt 2,05 €  12,30 €  Link
               
24 3 K10, K11, K12 Platinensteckverbinder 2-polig, gerade, P 25/2G BR (mit Kabel) Reichelt 0,32 € 0,96 € Link
25 1 K3, K8, K13, K14  PTR Anschlussklemme 2-polig, RM 3,50 Conrad 0,28 € 1,12 € Link
26 1 K4, K5, K6, K7 Stiftleiste 1-reihig, RM2,54, lange Pins, 40-polig Komputer 1,70 € 1,70 € Link
               
27 4 C1, C2, C3, C6 Keramikkondensator 100nF/100V, RM 2,54 Reichelt 0,04 € 0,16 € Link
28 1 C4, C5 Elko radial, 100 uF/25V/RM 2,54 Reichelt 0,04 € 0,08 € Link
29 1 D5 3mm-Leuchtdiode, weiß, superhell Reichelt 0,41 € 0,41 € Link
30 1 D6 3mm-Leuchtdiode, grün, superhell Reichelt 0,37 € 0,37 € Link
31 2 D3, D4 3mm-Leuchtdiode, rot, superhell Reichelt 0,23 € 0,46 € Link
32 2 D1, D2 3mm-Leuchtdiode, blau, superhell Reichelt 0,32 € 0,64 € Link
33 2

R1, R4

Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 180 Ohm Reichelt 0,08 € 0,16 € Link
34 2 R2, R5 Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 10 kOhm Reichelt 0,08 € 0,16 € Link
35 2 R3, R6 Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 3,16 kOhm Reichelt 0,18 € 0,16 € Link
36 2 R7, R8 Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 1 kOhm Reichelt 0,08 € 0,16 € Link
37 1 R9 Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 1,80 kOhm Reichelt 0,08 € 0,08 € Link
38 1 R10 Metallfilm-Widerstand 1%, 1/4W, 2,70 kOhm Reichelt 0,08 € 0,08 € Link
               
39 1 G1 Goobay ECO-friendly Steckernetzteil, 12V, 2250mA, 2,1mm: SNT 2250 12V Reichelt 11,25 € 11,25 € Link
               
40 1 WS Wettersensor KS300-4 Bausatz (Temperatur, Luftfeuchte, Windgeschwindigkeit, Regenmenge) ELV 69,95 € 69,95 € Link
41 --- --- Kleinteile: Anschlußkabel, Kabelbinder, Schrumpfschlauch, Loctite-Schraubensicherung, doppelseitiges Klebeband --- 8,00 € 8,00 € ---
               
        Summe:   266,32 €  

Bei der Berechnung der Kosten sind für den Wettersensor KS300 enthalten. Wenn Innensensoren benötigt werden, schlagen diese mit jeweils 14,95 € zu Buche (max. 8 Stück S300TH möglich).

Eine Vielzahl der Bauelemente kann bei Farnell Element14 bezogen werden. Meldet Euch bei der Website an und checkt die Angebote.

Bestückungsplan

Die Stückliste bezieht sich auf den aufgedruckten Bestückungsplan des WeatherStation-Shields:

Betsückungsplan der WeatherStation

Aufbau der Arduino Hardware

Die Hardware sollte laut nachfolgenden Schritten zusammengebaut werden. Die Verwendung der Leiterplatte empfiehlt sich, aber die WeatherStation kann auch auf einem Lochraster-Board aufgebaut werden.

Arduino Ethernet Rev. 3 Bestückungsseite

 

 

 

Zum Einsatz kommt das Original Arduino-Ethernet-Board der Version 3. Hier der Blick auf die Bestückungsseite. Hier sind keine Modifikationen notwendig.

Arduino Ethernet Rev. 3 Lötseite

 

 

 

Die Lötseite des Arduino-Ethernet mit dem Aufkleber für die MAC-Adresse des Netzwerkanschlusses. Diese MAC-Adress bitte vor dem Einbau notieren, sie muss später ins Arduino-Programm eingegeben werden.

WeatherStation Rev. 1.00 PCB Bestückungsseite

 

 

 

Die Leiterplatte der WeatherStation 1.00 ist als Shield für Arduino-Version 3 ausgeführt und passt direkt auf das Arduino Ethernet Board.

WeatherStation Rev. 1.00 PCB Lötseite

 

 

 

Die Leiterbahnseite der WeatherStation in jungfräulichem Zustand.

Barometer BMP85

 

 

 

Zuerst wird das BMP085-Breakout mit einer kurzen, sechspoligen Steckerleiste bestückt (Pins nach unten).

Bestückung der TO220-Bauteile

 

 

Das BMP085-Breakout wird auf der Leiterplatte festgelötet. Anschliessend montiert man die beiden MOSFET's IRLIZ44N.

Messing-Kühlkörper

 

 

Änderung: Im realen Betrieb wird durch die Wärmeabgabe des Spannungsreglers 7805 das WS-Gehäuse etwa 20°C heisser als die Außenumgebung. Im Winter ist das toll, aber nicht im Sommer! Ich empfehle deshalb, keinen 7805 einzubauen sondern einen DC/DC-Wandler.

Die Messingplatte als Kühlkörper wird nicht benötigt, wenn der DC/DC-Wandler eingesetzt wird. Dieser ist pinkompatibel zum 7805-Regler. Mit dem neuen Wandler gibt es nur noch eine Erhöhung um 10°C gegenüber der Außenluft und die Überhitzungsgefahr im Sommer ist gebannt.

Alternativer Spannungsregler

 

 

 

 

Statt dem 7805-Längsregler, welcher 4Watt Verlustwärme erzeugt, kann auch ein pinkompatibler DC-DC-Schaltregler eingesetzt werden, welcher nur eine minimale Verlustleistung hat: SIP 3 Recom International R-785.0-0.5

Eingebauter DC-DC-Wandler

 

 

 

 

Der DC/DC-Wandler wird an Stelle des 7805 eingelötet. Ich hatte von vorherigen Versuchen noch einen Messingkühlkörper eingebaut, den ich nicht entfernt habe. Damit der Wandler besser hält, kann er mit 2-Komponentenkleber fixiert werden.

Steckerleisten mit langen Pins

 

 

 

Das WeatherStation-Shield wird mit Stiftleisten mit langen Pins montiert. Die normalen, kurzen Stiftleisten ragen nicht weit genug in die Buchse des Arduino Ethernet hinein, weil dessen LAN-Buchse sehr hoch ist. Aus dieser 40-poligen Leiste kann man die benötigten Stiftleisten abbrechen.

Steckerleisten einlöten

 

 

 

Die Seitenansicht des bisherigen Baufortschritts.

Kondensatoren einbauen

 

 

 

Jetzt werden die vier Keramikkondensatoren (hellbraun) 100nF und die beiden Elkos 100uF (auf Polung achten!) eingelötet.

Widerstände einbauen

 

 

 

Klemmenblöcke, Stiftleisten, Leuchtdioden und Widerstände werden jetzt eingelötet. Die Drähte der Widerstände müssen direkt am Gehäuse abgewinkelt werden, weil sie in das Rastermaß 7,62mm passen sollen.

Modifizierte Stiftleiste für FS20WUE

 

 

Der ELV-Funkempfänger FS20WUE wird nun eingebaut. Beim Layouten ist mir leider die eine Steckerleiste verrutscht, weshalb jetzt der Abstand der Stifleisten zu klein ist. Abhilfe: Links im Bild ist eine normale 4-polige Steckerleiste einzustecken (noch nicht einlöten!), während rechts im Bild eine Spezialkonstruktion eingesteckt wird (noch nicht einlöten!). Ich habe eine 90°-Steckerleiste mit der Flachzange nochmals Z-förmig abgewinkelt, jetzt passt der Lochabstand wieder.

Modifizierte Stiftleiste für FS20WUE

 

 

 

Hier noch ein Blick auf die selbstgebogene Stiftleiste.

Gerade Stiftleiste für FS20WUE

 

 

 

Ein Blick auf die zweite, normale Stiftleiste.

FS20WUE mit Abstandshaltern

 

 

 

Das CPU-Board der FS20WUE wird auf die Stiftleisten aufgesteckt und mit diesen verlötet. Anschliessend habe ich drei LED-Abstandshalter mit 5mm Höhe mit Zweikomponentenkleber aufgeklebt, damit die Transceiverplatine sauber gestützt wird.

FS20WUE Transceiver montieren

 

 

 

Die Transceiverplatine ebenfalls mit Zweikomponentenkleber auf die Abstandshalter kleben und warten bis alles durchgehärtet ist (5 Minuten). Anschliessend werden die beiden FS20WUE-Platinen mit 4 Einzel-Pins einer Stiftleiste untereinander verlötet. Jetzt hat man eine stabile Einheit.

FS20WUE Transceiver montieren

 

 

 

Hier sieht man die vier eingelöteten Stifte. Diese Lösung ist deutlich stabiler, als die von ELV vorgeschlagene Befestigung, welche ausschließlich die Lötstifte verwendet.

FS20WUE Transceiver montieren

 

 

 

Ein Blick auf das fertig montierte Board. Die Stiftleisten zum Arduino-Ethernet habe ich mit dem Seitenschneider alle etwa 2mm gekürzt. Jetzt sind Board und Shield im richtigen Abstand.

 

WeatherStation

Alles ist fertig für die Inbetriebnahme. Rechts im Bild sieht man einen LDR und einen KTY87 auf Buchsenleisten für erste Tests.

Änderung: Die von ELV mitgelieferte Lamda/4-Drahtantenne (82mm) ist etwas zu unempfindlich. Statt dessen habe ich eine Lamda/2-Antenne (164mm) eingelötet und die Reichweite hat sich erhöht!

Jetzt muss noch der Wettersensor KS300 modifiziert werden.