Jak získáváme staniční data?

Už dlouho, dokonce déle než existuje Meteoklub, stojí na zahradě GJŠ Zlín školní meteostanice. Původní klasická bílá budka se zavěšenými senzory vyžadovala ruční zapisování hodnot. Pro tento účel vznikla úplně první verze webu GJŠ Meteo, na které se dlouho dalo prohlížet historické měření.

Po rekonstrukci školní zahrady škola pořídila bezdrátovou meteostanici Oregon Scientific WMR300. Její softwarová podpora ale byla velmi omezená: výrobce dodával pouze program pro Windows, který data jednorázově stáhl a zobrazil v grafech na jediném počítači připojeném přes USB.

WeeWX a Raspberry Pi

Dodávaný software nešel rozumně automatizovat, takže přišel na řadu open source. WMR300 podporoval software WeeWX a po otestování se ukázal jako funkční. Škola následně pořídila Raspberry Pi, které pravidelně stahovalo data do databáze.

Na webu GJŠ Meteo se tak každých deset minut objevovaly aktuální hodnoty. Řešení fungovalo přibližně dva až tři roky, ale s několika výpadky. Konzole například někdy nesmazala vlastní paměť, ta přetekla a přestal proudit nový záznam. Pozdější patch ve WeeWX problém opravil. Časem se ale objevovaly i výpadky údajů o větru, pravděpodobně kvůli kolísající kvalitě rádiového signálu.

Cílem proto bylo dekódovat RF signál přímo ze stanice a obejít přijímací konzoli výrobce. Na digitální zpracování signálu už ale Raspberry Pi výkonově nestačilo.

Průmyslový počítač

Kombinace vyšších nároků, požadavku na stabilitu a výhodného inzerátu vedla ke staršímu průmyslovému počítači. Doplnil jsem jej o televizní dongle s čipem použitelným jako RTL-SDR a do mini PCIe slotu osadil LoRa koncentrátor MikroTik R11e-LR8 pro pásmo 868 MHz.

Skříň už měla dva SMA konektory původně určené pro Wi-Fi, takže je šlo využít pro antény SDR a LoRa. Koncentrátor komunikuje přes USB piny v mini PCIe konektoru a nahradil nepotřebnou Wi-Fi kartu; síťové připojení zajišťuje Ethernet.

SDR modul byl méně elegantní. Kompatibilní USB televizní dongle jsem připojil přímo k internímu USB portu a mechanicky zajistil tavným lepidlem.

Přímý příjem přes SDR

Systém stále průběžně čte původní konzoli a data archivuje. Jako záložní zdroj zároveň slouží vlastní algoritmus, který dekóduje pakety zachycené pomocí SDR přímo ze stanice. V době vydání původního článku byl dekodér rozpracovaný a z paketu spolehlivě získával pouze teplotu.

LoRaWAN a The Things Network

LoRa je určená k úspornému přenosu malého množství dat na velkou vzdálenost. U meteostanice počítáme s budoucími bezdrátovými senzory komunikujícími přes LoRaWAN.

Koncentrátor už ale funguje jako brána komunitní sítě The Things Network. Přijaté LoRa pakety předává do TTN, čímž rozšiřuje pokrytí části Zlína. Zároveň dává studentům gymnázia jednoduchou cestu pro experimenty s vlastními IoT zařízeními.

Provoz ve škole

Celé zařízení běží v environmentální učebně GJŠ Zlín, která je nejblíže venkovní meteostanici. Při vydání článku mělo za sebou první dva měsíce nepřetržitého provozu bez výpadku.