{"id":2419,"date":"2025-11-18T06:45:29","date_gmt":"2025-11-18T05:45:29","guid":{"rendered":"https:\/\/staging.elv.eqxt.de\/?p=2419"},"modified":"2025-11-18T06:45:30","modified_gmt":"2025-11-18T05:45:30","slug":"kinderprojekt-wetterradar-lorawan","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/de.elv.com\/elvjournal\/kinderprojekt-wetterradar-lorawan\/","title":{"rendered":"St. Stefan ob Stainz – Wetterradar"},"content":{"rendered":"\n

St. Stefan ob Stainz – Wetterradar<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Kinderprojekt „Wetterradar“ mit LoRaWAN\u00ae<\/sup><\/h1>\n\n\n\n

Bereits in meinen jungen Jahren war ich von der Elektronik fasziniert und sie war immer fester Bestandteil meiner Bastelprojekte. M\u00f6glich, dass mein \u201eerster Kontakt\u201c im Alter von zwei Jahren (Schraube und Steckdose), der initiale Impuls daf\u00fcr war. Sp\u00e4ter wurde das Interesse durch das ELVjournal vertieft, das ich zuerst bei Freunden gelesen, dann selbst abonniert habe.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Inzwischen sind meine Projekte gewachsen und sollen Sinn ergeben. Dabei macht es mir Spa\u00df, auch andere mitzunehmen und f\u00fcr die Elektronik zu begeistern. Mittlerweile organisiere ich auch immer wieder Workshops mit Kindern und deren Eltern. Dieses Jahr wollte ich den Kindern etwas Besonderes bieten. Es sollte das Interesse bzw. Bewusstsein f\u00fcr die Themen Technik, Umwelt, Gemeinschaft, Teamarbeit und Verantwortung wecken bzw. st\u00e4rken.
Ich betreibe seit l\u00e4ngerem ein LoRaWAN\u00ae<\/sup>-Gateway f\u00fcr TheThingsNetwork (Bild 1)<\/mark>. Unser Gemeindegebiet erstreckt sich \u00fcber eine Fl\u00e4che von 49 km\u00b2. Vom tiefsten Graben mit 340 m bis zum h\u00f6chsten Berg mit 1450 m deckt unsere Gemeinde somit einen Seeh\u00f6henbereich von mehr als 1100 m ab. <\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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\"LoRaWAN
Bild 1: LoRaWAN Gateway<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Damit findet man ideale Rahmenbedingungen vor, um mit den Kindern die unterschiedlichen Klimazonen in unserer Gemeinde zu erforschen. In der Grundidee stellte ich mir mehrere Sensoren vor – verteilt auf das ganze Gemeindegebiet von St. Stefan ob Stainz \u2013, deren Daten in Echtzeit auf einer Webseite dargestellt werden. Die Messwerte sollen aber nicht nur den Kindern die oben genannten Themen n\u00e4herbringen, sondern auch allen Bewohnern und Besuchern der Region zur Verf\u00fcgung stehen. So kann das Projekt einem gro\u00dfen Personenkreis Nutzen bringen.

Die Entfernungen und mein bereits vorhandenes Gateway sprachen eindeutig f\u00fcr LoRaWAN<\/a>\u00ae<\/sup>, jedoch war mir auch gleich zu Beginn bewusst, dass unsere stark h\u00fcgelig gepr\u00e4gte Landschaft mir das Ganze nicht so einfach machen wird. Auch die Stromversorgung war ein wichtiges Thema, denn nicht \u00fcberall ist eine Steckdose vorhanden, und regelm\u00e4\u00dfige Wanderungen nur f\u00fcr den Batteriewechsel wollte ich mir auch nicht auferlegen. Somit war Energyharvesting<\/span> die einzige Option f\u00fcr den Betrieb der Sensoren.

All diese Anforderungen werden von der ELV LW-Base Experimentierplattform<\/span> perfekt erf\u00fcllt. Gleichzeitig erm\u00f6glicht sie – wegen ihrem einfachen Stecksystem \u2013 den Aufbau durch Kinder und Eltern selbst, auch ohne entsprechende technische Kenntnisse.<\/p>\n\n\n\n

Projektvorbereitung<\/h2>\n\n\n\n

Nachdem ich die Idee f\u00fcr mich im Groben skizziert hatte, musste ich mir nat\u00fcrlich auch Gedanken zur Umsetzung machen. Gl\u00fccklicherweise habe ich durch meine zahlreichen Projekte bereits ein Netzwerk an Partnern und Unterst\u00fctzern aufbauen k\u00f6nnen, was mir bei diesem, doch etwas umfangreicheren Projekt, sehr geholfen hat. Denn am Ende sollte nat\u00fcrlich eine funktionierende Webseite mit realen Messwerten herauskommen.

Neben der Akkulaufzeit ist beispielsweise auch die Positionierung des Temperaturf\u00fchlers und die Erreichbarkeit des Gateways wichtig. 

Die beiden gr\u00f6\u00dften Herausforderungen waren einerseits die Position der Sensoren zu definieren, um eine gute Erreichbarkeit des Gateways zu erzielen, und zum anderen die Erstellung der Webseite. Ich hatte zwar schon Erfahrungen durch selbst gebaute Visualisierungen f\u00fcr unser eigenes Smart Home, aber f\u00fcr die Programmierung der Webseite f\u00fcr die Sensoren musste ich viel Neues lernen. <\/p>\n\n\n\n

Zusammenstellung der Sensoren<\/h2>\n\n\n\n

Jede Sensoreinheit besteht aus einem robusten Geh\u00e4use<\/span>, das die ganze Technik dauerhaft vor Umwelteinfl\u00fcssen sch\u00fctzt, aber ausreichend Lichteintrag zul\u00e4sst, um die Einheit verl\u00e4sslich mit Energie zu versorgen. Dieses Licht wird von einer Solarzelle aufgenommen und steht \u00fcber das Energyharvesting Modul<\/span> zur Verf\u00fcgung. Als Energiespeicher dienen 3 St\u00fcck AAA-Akkus in einem handels\u00fcblichen Batterieadapter f\u00fcr LED-Taschenlampen. Die Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und CO2<\/sub> erfolgt \u00fcber die Module ELV-AM-TH1<\/span> und ELV-AM-CO2<\/span>. Die die \u00dcbermittlung der so erfassten Messwerte erfolgt dann wiederum durch die ELV LW-Base<\/span>.

Weitere Komponenten des Sensors sind: eine ELV-Adapterplatine 1<\/span> zur Aufnahme der Module und Befestigung im Geh\u00e4use, eine PG-Verschraubung f\u00fcr die dichte Durchf\u00fchrung des abgesetzten Temperatursensors sowie ein Druckausgleichsmembran<\/span>, um Kondensat im Geh\u00e4use zu verhindern.

Zus\u00e4tzlich l\u00e4uft auf jedem Ger\u00e4t eine speziell angepasste Firmware, die alle Messwerte der verbauten Sensoren unterst\u00fctzt. Weiteres bietet sie auch noch die M\u00f6glichkeit, die Sendeintervalle im laufenden Betrieb anzupassen, falls die Akkulaufzeit im realen Betrieb nicht reicht.
Daf\u00fcr habe ich einen Sensor vorab zusammengebaut und \u00fcber mehrere Wochen im Test betrieben.<\/p>\n\n\n\n

Workshop<\/h2>\n\n\n\n
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Den Zusammenbau der 20 Sensoreinheiten habe ich auf zwei Workshops aufgeteilt, um sicherzustellen, dass ich die Gruppen im Griff behalte (Bild 2)<\/mark>. Es hat zudem den Vorteil, dass bei einem m\u00f6glichen Fehlerfall dieser bereits im ersten Workshop erkannt und im zweiten Workshop berichtigt werden kann. Zwecks Haftung und Aufsichtspflicht wirkte mit jedem Kind auch ein Elternteil beim Workshop mit. Die T\u00e4tigkeiten wurden auf mehrere Tische verteilt.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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\"Zusammenbau
Bild 2: Zusammenbau der Sensoren<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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An einem Tisch konnte der Sensor im TTN-Netzwerk angemeldet werden, an einem weitern wurden die Module zusammengesteckt und ins Geh\u00e4use eingebaut. Ein Tisch diente zur Eintragung der Position auf der Webseite. An einem weiteren Tisch konnten die Kinder unter der Aufsicht einer Studentin von der Uni Graz Experimente durchf\u00fchren. Nebenbei gab es noch die M\u00f6glichkeit, aus altem Holz ein Vogelh\u00e4uschen zu bauen (Bild 3)<\/mark> oder im Garten mit anderen Kindern zu spielen. In Absprache mit den Eltern wurden zudem die fertiggestellten Sensoren nun an den zuvor definierten Stellen platziert, um hier zuk\u00fcnftig die Umgebungsbedingungen zu erfassen.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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\"Vogelhaus\"
Bild 3: Vogelhaus<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

\u00dcbertragung der Messwerte<\/h2>\n\n\n\n

Die erfassten Werte werden per LoRaWAN\u00ae<\/sup>-Protokoll \u00fcbermittelt. Als Empfangsstation dient mein eigenes Gateway (Dragino DLOS8). \u00dcber das TTN-Netzwerk werden die Daten anschlie\u00dfend auf meinen Server \u00fcbertragen. Durch diesen Umweg ist das Netzwerk bei Bedarf mit zus\u00e4tzlichen Empfangsstationen erweiterbar, was gerade in unserer h\u00fcgeligen Gegend hilfreich ist.<\/p>\n\n\n\n

Aufbereitung und Weiterleitung der Daten<\/h2>\n\n\n\n

Auf meinem Server werden die Datenpakete aufbereitet und mit Daten von meiner Homematic IP Wetterstation erg\u00e4nzt. Gleichzeitig werden die Spannungen der Akkus \u00fcberpr\u00fcft. Bei Unterschreitung der Akkuspannungen wird das Sendeintervall des betroffenen Sensors automatisch erh\u00f6ht, um einen fr\u00fchzeitigen Ausfall zu verhindern – zus\u00e4tzlich erhalte ich eine Benachrichtigung zum m\u00f6glicherweise notwendigen Wechsel der Akkus. Diese Datenaufbereitung und das Monitoring erledigt meine NodeRed-Installation ganz von alleine, die auch bereits alle wesentlichen Smart-Home- und Energiemanagement-Aufgaben in unserem Haus verarbeitet. \u00dcber eine eigens entwickelte API-Schnittstelle werden die Daten dann an die Webseite \u00fcbertragen und f\u00fcr einen Zeitraum von 30 Tagen archiviert.<\/p>\n\n\n\n

Visualisierung auf der Webseite<\/h2>\n\n\n\n

Die gesamte Visualisierung der Klimadaten kann unter https:\/\/peissl.at\/klima\/<\/a> aufgerufen werden.
F\u00fcr die (teilweise jungen) Besucher der Webseite habe ich eine bunte Karte erstellt (Bild 4)<\/mark>. Sie basiert auf Daten von OpenStreetMap, die ich mit Leaflet und einigen eigenen Funktionen erweitert habe. Auf der Karte werden unsere Gemeindegrenzen abgebildet und jeder Sensor als Kreis dargestellt. Hierbei beeinflusst die aktuelle Temperatur die Farbe des Kreises. Die Definition der Farben ist an der links befindlichen Skala beschrieben. Eine d\u00fcnne schwarze Linie stellt den Mittelwert aller im Fenster sichtbaren Sensoren dar. Die dahinterliegende wei\u00dfe Fl\u00e4che deckt den Bereich vom niedrigsten bis zum h\u00f6chsten Messwert ab.

Jeder Sensor zeigt zus\u00e4tzlich durch einen kleinen Ast mit einem Laubblatt den lokalen CO2<\/sub>-Wert mittels Ampelfarben an. Die Messwerte k\u00f6nnen \u00fcber das Icon unter der Skala umgeschaltet werden. Aktuell stehen Temperatur, Luftfeuchte, CO2<\/sub> und die Spannung der Akkus zur Auswahl.

Bei Tipp\/Klick auf einen Sensor werden Details und ein 24-Stunden-Graph eingeblendet. Sind die angezeigten Werte \u00e4lter als eine Stunde, weil der entsprechende Sensor keine neuen Werte geliefert hat, f\u00e4rbt sich der Kreis grau. F\u00fcrs Anlernen der Sensoren habe ich auch noch eine weitere Backend-Webseite erstellt, auf der die Sensoren eingepflegt und verwaltet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n

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\"Klimakarte\"