Digitalni vremenar v žepu

Objavljeno: 28.1.2020 | Avtor: Simon Peter Vavpotič | Kategorija: Nasveti | Revija: Februar 2020

Zima je tu, z njo pa sneg, zmrzal, žled, močni vetrovi in druge nevšečnosti. Nanje se lahko pripravimo z (mobilno) vremensko postajo na osnovi pametnega telefona. Je dovolj z interneta naložiti ustrezno aplikacijo ali potrebujemo tudi dodatne merilnike?

Večina pametnih telefonov ima prednaložene vremenske aplikacije, ki sproti prikazujejo aktualne vremenske podatke s spleta, če jim dovolimo uporabljati tipalo GPS ali če ime kraja vnesemo ročno. Prek interneta ali Wi-Fi lahko dostopamo tudi do svežih vremenskih podatkov na javnih spletnih portalih. A med plovbo po morju, v hribih in na drugih odmaknjenih krajih ter ob naravnih katastrofah se na tovrstne rešitve, ki sicer odlično delujejo v mestnih središčih, ne moremo zanesti. Vremenske postaje so na odmaknjenih krajih redke, hkrati pametni telefon tam pogosto nima dostopa do interneta. Lastna miniaturna vremenska postaja je tako več kot dobrodošla jadralcem, pohodnikom in gorskim kolesarjem kot tudi pomorščakom, reševalcem, lovcem, kmetovalcem, gasilcem, policistom in vojakom.

Vrste in tipi vremenskih postaj

Medtem ko enostavne vremenske postaje merijo zgolj temperaturo, relativno vlago zraka in zračni tlak v prostoru, so za polne vremenske postaje obvezne še vsaj meritve zunanje temperature, hitrosti vetra in količine padavin. Nekatere vremenske postaje merijo tudi raven osvetlitve, količine različnih plinov v zraku (predvsem ogljikovega dioksida, lahko pa tudi strupenih ogljikovega monoksida ter žveplovih in dušikovih spojin) ter raven hrupa, ki smo mu najbolj izpostavljeni v mestnih središčih. Veliko vremenskih postaj ima vgrajene tudi sprejemnike za radijski signal DCF-77, ki omogoča točno merjenje časa tudi brez povezave z internetom.

Predvsem v zmogljivejše ročne vremenske postaje proizvajalci poleg osnovnih funkcionalnosti vgrajujejo tudi namenske za kmetijstvo ali balistiko (lovstvo, varnost itn). Vsekakor je temu primerna tudi cena. Po drugi strani sobne vremenske postaja pogosto delujejo tudi kot povezovalni moduli za sprejem signala zunanjih vremenskih postaj. Večina priznanih proizvajalcev še vedno raje uporablja lastniške brezžične komunikacijske standarde kot Wi-Fi, s čimer tudi lažje zagotavljajo varnost (kodiranih) komunikacij.

Po drugi strani si lahko za domačo rabo omislimo tudi zmogljivejše vremenske postaje z upravljanjem prek pametnega telefona, osebnega računalnika ali druge računalniške naprave z lastnim prikazovalnikom in možnostjo vnosa podatkov. Meritve iz domače vremenske postaje lahko prek internetnih podomrežij za spremljanje in napovedovanje vremena delimo z tudi drugimi uporabniki ali pa jih, denimo, samodejno objavljamo na Twitterju.

Aplikacijska podpora za vgrajena tipala

Pametni telefoni združujejo iz leta v leto več tipal, med katerimi so v najzmogljivejših modelih merilniki temperature, relativne zračne vlage, zračnega tlaka in osvetlitve. Za funkcionalnost polne vremenske postaje tako potrebujemo še miniaturna merilnika hitrosti vetra in količine padavin, saj ju proizvajalci ne morejo elegantno vgraditi o ohišja pametnih telefonov. Ti imajo sicer poleg naštetih vgrajena še nekatera druga tipala, kot sta merilnika pospeška (akcelerometer) in sprejemnik signala GPS, ki jih lahko s pridom izkoristimo pri spremljanju in analizi vremena med gibanjem vozila ali plovila.

Prikaz izmerjenih vrednosti z vgrajenimi tipali pametnega telefona z aplikacijo WX Weather Station.

Katera tipala so že vgrajena v pametni telefon, lahko preverimo z zastonjsko vremensko aplikacijo WX Weather Station, ki jo lahko prenesemo iz spletne trgovine Google Play ali z drugih spletnih strani s programskimi aplikacijami za operacijska sistema iOS in Android. Aplikacija se poskuša povezati s tipali za osvetlitev, zračni tlak, relativno začno vlago, temperaturo zraka, sprejemnikom GPS, z merilnikom hitrosti in smer vetra, merilnikom količine padavin itn. Dostopnost podatkov je odvisna predvsem od v pametni telefon vgrajenih tipal. Pri sprejemu signala GPS se moramo obenem gibati na prostem, saj je v zidanih stavbah navadno sprejem preslab.

Vsekakor opozorimo, da se splača tovrstne vremenske aplikacije preizkusiti tudi brez internetne povezave, saj lahko le tako z gotovostjo ugotovimo, katere podatke črpajo neposredno iz tipal pametnega telefona in nanj priključenih dodatkov ter kateri niso na voljo med brez internetne povezave. Kljub temu ni zagotovila, da bo aplikacija znala pravilno komunicirati z vsemi tipali pametnega telefona.

Vtični in brezžični merilniki vremena

Osnovna naloga dodatnega vremenskega modula za pametni telefon je zagotoviti manjkajoča tipala do polne funkcionalnosti vremenske postaje, predvsem merilnik hitrosti vetra. Zmogljivejši vmesniški moduli so že prave miniaturne vremenske postaje, a so namenjeni predvsem starejšim pametnim telefonom brez tipal za zračni tlak, zunanjo temperaturo in relativno vlažnost zraka pa tudi vsem tistim uporabnikom, ki potrebujejo natančnejše in točnejše meritve.

Priključni modul s funkcionalnostjo vremenske postaje, Shaka Weather Station.

Večina enostavnih vtičnih vremenskih modulov, kot je Shaka Wind Meter (www.shakaon.net), meri le smer in hitrost vetra, medtem ko nekoliko dražji Shaka Weather Station, istega proizvajalca, v majhnem ohišju združuje še tipala za temperaturo in vlažnost zraka ter zračni tlak. Napaka meritev je sorazmerno majhna in znaša pri merjenju hitrosti vetra +/– 3 %, pri merjenju temperature +/– 1 °C (merilno območje je med –20 in 60 °C pri natančnosti merjenja 0,1 °C), pri merjenju relativni vlažnosti zraka pa +/– 4 hPa (oz. mBare). Spremljajoča programska oprema za operacijska sistema iOS in Android omogoča tudi posredovanje izmerjenih podatkov v proizvajalčevo internetno podomrežje za izmenjavo vremenskih podatkov. Aplikacija estonskega proizvajalca vtičnih modulov Shaka zna vreme tudi napovedovati. Stala naj bi okoli 100 USD.

Kje kupiti?

Čeprav priklopni dodatki za pametne telefone, ki jih povežemo prek avdio priključka, navadno ne potrebujejo lastnega napajanja, je za veliko proizvajalcev še vedno prikladnejša rešitev komunikacija prek brezžičnih povezav, pri katerih prednjači bluetooth, saj lažje zagotovijo združljivost s pametnimi telefoni različnih proizvajalcev. Zanimivo pa je, da lahko nekatere tovrstne dodatke pritrdimo na pametni telefon.

Dodatke za pametne telefone in samostojne vremenske postaje z upravljanjem prek pametnega telefona ali računalnika lahko kupimo v spletnih trgovinah proizvajalcev pa tudi v največjih svetovnih spletnih trgovinah, kot sta amazon.com in ebay.com. Tudi v večjih slovenskih spletnih trgovinah vremenskih postaj ne manjka, zato pa so cene nemalokrat zasoljene z visokimi maržami in uvoznimi dajatvami. Tako bomo lahko za enako vremensko postajo odšteli tudi dvakrat več, kot bi v ZDA. Ob morebitnem spletnem naročilu čez »lužo« bodimo pozorni na poštne stroške in morebitne carinske dajatve …

Tudi SMARTHY (www.tfa-dostmann.de) s pametnim telefonom povežemo prek avdio priključka in zato ne potrebuje lastnega napajanja. Združuje merilnika temperature in relativne vlažnosti zraka in tehta vsega 7 gramov. Temperaturo lahko merimo med –20 in 60 °C z natančnostjo 0,1 °C in točnostjo +/– 1 °C prek celotnega merilnega območja, zračno vlago pa lahko merimo od 20 do 95 %. Aplikacija proizvajalca, ki deluje v operacijskih sistemih iOS in Android, zna določiti točko rosišča, omogoča pa tudi deljenje rezultatov meritev prek Twitterja, Facebooka in e-pošte. Stane okoli 100 USD. Za okoli 250 USD si lahko omislimo tudi zmogljivejšo rešitev, TFA My Weather Box Smart Weather Station s polno funkcionalnostjo, ki vključuje tudi merilnik hitrosti in smeri vetra ter količine padavin.

Zanimiva sta tudi Vaavudova (www.vaavud.com) vtična modula za merjenje hitrosti vetra z natančnostjo 0,1 m/s Vaavud Sleipnir (stane okoli 100 EUR) in Vaavud Mjolnir (stane okoli 50 EUR). Enostavnejši Mjolnir ima vgrajene samo magnetne tuljave, prek katerih ob vrtenju vetrnice ob vetru s hitrostjo med 2 in 20 m/s ustvarja električne impulze, ki jih pametni telefon meri prek avdio vtičnice. Modernejši Sleipnir, ki zna poleg hitrosti vetra med 2 in 40 m/s meriti tudi smer vetra, pa ima vgrajeno digitalno logiko, ki potrebuje napajanje. Točnost meritev pri obeh merilnikih znaša +/–4 %.

Priključni modul s funkcionalnostjo vremenske postaje, WeatheFlow WeatherMETER, uporaba brez pritrditve v avdio vtičnico.

Med oblikovno všečnimi rešitvami je tudi WeatherFlow WeatherMETER (www.weatherflow.com) s povezljivostjo prek bluetootha in z baterijskim napajanjem. Meri hitrost vetra od 3,3 do 62 m/s z natančnostjo +/– 0,5 %, smer vetra z natančnostjo +/– 0,5 °, zračno vlago od 0 do 95 % z natančnostjo +/– 3 % do vlažnosti 85 %, zračni tlak na 1 hPa natančno in temperaturo od –23 do 60 °C na 0,3 °C natančno. Njegova prednost pred Shaka Weather Stationom je predvsem v tem, da ni treba prenastavljati zvočnih nastavitev pametnega telefona, saj kot vir napajanja uporablja baterijo CR 2450. Proizvajalec se sicer zaveda, da je med merjenjem napravo zaradi majhnega ohišja vseeno dobro pritrditi na mobilni telefon, za kar so izdelali plastični čep, ki ga privijemo na napravo in jo nato zataknemo v avdio vtičnico. Vremenska postaja stane okoli 80 EUR.

Priključni modul s funkcionalnostjo vremenske postaje, Skywatch BL 500.

Skywatch BL 500 (www.skyview.co.uk) je inovativna miniaturna vremenska postaja velikosti večjega flumastra, ki meri hitrost vetra, temperaturo in vlažnost zraka ter zračni tlak in količino ultravijolične svetlobe. Ima lastno baterijsko napajanje in se s pametnim telefonom poveže prek brezžične povezave bluetooth. Zaradi majhnosti je primerna za jadralce, deskarje pa tudi gornike, ki lahko prek svojih pametnih telefonov izmerjene vremenske podatke posredujejo na spletni strežnik proizvajalca kakor tudi z njega pridobijo podatke, ki so jih posredovali drugi uporabniki tovrstnih vremenskih postaj. Točnost merjenja temperature je +/– 0,3 °C, zračne vlage +/– 3 %, zračnega tlaka 0,2 hPa, hitrosti vetra 0,5 km/h, ultravijoličnega sevanja pa +/– 1 enot. Temperaturo lahko merimo med –25 in +60 °C, zračni tlak med 300 in 1.200 hPa, ultravijolično svetlobo pa z indeksom UV, od 0 do 15. Stane okoli 230 EUR. Omenimo še, da se lahko odločimo tudi za cenejša modela: Skywatch BL300, ki je brez merilnikov zračnega tla in indeksa UV, in Skywatch BL400, ki je brez merilnika indeksa UV.

Miniaturna vremenska postaja Kestrel 3500 (v enako oblikovanem ohišju kot Kestrel 5500).

Kestrelove ročne vremenske postaje velikosti pametnega telefona so namenjene predvsem profesionalnim uporabnikom, a zanimivo je, da so merilniki istega tipa z dodano povezljivostjo z osebnim računalnikom in s pametnimi telefoni prek bluetootha približno za tretjino dražji.

Kestrel 5500 (www.kestrel.com) je miniaturna vremenska postaja, ki jo lahko za natančnejše meritve postavimo celo na stativ. Omogoča merjenje hitrosti in smeri vetra od 0,6 do 40 m/s z natančnostjo 0,1 m/s in s točnostjo 3 %, merjenje temperature okolice od –29 do 70 °C z natančnostjo 0,1 °C in točnostjo 0,5 °C, merjenje relativne vlažnosti zraka od 10 do 90 % pri 25 °C z natančnostjo 0,1 % in s točnostjo +/–2 %, merjenje zračnega tlaka od 700 do 1.100 hPa z natančnostjo 0,1 hPa in s točnostjo +/–1,5 hPa. Zanimivo je, da proizvajalec navaja, da smemo vremensko postajo za čas izvajanje posamezne meritve uporabljati zunaj delovnega območja prikazovalnika in baterij, med –10 in 55 °C, medtem ko nekateri drugi proizvajalci raje navedejo zgolj merilna območja in delovne pogoje. Ročno vremensko postajo lahko obenem uporabljamo tudi kot kompas. Model z internetno povezljivostjo stanje okoli 370 EUR.

Natančnost in točnost meritev

Natančnost merite temperature je navadno 0,1 °C, točnost pa okoli 0,5 °C. Večja natančnost in točnost za meritve vremena nista smiselni zaradi šuma digitalnih tipal in postopkov njihovega umerjanja. Natančnost meritve zračnega tlaka je navadno 1 hPa (hekto Pascal oz. mili Bar). Kakovostna elektronska tipala zmorejo tudi desetkrat večjo natančnost, vendar je točnost meritve dostikrat pomembnejša od natančnosti.

Zračni tlak se spreminja tudi z nadmorsko višino, zato Agencija Republike Slovenije za okolje (Arso) na spletu za večino krajev objavlja vrednosti tlaka, preračunane na morsko gladino. Preračun je uporaben le do višine 700 m. Izmerjene vrednosti nad to višino ne preračunajo, kar je dobro vedeti predvsem, ko podatke z domače vremenske postaje primerjamo z uradno izmerjenimi vrednostmi na spletu. Boljša digitalna tipala sicer zmorejo tudi večjo natančnost, vendar je izmerjene vrednosti težko dovolj dobro linearizirati čez celotno merilno območje, zato proizvajalci vremenskih postaj več kot enega decimalnega mesta navadno ne prikazujejo.

Fiksne vremenske postaje

Večje vremenske postaje z lastnim napajanjem iz omrežja in/ali iz sončnih celic se s pametnim telefonom ali z drugim računalnikom povežejo prek brezžične povezave bluetooth ali Wi-Fi. Nekatere imajo za vnos in prikaz podatkov lastni prikazovalnik, občutljiv na dotik, brezžično povezljivost pa omogočajo opcijsko. Večina stane med 500 in 2.000 USD, odvisno od zmogljivosti.

Modularna vremenska postaja Netatmo.

Popularni Netatmo Weather Station (osnova enota stane okoli 140 USD, www.netatmo.com) nima svojega prikazovalnika in ga uporabljamo prek povezav Wi-Fi in/ali bluetooth in/ali USB. Sestavljajo ga notranja enota in zunanje v valjastih aluminijastih ohišjih. Z bazno enoto vremenske postaje jih povežemo prek omrežja Wi-Fi in ustrezne programske aplikacije. Netatmo meri notranjo in zunanjo temperaturo, relativno vlažnost zraka, zračni tlak, vsebnost CO2 in hrup, posebej pa lahko dokupimo še merilnik hitrosti in smeri vetra (100 USD) ter merilnik količine padavin (80 USD), kar zagotavlja vse funkcionalnosti polne vremenske postaje. Vremensko postajo lahko prek spleta povežemo tudi z Netatmovo skupnostjo osebnih vremenskih postaj. Omenimo še, da lahko prek spleta kupimo tudi cenovno ugodnejše komplete osnovne enote in tipal.

Za domačo uporabo je zanimiva tudi sobna vremenska postaja Davis WeatherLink Live (www.davisinstruments.com) brez lastnega prikazovalnika in s povezljivostjo prek ethernetega omrežna in Wi-Fi. Deluje med –40 in 65 °C, pri čemer meri temperaturo na 0,1 °C natančno in na 0,5 °C točno le od 0 do 60 °C. Zračni tlak meri med 540 in 110 hPa z natančnostjo 0,1 hPa in s točnostjo 1 hPa pri 25 °C, merimo pa lahko do višine 4.670 m. Zračno vlago meri od 1 do 100 % s točnostjo 0,1 % in z natančnostjo +/–2 %. Omogoča tudi povezovanje z zunanjimi vremenskimi postajamo do razdalje 300 m pri optični vidljivosti in v stavbi od 60 do 120 m, odvisno od postavitve zidov. Stane okoli 200 EUR. Za zunanjo vremensko postajo Davis Instruments Vantage Vue Wireless Weather Station moramo dodati še med 600 in 1.400 USD. Lahko se vključimo tudi v spletno skupnost Weather Underground za osebne vremenske postaje.

Modularna vremenska postaja AcuRite.

Med priljubljenimi polnimi vremenskimi postajami za domačo rabo je tudi AcuRite 01014M Weather Station (stane okoli 150 USD, www.avurite.com). Nekateri mu očitajo manjša odstopanja pri meritvah temperature med toplimi in sončnimi dnevi, sicer pa se relativno dobro odreže pri ostalih meritvah. Programska oprema za brezžično povezljivost je na voljo za pametne telefone z operacijskima sistemoma iOS in Android, vendar v primerjavi z Netatmom pogrešamo intuitivnost aplikacijskega grafičnega vmesnika. Podobna rešitev, vendar brez povezljivosti z zunanjimi vremenskimi postajami, je tudi Oregon Scientificov EM211, ki si ga lahko privoščimo že za okoli 60 USD.

Posebnost zunanje enote WeatherFlow SKY popolne vremenske postaje WeatherFlow Weather Station (www.weatherflow.com) je odsotnost gibljivih delov, saj izvaja meritve smeri in hitrosti vetra prek zvočnega tipala z natančnostjo +/–0,5 m/s, od hitrosti 0 do 50 m/s, obenem pa meri tudi smer vetra. Osvetlitev meri od 1 do 128 lux z natančnostjo +/–0,1 lux, indeks UV od 0 do 11, intenzivnost padavin in trajanje padavin pa v minutah. Pri tem ločena enota WeatherFlow Air meri tudi temperaturo (od –40 do 60 °C, z natančnostjo 0,5 °C), relativno zračno vlago (od 0 do 100 % z natančnostjo +/–2 %) in zračni tlak (do 1100 hPA, natančnost +/– 1 hPA). Z mobilnim telefonom ali računalnikom se WeatherFlow SKY in WeatherFlow AIR povežeta do razdalje 300 m prek priloženega brezžičnega spojnika, ki omogoča žični in brezžični dostop (Wi-Fi) z računalnikom ali s pametnim telefonom. Komplet v ZDA in Kanadi stane okoli 300 USD.

Cenena vremenska postaja WeatherFlow Weather Station.

Kako delujejo priklopni dodatki za pametne telefone?

Zmogljivost pametnih telefonov iz leta v leto narašča, vendar nimajo namenskega napajanega digitalnega priključka za dodatne periferne naprave. Leta 2013 so raziskovalci ugotovili, da sta mogoča analogni prenos podatkov in napajanje enostavnih elektronskih naprav kar prek standardnega avdio priključka. Napajanje deluje tako, da pametni telefon na levem ali desnem avdio kanalu ustvari močan signal s frekvenco med 20 in 24.000 Hz, s katerim nato v priklopnem dodatku napaja majhen transformator, ta pa usmernik in napetostni stabilizator, ki omogočata delovanje mikrokrmilnika. Ta zajema podatke s tipal in obenem deluje kot modem, ki oddaja podatke v pametni telefon in jih tudi iz njega sprejema. Delovanje modema mora posnemati tudi aplikacija v pametnem telefonu.

Vseeno moramo biti pri uporabi tovrstnih dodatkov za pametni telefon previdni, saj je treba med njihovo uporabo glasnost povečati na maksimum in jo ponovno zmanjšati na običajno raven, ko želimo spet uporabljati avdio slušalke. Novejši pametni telefoni v skladu z evropsko direktivo programsko omejujejo najvišjo stopnjo glasnosti na še varno raven za poslušanje, zato moramo zaščito onemogočiti, če želimo zagotoviti zadostno napajanje. Vsekakor je dobro pred nakupom dodatka natančno preveriti seznam združljivih pametnih telefonov.

Razvijamo lahko tudi sami

Na spletu najdemo veliko projektov samogradnje majhnih vremenskih postaj s povezavo Wi-Fi (www.instructables.com/circuits). Še posebej zanimive so miniaturne rešitve na osnovi modula ESP8266, katerega mikrokrmilnik lahko poleg brezžične komunikacije izvaja tudi druge naloge, ki jih vanj sprogramiramo z enostavnimi programskimi orodji, med katerimi je tudi razvojno okolje Arduino.

Po drugi strani pa je gradnja priključnih modulov, ki ne potrebujejo lastnega napajanja, še vedno bolj v domeni proizvajalcev dodatkov za pametne telefone, saj zahteva veliko več razvoja.

Meritev temperature z doma izdelano brezžično vremensko postaj na osnovi modula WiFi ESP8266 in enostavnega temperaturnega tipala.

Povejmo še to, da kot osnovo za razvoj lastne vremenske postaje mnogi uporabljajo module Arduino, saj je zanje na voljo veliko različnih merilnih modulov in programskih knjižnic, vendar se s tako samogradnjo vremenske postaje odrečemo majhnosti in zmogljivosti modulov ESP8266.

Prihajajo tricorderji

Tricorder (TRI-function reCORDER, slov. trifunkcijski snemalnik), ki so si ga izmislili scenaristi prve serije nadaljevank in filmov Zvezdne steze, postaja z novimi serijami pametnih telefonov nekaj vsakdanjega. Nekateri dodatki, denimo infrardeči termometer TFA-Dostmann, omogočajo celo merjenje telesne temperature, kar je prav tako ena izmed pomembnih funkcij tricorderja …

Več na:

weathersignal.com

sites.google.com/site/pcusbprojects

www.weathershack.com/category/weather-stations.html

Naroči se na redna tedenska ali mesečna obvestila o novih prispevkih na naši spletni strani!
Prijava

ph

Komentirajo lahko le prijavljeni uporabniki