Come realizzare una stazione meteo con Arduino

Le stazioni meteorologiche domestiche possono aiutare molto nelle previsioni del tempo. Le unità di oggi sono facili da usare e forniscono letture accurate per il tuo clima locale. Ciò include previsioni del tempo e la comprensione dei dati forniti dal barometro. Le stazioni meteorologiche progettate per l’uso domestico possono variare da semplici termometri analogici che misurano la temperatura esterna e interna a sistemi digitali con più sensori e controlli computerizzati con un prezzo elevato. In questo articolo vedremo come puoi allestire un’ottima stazione meteo – acquistata o fai-da-te – con il budget disponibile.

Una stazione meteorologica per uso domestico è uno strumento che raccoglie i dati relativi al clima attraverso i sensori a cui è collegata. Ogni sensore raccoglie informazioni specifiche: ad es. un termometro raccoglie i dati di temperatura. Le vecchie stazioni analogiche che misurano l’umidità e la temperatura di una stanza ne sono un esempio. All’altro estremo ci sono stazioni digitali costose e complicate che hanno una pletora di sensori collegati a computer che vengono utilizzati per le previsioni del tempo.

Una stazione meteorologica è uno strumento che viene utilizzato sia in mare che a terra. Ha attrezzature e strumenti per misurare e analizzare le diverse situazioni meteorologiche che si verificano. È possibile utilizzare una stazione meteorologica per trovare la temperatura, la direzione del vento, l’umidità, la velocità del vento e la pressione atmosferica. Si tratta di uno strumento estremamente versatile e dovresti pianificarne l’acquisto o la costruzione per prevedere con precisione il tempo.

Uno dei molti kit per stazione meteo che puoi trovare in commercio.

Le stazioni meteorologiche ti aiutano a fare quanto segue: (1) Previsioni del tempo; (2) Ricerca di informazioni meteorologiche; (3) Consente alle persone di essere avvisate di eventuali pericoli. Se non ci fossero stazioni meteorologiche, non solo sarebbe più difficile per te prevedere il tempo, ma sarebbe più probabile avere conseguenze a causa di eventi naturali. Con le informazioni da essa fornite, invece, sei in grado di fare buone previsioni meteo e di pianificare anche per il futuro.

Gli strumenti principali di una stazione meteo

La “chiave” usata da una stazione meteorologica domestica per prevedere il tempo è rappresentata dalla pressione dell’aria. Nel corso degli anni i meteorologi hanno scoperto che il cambiamento della pressione atmosferica può indicare localmente dei cambiamenti climatici. Quando un sistema ad alta pressione arriva localmente, di solito indica giorni sereni e soleggiati, che sono più caldi. Al contrario, l’arrivo di un sistema a bassa pressione indica spesso una tempesta in arrivo. Questi sistemi sono di solito accoppiati con cieli pieni d’acqua sotto forma di temporali. Dunque, il barometro è lo strumento più importante.

Esistono due tipi di barometri in uso per misurare la pressione atmosferica. Sebbene lavorino sullo stesso principio, lo fanno in modi diversi. Il classico barometro a mercurio è un tubo pieno di mercurio, che è il componente principale di questo sistema più semplice, creato a metà del diciassettesimo secolo. In uno stato normale, il sistema si trova a circa 760 mm, la pressione media rilevata a livello del mare. I sistemi di bassa pressione causano la caduta del mercurio nel tubo; un sistema di alta pressione farà aumentare il mercurio. L’osservazione delle fluttuazioni offrirà previsioni meteorologiche a breve termine.

Barometro a mercurio e barometro aneroide.

L’altro tipo di barometro è il barometro aneroide: questo dispositivo non utilizza liquidi per misurare la pressione. Invece, utilizza una scatola di metallo flessibile (fatta di berillio e rame) per misurare la pressione dell’aria. La scatola è chiusa e sigillata ermeticamente e si contrae o si espande al variare della pressione barometrica. Le alterazioni della scatola causate dall’atmosfera vengono convertite in misurazioni sulla parte frontale del dispositivo. Il produttore del barometro in questione e altri fattori determineranno l’unità di misura utilizzata per la pressione dell’aria, dato che non esiste uno standard.

Una tipica stazione meteo acquistabile online o realizzabile da soli fornisce la pressione atmosferica, la temperatura esterna e interna, la velocità e la direzione del vento, ed il wind-chill. Il wind-chill è l’abbassamento della temperatura corporea a causa del flusso di passaggio dell’aria a bassa temperatura. I numeri di wind-chill sono sempre inferiori alla temperatura dell’aria per i valori in cui la formula è valida. Quando la temperatura apparente è superiore a quella dell’aria, viene usato l’indice di calore.

Carta per determinare il wind chill.

In una stazione meteo vi sono di solito anche sensori di umidità interna ed esterna: uno o più igrometri misurano l’umidità e inviano tali informazioni alla stazione. Anche diversi altri tipi di sensori possono essere trovati su alcune stazioni, a seconda del produttore, del modello e dell’applicazione. Coloro che usano l’energia solare potrebbero trovare utili i sensori che misurano l’energia della radiazione solare. Esistono sensori pure per altri fenomeni naturali, inclusi lampi e raggi ultravioletti.

Ogni sensore incluso in una stazione aggiungerà nuove informazioni ai dati raccolti. L’aggiunta di dispositivi come pluviometri consente di avere un archivio storico della pioggia caduta. Molte persone trarrebbero beneficio dal loro uso, come ad esempio gli agricoltori che coltivano i loro raccolti, i campeggiatori, gli escursionisti all’aperto, nonché i piloti. Anche gli studenti possono trovare benefici reali da queste stazioni, e chiunque abbia bisogno di letture più accurate e di previsioni meteorologiche locali.

Guida all’acquisto di una stazione meteo

Puoi acquistare una stazione meteo già pronta (ne trovi di ottime qui) oppure costruirne una da solo. Nel primo caso, puoi acquistare un sistema completo o assemblare una stazione pezzo dopo pezzo. Ad esempio, dopo aver acquistato un barometro, puoi aggiungere un misuratore di velocità e di direzione del vento, nonché sonde di temperatura che sono più accurate di qualsiasi termometro domestico. Potresti aggiungere anche un misuratore di wind-chill per sapere quanto devi coprirti quando esci.

Una delle stazioni meteo semi-professionali che puoi trovare in vendita sul web, ad es. qui.

Una tipica stazione meteo di ottimo livello sarà dotata dei seguenti strumenti: (1) termometro; (2) barometro; (3) pluviometro; (4) igrometro; (5) anemometro; (6) banderuola. Una buona stazione meteorologica è realizzata con materiali e tecnologia di alta qualità in grado di individuare con precisione il tempo esatto in un luogo. Se la tua stazione meteorologica è in metallo, è probabile che sia abbastanza resistente per sopravvivere in climi esterni con forti piogge o neve.

Avrai bisogno di una scatola per proteggere gli strumenti (igrometro, termometro, etc.) e tenere lontani il vento, il sole e la pioggia. Dovrai investire in una buona scatola in cui puoi posizionare tali strumenti per aumentare la loro durata e anche essere in grado di condividere i tuoi risultati con altri utenti. Una buona scatola avrà una griglia che aiuta a far circolare l’aria mentre il vento e la pioggia sono tenuti fuori. Protegge le parti metalliche interne ai dispositivi dalla ruggine e dal danneggiamento.

Quando cerchi una stazione meteorologica, devi decidere se sarà cablata, cioè connessa  via cavo, o wireless. Le stazioni meteorologiche cablate sono più stabili in quanto sono in grado di continuare a funzionare nel caso in cui il Wi-Fi si spenga. Ti consigliamo di acquistare una stazione cablata se prevedi di monitorare il tempo in modo casuale. Tuttavia, ci sono alcuni che vogliono tenere traccia del tempo per un arco di tempo più lungo. Le stazioni meteo Wi-Fi consentono all’utente di connettersi a un’app e di registrare i risultati meteorologici su un server per un accesso successivo.

Se la tua casa è lontana dai sensori wireless, dovrai usare uno o più ripetitori di segnale.

Procurati una stazione wireless se desideri il massimo livello di analisi dei dati. Inoltre, è più facile da usare: tutto quello che devi fare è collegare il dispositivo, impostare la connessione Wi-Fi e collegarti all’app. Per gli appassionati di meteorologia avanzata, le stazioni wireless sono l’opzione migliore. Per chi, all’opposto, ha poche pretese, una stazione meteo domestica di medio livello misurerà l’umidità, la temperatura e la pressione dell’aria. Queste stazioni possono essere montate alla parete: ciò ti aiuta ad accedere facilmente alla stazione meteorologica ed a ricevere rapidamente un rapido bollettino meteorologico.

L’errore più comune nell’installazione di una stazione meteo riguarda il sensore termometro. Assicurati che: il termometro non riceve la luce solare diretta; se il termometro si trova sopra l’erba, assicurati che sia a 1,5 metri sopra la superficie dell’erba (se è posizionato su un tetto, dovrebbe essere 1,5 m sopra il tetto); assicurarti che il termometro non sia bloccato dal vento e che abbia una ventilazione adeguata. Il pluviometro deve essere posizionato a 1,5 m di distanza da qualsiasi forma di ostruzione: ciò assicura che la pioggia non sia bloccata da qualche struttura od oggetto posto più in alto.

Una stazione meteo realizzata con Arduino

Una volta, gli appassionati di meteorologia avevano la loro stazione meteorologica e ogni giorno, in un piccolo diario, registravano sistematicamente la velocità e la direzione del vento, la temperatura, l’umidità, la pressione barometrica e le precipitazioni. Oggi tutto questo può essere fatto in modo automatizzato con una stazione meteo commerciale oppure con una fai-da-te. È emozionante costruire una stazione meteo e vedere il computer acquisire i dati che ci permetteranno di fare le previsioni del tempo.

Il materiale occorrente per una stazione meteo con Arduino.

Ecco i componenti che occorrono oggigiorno per realizzare una semplice stazione meteo con Arduino, con una spesa complessiva di circa 50 euro, cifra che rappresenta indubbiamente una piccola frazione della spesa necessaria per acquistare una stazione meteo commerciale:

• Scheda Arduino, ad es. Arduino Uno Rev3
• DHT11 Sensore di umidità e temperatura
• Barometro BMP185
• Modulo sensore goccia di pioggia
• Modulo sensore di umidità del suolo
• Breadboard o ProtoShield personalizzata
• Ponticelli vari
• Custodia a tua scelta

La stazione meteo risultante può acquisire dati su pressione, temperatura, pioggia, umidità del suolo e dell’aria. Una volta che hai i componenti a portata di mano, assemblare la tua stazione è semplicemente una questione di cablare tutto insieme come mostrato nelle istruzioni del progetto. E poi, si tratta di scaricare lo sketch di Arduino necessario per acquisire i dati da questi sensori e salvarli. È un progetto abbastanza semplice, utilizzabile da solo o come parte di una Stazione meteo integrata che misuri ad es. anche il vento.

Un anemometro utilizzabile con Arduino.

In generale, le connessioni sono molto semplici. Segui scrupolosamente le istruzioni fornite di seguito e le immagini a corredo del testo e non dovresti avere problemi.

Collegamento del modulo sensore delle gocce di pioggia:

• il pin VCC sull’uscita 5V di Arduino
• il pin GND al GND di Arduino
• i dati analogici al pin analogico 0 di Arduino

Collegamento del modulo di umidità del suolo:

• il pin VCC sull’uscita 5V di Arduino
• il pin GND al GND di Arduino
• i dati analogici al pin analogico 1 di Arduino

Schema dei vari collegamenti per realizzare il progetto.

Collegamento del barometro BMP185:

• il pin VCC sull’uscita 3.3V di Arduino
• il pin GND al GND di Arduino
• il pin SDA (Serial Data Line) al pin analogico 4 e Arduino
• il pin SCL (Serial Clock Line) al pin analogico 5 di Arduino

Collegamento del sensore DHT11 di umidità e temperatura:

• il pin VCC sull’uscita 5V di Arduino
• il pin GND al GND di Arduino e
• il pin DATA al pin digitale 4 di Arduino

Puoi scaricare il codice della stazione meteo Arduino da qui. Includi la libreria AWS_library.rar (che puoi scaricare da qui), dopodiché carica il codice scaricato da questo sito sul tuo Arduino (ad es. Uno Rev3) e non dovresti avere problemi. Naturalmente, puoi clonare e modificare il codice nel modo che preferisci. Alimenta la tua scheda Arduino e goditi i dati acquisiti sullo schermo del tuo computer.

I dati che verranno acquisiti dalla tua stazione meteo di base.