Zusammenbauanleitung Windsensor Yachta

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Der Windsensor Yachta dient zur Messung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung auf Booten. Er wird am Mast installiert und mit 12V versorgt. Die Datenübertragung der NMEA0183 Telegramme erfolgt drahtlos per WiFi. Im Windsensor befindet sich ein AccessPoint und ein kleiner Webserver. Als Anzeigegerät der Messwerte dient ein Handy mit einen Webbrowser. Die Messdaten können auch in anderen Programmen wie SignalK, AvNav, OpenCPN, Navionics o.ä. angezeigt werden, die NMEA0183 Daten verarbeiten können.

Copyright und Lizenzen

Das Copyright und die Lizenzen sind beim Nachbau zu beachten. Der Windsensor kann von Jedermann unentgeltlich nachgebaut werden, solange keine kommerziellen Absichten bestehen und damit Geld verdient wird. Bei kommerziellen Absichten kann Kontakt mit Open-Boat-Projects aufgenommen werden. Wir klären dann, welche Möglichkeiten einer kommerziellen nicht exklusiven Verwertung bestehen.

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Bereich Lizenz Bemerkung
Dokumentation CC-BY-NC-SA Alle Online- und Print-Dokumente
Hardware CC-BY-NC-SA 2D, 3D CAD-Files
Software GPL V3.0 Firmware, App

Schwierigkeitsgrad und Zeitbedarf

Gesamt
 
Schwierigkeitsgrad 4
Zeitbedarf [h] 2…3
Details
 
Mechanik 2
Elektronik 6
Software 2
Netzwerktechnik
4

Die Zusammenbauanleitung richtet sich an Interessierte mit handwerklichen Fähigkeiten. Wer die Elektronik zusammen löten möchte, sollte über Erfahrung in der Bestückung von SMD-Bauelementen verfügen. Ohne solche Erfahrungen sollte besser eine fertig bestückte Platine bezogen werden. Die Programmierung des Mikrocontrollers ESP8266 erfordert etwas Erfahrung im Umgang mit Mikrocontrollern und Programmieradaptern, stellt  aber keine großen Hürden für Anfänger dar. Wer die Software selber modifizieren möchte, sollte sich im Umgang mit der Programmiersprache C und Programmierumgebungen wie die Arduino IDE oder PlattformIO auskennen. Da die Datenübertragung über WiFi-Netzwerke und per TCP/IP erfolgt, sollte man über Kenntnisse in der Konfiguration von WiFi-Routern und in der Netzwerktechnik mitbringen.

Werkzeuge, Hilfsmittel und Verbrauchsmaterialien

Werkzeuge Verwendung Bezugsquelle
Pinzette
Cuttermesser / Skalpell
Inbus-Satz
Maulschlüssel-Satz
Schraubendreher-Satz
Feinzange
Elektronik Seitenschneider
Elektronik Lötkolben
Entlötpumpe
USB-Kabel (Mini USB) Programmierung
USB-Seriell-Adapter (3.3V) Programmierung
Hilfsmittel
Digitalmultimeter Funktionstest
Laptop / PC Programmierung
Handy Funktionstest mit App
Oszilloskop (optional) Funktionstest
Verbrauchsmaterialien
Lötzinn D 1mm
Entlötlitze (optinal)
Silikonöl / Feinöl
Dupli-Color Aerosol Art, Klarlack matt Schutzlack für Kunststoffteile bauhaus.de
2K-Kleber Weicon RK-1300 conrad.de
Alkohol 99% Drogeriemarkt, Baumarkt
Q-Tips Drogeriemarkt
Lappen

Funktionsweise

Der Windsensor Yachta ist ein Anemometer mit rotierendem Schalenrad. Die Windrichtung wird über die Windfahne gemessen. Die Windfahne richtet sich entsprechend der Windrichtung aus. An der Unterseite der Achse befindet sich ein Neodym-Magnet, dessen Magnetfeld von einem Magnetfeldsensor (AS5600) berührungslos gemessen wird, der sich auf der grünen Platine in der Mitte befindet. Die Winkel werden in 4096 Teilschritte pro 360° unterteilt und über den I2C-Bus zum Mikrocontroller ESP8266 übertragen, so dass sich eine Winkelauflösung von ca. 0,1° ergibt. Die Windgeschwindigkeit wird über das Schalenrad gemessen, an dessen oberer Achse sich ein Kranz mit mehreren kleinen Magneten befindet. Die Magnete bewegen sich bei der Drehung an einen Hallsensor vorbei und lösen ein digitales Schaltsignal aus, das vom ESP8266 ausgewertet wird. Die Firmware des Windsensors enthält einen AccessPoint und einen kleinen Websever mit dem die Messdaten per WiFi übertragen werden können. Mit einem Handy kann man sich in das WiFi-Netzwerk des Windsensors einbuchen und die Messdaten mit einem Webbrowser ansehen. Es gibt auch eine Android-App mit der die Messdaten angezeigt werden können. Der Windsensor lässt sich aber auch über den TCP-Port 6666 mit anderer Auswerte- und Anzeigesoftware verbinden die in der Lage ist, NMEA0183 Daten auszuwerten.

Für mechanische Details können sie im 3D-View das Funktionsprinzip erkunden.

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Projektunterlagen

Hilfreiche Links

Wichtige Hinweise

Bevor Sie mit dem Projekt beginnen, sollten Sie sich Zeit nehmen und diese Hinweise lesen, um die häufigsten Fehler zu vermeiden. Versuchen Sie erst zu verstehen, wie der Windsensor aufgebaut ist und wie er funktioniert, bevor Sie loslegen. Benutzen Sie die Kontaktmöglichkeiten bei Fragen und Unklarheiten. So werden Sie Ihr Projekt erfolgreich umsetzen können.

Als Filament für die 3D-Teile eignet sich PETG hervorragend. Es hat eine höhere Temperaturstabilität als PLA und lässt sich ähnlich gut verarbeiten. Achten Sie darauf keine dunklen Filamente zu verwenden, da sich durch Sonneneinwirkung der Windsensor sehr stark aufheizen kann und der Kunststoff weich wird. Die Formstabilität ist nur bis 70°C bei PETG gegeben. Weiße Filamente haben sich als geeignet herausgestellt. Schwarze PETG Filamente sind hingegen ungeeignet. Wenn Sie unbedingt einen schwarzen Windsensor bauen wollen, dann benutzen Sie am besten ABS. Der Druck ist aber etwas komplizierter als bei PETG und erfordert Erfahrung im Umgang mit ABS.

Die gedruckten Teile des Windsensors sind nicht wasserdicht und müssen nachträglich lackiert werden. Anderenfalls besteht die Gefahr, dass Wasser in den Windsensor eindringt und die Elektronik beschädigt. Als Lack kann nicht irgend ein Lack verwendet werden, da ein gewöhnlicher Lack nicht auf Kunststoffteilen haftet. Der in der Bauteilliste aufgeführte Lack ist speziell für eine direkte Kunststoffbeschichtung ohne Vorbehandlung geeignet. Er lässt sich gut verarbeiten und erzielt ein gutes Lackierergebnis. Wenn Sie alternative Lacke verwenden, prüfen Sie vorher die Eignung an Testobjekten bevor Sie den Windsensor lackieren.

Beachten Sie, dass der verwendete Kleber eine bestimmte Restelastizität haben muss, um die Ausdehnung oder Schrumpfung unterschiedlicher Bauteile bei Temperaturänderungen ausgleichen zu können. Immerhin können Temperaturänderungen von ca. 100°C (-10 … 90°C) zwischen Sommer und Winter auftreten und dadurch Klebeverbindungen brechen.

Wenn Sie wenig Erfahrung mit SMD-Elektronik haben, kaufen Sie eine bestückte und programmierte Platine. Das erspart Ihnen viel Zeit und Mühe bei der Fehlersuche.

Sollten Sie die Elektronik selber programmieren wollen, so achten Sie darauf einen USB-Seriell-Wandler mit 3,3V TTL Signalpegel zu benutzen. Wandler mit 5V TTL Pegel sind ungeeignet und können die Elektronik zerstören. Grundsätzlich sollten Sie vorsichtig mit der Elektronik umgehen und nicht ungewollt mit Metallteilen in Berührung bringen. Dies kann zu Kurzschlüssen führen und die Elektronik beschädigen. Achten Sie auch darauf, nicht elektrostatisch aufgeladen zu sein. Besonders im Winter bei geringer Luftfeuchte besteht die Gefahr. Sie können sich vor der Arbeit an der Elektronik an einer metallischen Wasserleitung oder einem Heizungsrohr entladen.

Bauteilliste

Die nachfolgende Bauteilliste bezieht sich auf den Zusammenbau mit einer fertig bestückten und ggf. auch programmierten Platine. Sollen Sie die Bestückung der Platine selber vornehmen wollen, so finden Sie im GitLab Repository eine Stückliste zu den Elektronikbauteilen. Alternativ können Sie die interaktive Bauteilliste verwenden die sich hervorragend für eine manuelle Bestückung der Platine eignet.

Die in der Bauteilliste aufgeführten Bezugsquellen können u.U. nicht mehr aktuell sein. Suchen Sie dann am besten im Internet nach alternativen Bezugsmöglichkeiten.

Mechanischer Zusammenbau

Für den mechanischen Zusammenbau gibt es im GitLab Repository eine Bildergalerie als Zip-File die man sich herunterladen kann. Die Bilder sind recht hilfreich und zeigen detailliert wie man vorgehen sollte. Nachfolgend ist eine Röntgenaufnahme zu sehen wie die internen Teile verbaut sind.

Abb: Anordnung der inneren Teile im Windsensor Yachta

Wer eine detailliertere Ansicht haben möchte, kann sich beim Online-CAD-Programm Onshape kostenlos anmelden und im öffentlichen Repository nach “Yachta” suchen. Das gesamte Projekt kann in den eigenen Workspace kopiert werden und dort von allen Seiten betrachtet werden. Bauteile können angeklickt werden und über die rechte Maustaste lassen sich die Bauteile transparent schalten. Wer den Windsensor nach seinen eigenen Wünschen verändern möchte, kann das in Onshape selber machen. Über den Export mit STL können Dateien exportiert werden die ein Slicer für einen 3D-Drucker aufbereiten kann.

Lackierung

EPTG ist ein Kunststoff der sich aufgrund seiner Oberflächeneigenschaften nicht direkt lackieren läßt. Es muss eine spezielle Vorbehandlung des Untergrundes erfolgen. Es gibt aber Speziallacke die ohne Grundierung und Vorbehandlung direkt auf EPTG aufgetragen werden können. Der empfohlene transparente Lack „Aerosol Art“ von Dupli-Color (matt oder glänzend) ist ein Polymerlack mit Aceton und n-Butylacetat in einer 400ml Sprühdose. Er kann direkt auf EPTG in mehreren Lagen ohne Abtrockenzeit aufgebracht werden.

Das Lackieren kann auf zweierlei Art vorgenommen werden. Entweder per Lackierung mit dem Pinsel oder per Sprühdose. Grundsätzlich sollten mit jedem Verfahren 3 Schichten aufgetragen werden. An den Passungen ist entsprechend dünner aufzutragen. Grundsätzlich sollte der Schichtaufbau dünn sein und keine Laufnasen aufweisen. Laufnasen sind im feuchten Zustand zu entfernen.

Das Sprühlackieren sollte möglichst im Freien erfolgen, da mehr Lack daneben gesprüht wird als auf das Bauteil kommt. Im Hintergrund sollte eine Pappe aufgestellt werden die den überschüssigen Lack aufnimmt. Je nach Empfehlung des Lackherstellers sollte ein Mindestanstand von 30cm beim Lackieren zum Bauteil eingehalten werden. Anderenfalls trägt man sonst zu viel Lack auf und es kommt zu Läufern. Die Teile werden beim Sprühen fortlaufend langsam gedreht bzw. bewegt, so dass alle Flächen erreicht werden können. Das Lackieren der Schaleninnenseite ist etwas schwieriger, da man nicht richtig einsehen kann wie viel Lack aufgetragen ist. Hier sollte man zurückhaltender sein, da man eher neigt zu viel aufzutragen. Die richtige Schichtdicke ist erreicht, wenn der feuchte Lack anfängt zu glänzen.

Der Lack ist nach kurzer Zeit handtrocken und nach 24h endgültig trocken.

Schalenrad

Die Schalen können am besten von unten in die Basis geschoben werden. Um es vollständig hineinzubekommen, kann es notwendig sein, für die letzten Millimeter, einen Hammer zu benutzen. Hierbei muss nur aufgepasst werden, dass man die Schalen dabei nicht abbricht.

In die Aussparung im unteren Teil der Basis kommt die M5 Mutter hinein. Um ein Herausfallen während der Montage zu verhindern, kann die Mutter mit einem Tropfen Sekundenkleber in der Aussparung befestigt werden.

Yachta Schalenrad

Magnethalter und unteres Lager

Das 695 Kugellager wird von unten und das 625 Kugellager von oben bis zur jeweiligen Kante in das Unterteil des Windsensors eingefügt.

Unterteil des Yachtasensors mit Kugellagern

Die Magnete können relativ einfach mit Sekundenkleber im Magnethalter festgeklebt werden.Beim Einbau der Magnete ist auf richtige Polarität zu achten.

Um die Montage zu vereinfachen, kann man in die Innenseite des Magnethalter vorübergehend Klebeband kleben und die Magnete dann von außen in die Aussparungen drücken. Das Klebeband kann, sobald der Sekundenkleber getrocknet ist, wieder entfernt werden. Darauf kann die M5 x 60 mm Schraube durch den Magnethalter geführt und von unten mit einer Mutter befestigt werden. Der Halter kann anschließend durch das Unterteil gesteckt werden.

Magnethalter und Unterteil des Yachtasensors

Im letzten Schritt muss nur noch das Schalenrad angeschraubt werden. Hierbei sollte man darauf achten das Ganze nicht zu festzuschrauben, damit sich das Schalenrad leicht drehen kann. Wenn die gewünschte Leichtläufigkeit erreicht ist, kann die Schraube an der unteren Mutter noch mit Loctite gesichert werden.

Kompletter Unterbau des Yachtasensors

Windfahne und Unterbau

Der Unterbau der Windfahne besteht aus einem Ober- und einem Unterteil. In die Oberseite des Unterteils wird das 625 Kugellager eingesetzt, die M5 x 25 Senkkopfschraube von unten durchgesteckt und mit einer Mutter gesichert. Auch an dieser Stelle ist darauf zu achten, dass die festgeklemmte Schraube sich leichtläufig drehen kann. Anschließend wird das Oberteil mit vier M3 x 10 Schraube auf das Unterteil geschraubt, um das Kugellager an Ort und Stelle zu halten.

Windfahnenbasis des Yachtasensors

Im nächsten Schritt wird eine M5 Mutter in die Aussparung der Windfahne gesteckt und kann dort zusätzlich mit Kleber fixiert werden.

Windfahne des Yachtasensors

Die Basis der Windfahne kann jetzt auf den bereits monierten Unterbau gesteckt und anschließend mit der Windfahne fixiert werden.

Windfahne des Yachtasensors

Als Letztes muss noch der 5 x 5 x 5 mm Magnet auf die Senkkopfschraube geklebt werden. Hier ist benefalls auf die korrekte Ausrichtung des Magneten zu achten. Die äußeren Kanten des Magneten sollten parallel zur Windfahne ausgerichtet werden. Sollte trotzdem noch ein Ausrichtungsfehler vorliegen, so kann er über einen Offset unter Device Settings korrigiert werden.

Magnet in der Windfahne

Standrohr und Basis

Das Alurohr wird in die Basis des Sensors geschoben und kann dann an Ort und Stelle mit einem Loch für die Kabel versehen werden. Anschließend kann die Platine mit den bereits angelöteten Kabeln für die Stromversorgung in die vorgesehene Aussparung eingelegt werden.  Hierfür müssen die Kabel vorher ins Alurohr geführt werden. Ist alles am richtigen Platz, kann die Platine mit vier M3x10 Schrauben befestigt werden.

Platine in Basis

 

Software

Die Software ist in C mit der Arduino IDE programmiert worden. Die Firmware selbst zu compilieren erfordert Erfahrung im Umgang mit der Arduino IDE und dem installieren der benötigten Software-Bibliotheken in der richtigen Version. Aufgrund der hohen Komplexität wurde die Firmware schon kompiliert und als Binärdatei dem Nutzer zur Verfügung gestellt. So erspart man sich den ganzen Aufwand die Firmware selbst zu kompilieren.

Firmware Installation

Die Installation der Firmware auf dem ESP12-E kann vor dem Einlöten mit einem Programmieradapter oder auch auf der fertig bestückten Platine erfolgen.

Abb: ESP8266 Programmieradapter für externe Programmierung

Abb: Programmieradapter für Programmierung auf der Platine

Bei Verwendung eines Programmieradapters für die Programmierung auf der Platine ist darauf zu achten, dass die Signalpegel für TX und RX 3.3V TTL-Pegel unterstützen. 5.0V TTL-Pegel können nicht genutzt werden, da der ESP12-E damit beschädigt werden kann. Der Programmieradapter ist wie im Bild dargestellt anzuschließen. Man muss darauf achten, dass RX mit TX und TX mit RX verbunden sind. Anderenfalls kann man sonst keine Programmübertragung durchführen.

Abb: Programmierschaltung

Programmieranleitung

  1. Programmierschaltung zusammen bauen
  2. PRG und GND verbinden
  3. Programmieradapter USB mit Laptop oder PC verbinden
  4. 9V Batterieblock zuschalten
  5. Programmiersoftware NodeMCU Flasher auf Laptop oder PC starten und Firmware laden
  6. Programmiervorgang starten
  7. Bei erfolgreicher Programmierung USB trennen und 9V ausschalten
  8. PRG und GND trennen
  9. Programmierschaltung von Platine trennen
  10. 12V einschalten und Firmware über WiFi-Verbindung prüfen

NodeMCU Flasher

Als Programmiersoftware für den ESP12-E kann das einfach zu benutzende Windows Tool NodeMCU Flasher verwendet werden. Die EXE-Datei kann ohne spezielle Installation direkt gestartet werden. Das Tool kann sowohl für die externe als auch für die Programmierung in der Schaltung verwendet werden. Als erstes werden unter Advanced folgende Einstellungen vorgenommen.

Danach wird unter Config die aktuelle Firmwaredatei firmware_Vx.xx.wsb ausgewählt.

Zum Flashen geht man auf Operation und wählt die entsprechende Schnittstelle aus an der der Adapter angeschlossen ist. Danach drückt man auf Flash und wartet ab, bis die Firmware geladen ist.

Während des Flashens wird der Fortschritt der Übertragung angezeigt.

Wenn die Firmware erfolgreich geladen wurde, ist folgender Bildschirm zu sehen.

Nach der Übertragung kann das Programmiertool geschlossen und der Adapter abgezogen werden.

Um die neue Firmware zu starten, benötigt der Windsensor einen Reboot. Nach dem Neustart stellt  der Windsensor ein WiFi-Netzwerk mit dem Namen NoWa zur Verfügung, in das man sich 30 s nach dem Neustart mit einem Handy und dem Passwort 12345678 einloggen kann. Die blaue LED geht dann 3x kurz aus, wenn der Webserver bereit ist.  Ruft man dann die Webseite des Windsensors mit der Android App auf (http://192.168.4.1), sollte Folgendes zu sehen sein. Werden unter WLAN Client SSID und WLAN Client Password Zugangsdaten von einen AccessPoint eingeben, so bucht sich der Windsensor in dieses WiFi Netzwerk ein. Die blaue LED verlischt dann als Hinweis für eine erfolgreiche Verbindung. Werden Messdaten über Port 6666 von einem Programm wie z.B. OpenCPN oder ähnlichen abgerufen, blinkt die blaue LED immer kurz auf, wenn ein Telegramm übertragen wird.

Als letztes muss in der Firmware noch der richtige Windsensor-Typ Yachta in der Konfiguration ausgewählt werden, damit die Daten korrekt angezeigt werden.

Abb: Device Settings für Yachta

Abb: Messwerte für Yachta

 

Funktionstest

Der Funktionstest beschränkt sich darauf zu prüfen, ob die Sensoren korrekte Signale abgeben. Dazu eignet sich die Instrumentenansicht  am besten. Detailliertere Informationen zum Windsensor sind unter Device Info zu finden.

 

Fehlerbehebung

Die Windrichtungsanzeige ist nicht korrekt

Je nachdem wie der 5x5x5 mm Magnet zur Windrichtungsanzeige eingeklebt ist, kann eine Abweichung im Anzeigeinstrument auftreten. Das ist nicht weiter schlimm, denn über einen Offset unter Device Settings kann der Fehler korrigiert werden.

Die Messwerte für den wahren Wind stimmen nicht

Der Windsensor Yachta kann nur den relativen Wind anzeigen, da Referenzwerte der Bewegung des Bootes im Windsensor nicht vorliegen. Der Wahre Wind kann nur korrekt angezeigt werden, wenn der Windsensor als Wetterstation stationär an Land mit korrekter Nord-Ausrichtung installiert ist. Auf einem beweglichen Boot kann nur der relative Wind bzw. scheinbare Wind angezeigt werden.

Die Windrichtungsanzeige reagiert nicht

  • Ist der Magnet richtig herum eingebaut?  (korrekte Nord-Süd-Ausrichtung)
  • Ist die Feldstärke des Magneten ausreichend stark? (Magn. Flux Density muss größer 1000 mT sein)
  • Ist der Abstand des Magneten zum Chip hinreichend klein? (ca. 1 mm Abstand)
  • Ist der richtige Wind Sensor Type unter Device Settings ausgewählt? (Yachta)

Die Windspeedanzeige funktioniert nicht richtig

  • Ist der Hallsensor nah genug am Magnetkranz? (ca. 1 mm Abstand)
  • Sind die Magnete richtig herum eingebaut? (korrekte Nord-Süd-Ausrichtung)
  • Hat die Achse zu großes Spiel? (Der Magnetkranz darf nicht hin und her pendeln und den Abstand zum Hallsensor verändern)

Die Windspeedanzeige zeigt den doppelten Speed an

Das Problem wird häufig durch falsche Ausrichtung der Magnete im Magnetkranz verursacht. Die Magnete müssen eine abwechselnde Polarität haben. Sind alle Magnete gleich ausgerichtet, so werden 4 Impulse anstatt 2 Impulse erkannt. Die Geschwindigkeit ist damit um den Faktor 2 zu hoch. Am einfachsten ist es, wenn man die Magnete vor dem Einbau alle zusammen aneinander haftet und einzeln abnimmt und eine der anhaftenden Seiten markiert, z.B. immer die linke Seite. So kann man beim Einbau die Ausrichtung des Magnetfeldes sehr einfach kontrollieren. Mit einem Handkompass wäre das durchaus auch möglich, wenn auch etwas schwieriger.

Die Android App lässt sich nicht unter Android 11 installieren

Ab Android 11 wurden die Sicherheitseinstellungen verschäft und es lassen sich keine Apps (apk-Dateien) mehr von externen Quellen installieren. Das soll verhindern, dass ungewollt Programme über Internetseiten instaliert werden. Jedes Mal wenn eine apk-Datei herunter geladen wird, wird deren Dateiendung automatisch umbenannt und die Datei kann nicht mehr zur Installation gestartet werden. Ein nachträgliches umbenenen der Datei in apk unter Android ist nicht möglich. Um die App trotzdem unter Android 11 installieren zu können, muss ein kleiner Umweg über die Dateitransfer-Funktion vorgenommen werden. Dazu wird die apk-Datei auf einem PC herunter geladen und über ein USB-Kabel in den Download-Ordner des Handys übertragen. Mit dem internen Datai-Manager von Android 11 kann dann die apk-Datei installiert werden.

Es ist keine Verbindung mit dem Windsensor über WiFi möglich

Nachdem der Windsensor mit 12V versorgt wird, öffnet sich nach 30s das WiFi-Netzwerk des Windsnesors mit dem Namen NoWa. Das Passwort lautet 12345678. Einige Handy und Tabletts können nicht korekt damit umgehen, dass der AsseccPoint des Windsensors keine Internetverbindung hat. Immer wenn man die Webseite http://192.168.4.1 aufrufen möchte wird die Anfrage in das Internet geleitet anstatt zum Windsensor. Das Routing im Handy bzw. Tablett ist nicht korrekt. Das selbe Problem tritt auch bei der Android-App auf. Um den Fehler zu beheben kann man die Mobilfunk-Verbindung des Handys zum Internet trennen. Danach wird der Windsensor Yachta wieder gefunden.

Wenn ich die Spannung zuschalte, dann wird in AVnav oder OpenPlotter der Windsensor nicht automatisch angebunden

Wird AVnav oder OpenPlotter auf einem Raspi verwendet und stellt der Raspi gleichzeitig den AccessPoint bereit mit dem sich der Windsensor verbinden soll, so dauert es eine gewisse Zeit nach dem Zusschalten der Versorgungsspannung bis das Linux-Betriebssystem hochgefahren ist und der Access Point bereit ist. Die Boot-Phase kann 2…3 min dauern. Wenn zeitgleich die Versorgungsspannung des Windsensors zugeschaltet wird, so versucht der Windsensor 30s lang sich in das externes WiFi-Netzwerk des Raspi einzubuchen. Da der Raspi aber wesentlich mehr Zeit zum Booten benötigt als der Windsensor, scheitert die Herstellung der WiFi-Verbiundung. Unter Device Settings kann das Connection Timeout von 30s auf 2 min oder mehr eingestellt werden. Dann wartet der Windsensor entsprechend länger bis das Connection-Timeout kommt. Mit der blauen LED auf der Platine kann die WiFi-Verbindung überprüft werden. Ist die LED aus, so hat sich der Windsensor in ein externes WiFi-Netzwerk als Client eingebucht. Wenn Daten übertragen werden, bitzt die blaue LED kurz auf.

Die Anzeige der Daten vom Windsensor ist sehr träge

Wenn sich das Schalenrad nicht deht, wird das Sende-Intervall der Datentelegramme von 1s auf 3s erhöht, um  nicht unnötig viele Daten zu senden, denn bei Windstille macht es nicht viel Sinn dauerhaft die selben Daten zu senden. Wenn der Windsensor zu Hause ohne Wind getestet wird, dann kann es bis zu 3s dauern, bis Windspeed-Daten kommen, wenn man das Schalenrad dreht. Für Tests zu Hause eignet sich der Demo Mode ganz gut, bei dem permanent simulierte Daten für Windrichtung und Windspeed erzeugt werden. Die Einstellungen könne unter Device Settings über den Server Mode vorgenommen werden.

Ich sehe keine Temperaturwerte

Wenn unter Wind Values kein Temperaturwert angezeigt wird, dann ist vermutlich der Temp Sensor Type unter Device Settings nicht richtig ausgewählt. Der Wert muss auf DS18B20 stehen. Andere Temperatursensoren als der DS18B20 werden beim Windsensor Yachta nicht unterstützt.

Ich sehe keine Messwerte für Luftfeuchtigkeit und Luftdruck

Der Temp Sensor Type BME280 kann beim Windsensor Yachta nicht verwendet werden, da er nicht auf der Platine verbaut ist. Eine Anzeige der Luftfeuchtigkeit und des Luftdrucks sind nicht möglich.

Ich habe noch einen Fehler entdeckt, was kann ich tun?

Falls Sie noch einen Fehler entdeckt haben, so können Sie uns gerne über das Kontaktformular der Webseite informieren. Beschreiben Sie den Fehler möglichst so, dass er nachvollzogen werden kann. Wir leiten den Fehlerbericht an den jeweiligen Projekteigentümer weiter und bitten ihn um Korrektur. Sie können aber auch selber einen Fehlerbericht als Issue bei GitLab auf der Projektseite einreichen. GitLab informiert dann den Projekteigentümer automatisch.

Ich habe hier keine Lösung für mein Problem gefunden

Falls Sie hier keine Lösung für Ihr Problem gefunden haben, können Sie bei GitLab unter Issues nach bekannten nicht gelösten Problemen nachsehen. Schauen Sie auch unter Closed Issues nach. Dort sind auch einige Lösungen zu aufgetretenen Fehlern beschrieben. Wenn Sie möchten, können Sie sich auch Hilfe bei anderen Seglern im Deutschen Segeln-Forum holen. Dort gibt es viele Interessierte, die bereits erfolgreich einen Windsensor Yachta zusammen gebaut haben und Ihnen helfen können. Sie können dort in Deutsch oder Englisch kommunizieren.

Technische Daten

Bezeichnung Wert / Wertebereich Bemerkung
Messdaten
Windgeschwindigkeit 0…40 m/s, 0…78 kn
Start Geschwindigkeit 1 m/s
Windrichtung 0…360 °
Auflösung Windrichtung 0,1 °
Funktionstyp magnetisch
Kalibrierung Steigung, Offset
Umgebungsbedingungen
Umgebungstemperatur 0…60 °C
Lagertemperatur -10…80 °C
Luftfeuchtigkeit 0…100 %
Duchtheitsklasse IP63, IPX3 gegen Sprühwasser geschützt
Stromversorgung
Versorgungsspannung 7…25V verpolungssicher
Leistungsaufnahme 0,4W typisch
Datenübertragung
Netzwerkart WiFi 11 bgn 2,4 GHz
Datenrate 3 MBit/s
Reichweite ca. 50 m im Freifeld
AccessPoint ja max. 3 Clients
Webserver ja, Port 80 Bedienseiten
JSON-Datenserver ja, Port 80 Control-Daten
TCP-Datenserver ja, Port 6666 NMEA0183 Datenstream
Serielle Schnittstelle ja, 3,3V Pegel NMEA0183, Debugdaten, parametrierbar
mDNS ja abschaltbar
NMEA0183 Sentences
MWV Winddaten
VWR Winddaten
VPW Performance-Daten
INF Custom Code
Unterstützte Software
Linux AvNav, OpenPlotter, OpenCPN
Android Windsensor App, AVnav, OpenCPN, Navionics, WinGPS pro
Windows WinGPS
iOS NMEAremote, Navionics
Dimensionen
Abmessungen 175 x 120 x 150 mm ohne Rohr und Fuß
Gewicht 150 g mit Rohr und Fuß
Materialien
Kunststoff PETG: Gehäuseteile lackiert
Metalle Alu: Halterohr eloxiert
V2A: Spitze, Schrauben, Muttern
Sonstiges
CE keine
UL keine
Garantie keine
Lizenzen CC-BY-NC-SA Hardware, Doku
GPL 3.0 Software

Meinungen und Tipps

Wir hoffen, dass diese Anleitung Ihnen eine Hilfe war, das Projekt erfolgreich umzusetzen. Ihre Meinungen und Tipps sind uns wichtig. Bitte teilen Sie uns mit, ob Sie mit der Anleitung zurecht gekommen sind, Schwierigkeiten hatten oder Tipps haben, wo wir die Dokumentation verbessern sollten. Benutzen Sie am besten dazu unser Kontaktformular. So können wir eine hohe Qualität der Nachbauanleitung und eine erfolgreiche Projektumsetzung ermöglichen.

Hinweise

* Erfordert eine 3D Grafikkarte die WebGL unterstüzt

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Ventus W132 – Umbau zum NMEA2000 Windsensor

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb.: Außenansicht

  • NMEA0183 und NMEA2000
  • Nur drei weitere Teile (ESP32, Spannstift, CAN BUS) nötig
  • Winkelauflösung in 0,1°-Schritten
  • Darstellung der Daten im Browser möglich (im AP-Modus auch ohne fremdes Netzwerk)
  • Code vollständig kommentiert auf GitHub

Dieses Projekt beschreibt den Umbau des Ersatzwindmessers Ventus W132 mit minimalem Materialaufwand. Das gesamte Projekt lässt sich, inklusive Kauf des W132, für weniger als 50€ umsetzen.

Die ausführliche Dokumentation zum Umbau sowie die kommentierte Software befinden sich auf GitHub: https://github.com/jukolein/W132.

Der entsprechende Thread im SegelForum befindet sich hier: https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board195-open-boat-projects-org/81141-boots-windsensor-ventus-w132-f%C3%BCr-50-euro/.

Da hierbei bereits bestehende Hardware modifiziert wird, entfallen viele kritische Arbeitsschritte wie das Drucken des Gehäuses oder die Nachbearbeitung für Witterungsbeständigkeit.

Die Windgeschwindigkeit wird über einen Hallsensor, die Richtung mittels magnetischem Rotationssensor gemessen. Dies ermöglicht gerade hinsichtlich der Windrichtung extrem genaue Angaben.

Die Größe des Gehäuses erlaubt den Einsatz eines ESP32, womit die Erstellung und Aussendung nicht nur von NMEA0183-Datagrammen via WiFi, sondern erstmals auch von NMEA2000-Daten möglich wird.

Zusätzlich können die Daten grafisch im Browser dargestellt werden. Über eine Einstellungsseite kann etwa der Sensor kalibriert oder das Aussenden von NMEA2000-Daten aktiviert/deaktiviert werden .

Auch eine Softwareaktualisierung  über das Netzwerk ist möglich.

 

Abb.: Schaltbild

 

Abb.: Materialliste

 

Abb.: Einstellungen

Wetterdaten per SMS und Satellit

Philippe aus Frankreich hat uns ein interessantes Projekt vorgestellt wie man als Blauwasser-Segler mit einem günstigen Satelliten-Kommunikationsgerät per SMS an Wetterdaten an jedem Punkt der Erde herankommt. Wir wollen es hier einmal vorstellen. Wer weitab vom Festland mit seinem Boot unterwegs ist benötigt täglich verlässliche Wetterdaten zur Routenplanung. Die Wetterdaten lassen sich auf unterschiedliche Art und Weise beschaffen:

  • Internetverbindung über Satellit
  • Kurzewelle Pactor-Verbindung zum Festland
  • Kurzewelle Wetterfax
  • Langwelle Kurzform-Wetterdaten

Im Zeitalter von überall verfügbaren Internet besteht aber der hohe Kostenaufwand für eine Satellitenanlage mit entsprechendem Datendurchsatz. Sowohl die Hardware ist teuer als auch die Datenvolumen. Funkgeräte für Kurzwelle sind ähnlich teuer wie Satellitenanlagen und benötigen viel Strom. Allen ist gemeinsam, dass sie viel Platz und Energie für die Datenübertragung der Wetterdaten benötigen.

Abb. Kurzwelle-Wetterdaten

Philippe hat einen günstigen und einfachen Weg gefunden wie man mit einem günstigen Satelliten-Kommunikationsgerät Wetterdaten beziehen kann. Satelliten-Kommunikationsgeräte wie das InReach mini  von Garmin sind kleine Satelliten-Handys mit eingeschränkter Funktionalität mit denen kein Sprachbetrieb möglich ist, aber ein niedrig priorisierter langsamer Datenaustausch möglich ist. Solch ein Gerät bekommt man ab ca. 350 Euro. Es lassen sich damit bidirektional Kurznachrichten wie SMS, Mail, versenden. Neben der Übertragung der GPS-Position als Position-Tracking kann das kleine Gerät auch zum Empfang einfacher Wetterdaten und als SOS-Notrufsender verwendet werden. Aufgrund der eingeschränkten und einfachen Funktionalität werden zum Gerät günstige Datenvolumen angeboten mit einer Monatsgebühr von ca. 60 Euro.

Abb. InReach mini Satelliten-Kommunikationsgerät

Die Grundidee der Wetterdatenbeschaffung besteht darin eine SMS mit der GPS-Position und dem gewünschten Geobereich der Wetterdaten an eine Landstation zu senden, die dann als Antwort die gewünschten aktuellen Wetterdaten oder Daten der Wettervorhersage per SMS zurücksendet. Als Landstation fungiert ein gewöhnliches Handy, dass mit Hilfe einer Server-App auf SMS Nachrichten antworten kann und Wetterdaten aus dem Internet bezieht. Eingehende SMS mit Anfragen werden vom Server bearbeitet und die nötigen Wetterdaten bei stormglass.io herunter geladen und in einzelne SMS Mitteilungen zerlegt und zum anfragenden Handy zurück gesendet. Da eine SMS-Nachricht nur 160 Zeichen übertragen kann, müssen die Anfragedaten und Antwortdaten entsprechend kompakt aufbereitet werden. Dazu hat Philippe drei Apps geschrieben die eine Kodierung bzw. Dekodierung der SMS-Nachrichten ermöglichen als auch eine Serveranwendung zur Bereitstellung der Wetterdaten. Als Anfragedaten werden der aktuelle GPS-Standort, der Seebereich und die Art der Darstellung in Form eines Distanzfaktors übermittelt. Mit dem Distanzfaktor kann die Darstellungsform der Wetterdaten verändert werden. Entweder auf den Orts zentriert oder vorausschauend in Fahrtrichtung.

Abb. Funktion des Distanzfaktors (links: 0.0, mitte: 0.5, rechtes: 1.0)

Mit der Kodierung-App  werden die Anfragedaten Base64 kodiert und in Form eines Text-Strings ausgegeben, den man in das Satelliten-Kommunikationsgerät InReach mini übertragen kann. Für das InReach mini gibt es eine weitere App mit der man die Bedienung des Gerätes vornehmen und die SMS übertragen kann. Nach einer gewissen Antwortzeit vom Satellitensystem, die zwischen 5…20 min dauern kann, erhält man eine gewisse Anzahl von Base64 kodierten SMS-Antworten die man wieder mit der Dekodierungs-App umwandeln kann.

  

Abb. Kodierungs- und Dekodierungs-App

Abb. Nicht dekodierte SMS-Antworten für mehrere Datenpunkte

Die SMS-Antworten enthalten folgende Informationen in Form von KML-Daten:

  • Zeitstempel ( YYYY-MM-DD HH:mm UTC)
  • Luftdruck in hPa
  • Sicht in Seemeilen
  • Wolkendecke in 1/8 (0 = klarer Himmel, 8 = bedeckter Himmel)
  • Lufttemperatur in Grad Celsius
  • Richtung (Wind aus in °) und Windgeschwindigkeit mit Böen in kt
  • Richtung (Strömung kommend in °) und Geschwindigkeit der Meeresströmung in kt
  • Wellenrichtung und Dünung in Grad (ausgehend in °)
  • Wellenhöhe (gemessen zwischen Kamm und Tal) in Metern
  • Wellenperiode (Anzahl der Sekunden, die den Durchgang von 2 aufeinander folgenden Spitzen trennen) in Sekunden

Die KML-Daten lasen sich dann in beliebigen Programmen wie Google Maps, Google Earth o.ä. einfügen und visualisieren. Es gibt auch kostenlose Anwendungen für Android und iOS wie z.B. Guru Maps mit denen sich die Wetterdaten auch in Offline-Karten darstellen lassen.

Abb. Dekodierte KML-Daten

Abb. Guru Maps

Abb. Informationen des Datenpunktes

Zusammenfassung

Mit dem von Philippe vorgestellten System können kostengünstig Wetterdaten via Satellit empfangen werden. Das Equipment besteht aus einem kleinen Satelliten-Kommunikationsgerät und einigen Apps sowie einem Handy mit Internetzugang, das als Landstation zur Bereitstellung der Wetterdaten dient. Die Apps übernehmen sowohl die Kodierung als auch Dekodierung der Daten und ermöglicht die Anzeige der Wetterdaten in einer Offline-Karte auf einem Handy oder Tablett. An dieser Stelle sei aber erwähnt, dass keine umfangreichen großräumigen und detaillierten Wetterdaten empfangen werden können wie bei offiziellen Wetterkarten. Jede Antwort-SMS entspricht dann genau einem Datenpunkt in der Wetterkarte. Sinnvoller Weise kann man nur wenige Wetterdaten abrufen, die das nähere Umfeld abdecken in dem man sich mit seinem Boot bewegt. Das vorgestellte System lässt sich gut auf kleinen Booten verwenden wo wenig Platz zur Verfügung steht. Neben der SOS-Notruffunktion kann das InReach mini auch noch für andere Arten der Kommunikation oder des Trackings verwendet werden und ist eine sinnvolle Ergänzung des Equipments an Bord. Dadurch das die Server-App auf einem eigenen Handy an Land läuft, hat man das komplette System in der Hand und ist nicht auf fremde teure Dienstleister angewiesen.

Wer möchte, kann die Abfrage der Wetterdaten auch mit einem gewöhnlichen Handy machen und so die gesamte Funktionalität auch ohne Satelliten-Kommunikationsgerät testen. Dazu schickt man eine SMS an das Handy mit der Server App und erhält die Wetterdaten als Rückantwort.

Das ist eine sehr, sehr coole Idee…. Viel Spaß beim Testen.

Link

Webseite: https://mikeno.fr/meteo-sms-en.html

Quellcode und App für Android

Quellcode für iOS

 

Windsensor Yachta

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb: Windsensor Yachta

Der Windsensor Yachta ist eine Weiterentwicklung eines Windsensors vom User Yachta der bei Thingiverse vorgestellt wurde. Das technische Funktionsprinzip basiert auf einem Hallsensor für die Messung der Windgeschwindigkeit und auf einem magnetischen Rotationssensor zur Messung der Windrichtung. Udo aus dem Segeln-Forum hat die Idee aufgegriffen und einige Verbesserungen am Windsensor vorgenommen. Das Schalenrad des Windrades wurde in mehrere Teile zerlegt, so dass der 3D-Druck einfacher wird. Zusätzlich hat er die Elektronik überarbeitet. Dabei ist ein anderer magnetischer Rotationssensor ausgewählt worden, der einfacher zu beschaffen ist. Als Auswerte- und Kommunikationseinheit wird der bei Bastlern beliebte ESP-12E verwendet. Neben dem Yachta Windsensor hat Udo auch noch einen weiteren Windsensor neu konstruiert und einige Punkte im mechanischen Aufbau weiter verbessert. Die Zielsetzung bei Udos Konstruktionen war, dass sich die Windsensoren einfach nachbauen lassen ohne Spezialteile aus Metall zu benötigen. Alle nötigen Teile kann man als Hobbyist im Fachhandel und im Baumarkt beziehen.

Sowohl Udo als auch Jukolein haben eine Firmware für den Windsensor Yachta geschrieben die unterschiedliche Funktionalitäten aufweisen. Mit beider Firmware können die Messdaten als NMEA0183 Telegramme per WiFi übertragen und in entsprechender Software wie z.B. AVnav, OpenCPN verarbeitet werden. Bei der Firmware von Jukolein können die Messdaten auch auf einer Webseite angezeigt werden. Die Firmware von Norbert die für den Windsensor WiFi 1000 verwendet wird, kann auch für den Windsensor Yachta genutzt werden. Diese Firmware ist universell und unterstützt auch andere kommerzielle und nicht kommerzielle Windsensoren. Von der Funktionalität her bietet diese Firmware die größten Möglichkeiten und besitzt ebenfalls eine Weboberfläche zur Visualisierung und Bedienung.

Abb: Platine Windsensor Yachta

Abb: Eingebaute Platine

Die Platine von Udo wurde noch einmal von Norbert überarbeitet und in einigen Punkten verbessert. Die Platine kann unkompliziert über das Internet bei Aisler in kleinen Stückzahlen bezogen werden. Alle notwendigen Fertigungsdaten sind bei Aisler hinterlegt. Der Bestellvorgang ist denkbar einfach.

Dieser Windsensor verdeutlicht sehr anschaulich welche Möglichkeiten DIY-Projekte mit Open Software und Open Hardware bieten. Ohne die Offenheit wäre eine Weiterentwicklung und Verbesserung durch unterschiedliche Personen kaum möglich gewesen.

Eigenschaften Windsensor Yachta

  • Messung von Windspeed 0…75 kn und Windrichtung 0…360°
  • Winkelauflösung 0,1°
  • Robuste Mechanik (3 Kugellager)
  • Ohne Spezialteile aus Metall
  • Alle Bauteile findet man im Fachhandel und Baumarkt
  • Einfache 3D-Teile
  • Gewicht ca. 210g
  • Wetterfest und UV-stabil
  • Keine Kabel für Sensorsignale notwendig
  • Digitale Signalübertragung per WiFi
  • Versorgungsspannung 6…25V
  • Stromaufnahme 30mA @ 12V (0,36W)
  • 12V Versorgung  über Toplicht möglich
  • ESP8266 für WiFi und Datenübertragung
  • Aktualisierungsrate 1 Messwert pro Sekunde
  • Kein Einbauinstrument notwendig
  • Visualisierung in OpenPlotter auf einem  Laptop, Handy oder Tablett
  • Webinterface zur Bedienung
  • Keine Extrasoftware notwendig (Display ist die Anzeige)
  • Unterstützt das NMEA 0183 Protokoll
  • Firmwareupdate via Internet möglich

Firmware Eigenschaften

Udo Firmware

  • Webkonfiguration für IP Einstellungen Port 80
  • UDP Port 2948
  • UDP NMEA0183 Telegramm MWV

Jukolein Firmware

  • Webkonfiguration und grafische Visualisierung
  • Webserver Port 80
  • UDP Port 8080
  • TCP Port 8080
  • UDP/TCP NMEA0183 Telegramm MWV
  • Firmwareupdate OTA via Arduino IDE

Wifi 1000 Firmware

  • Webkonfiguration und grafische Visualisierung
  • Webserver Port 80
  • TCP Port 6666
  • TCP NMEA0183 Telegramme MWV, VWR, VPW
  • TCP NMEA0183 kundenspezifische Telegramme INF, WST, WSE
  • JSON Schnittstelle über http://192.168.4.1/json
  • Firmwareupdate via Internet über GitLab
  • Android App

Nutzung

Der Windsensor Yachta kann gut in Kombination mit einem Raspberry Pi mit z.B. OpenPlotter oder AVnav benutzt werden. Der Raspberry Pi stellt dann einen Access Point im WiFi Netzwerk zur Verfügung. Der Windsensor verbindet sich mit dem WiFi Netzwerk und überträgt die NMEA0183 Datentelegramme zum Raspberry Pi. Alle Endgeräte verbinden sich ebenfalls mit dem WiFi Netzwerk und könne die Messdaten die von OpenPlotter oder AVnav aufbereitet wurden grafisch anzeigen.

Abb: Verbindungsmöglichkeiten

Eine direkte Kommunikation vom Handy mit dem Windsensor ist ebenfalls möglich, wenn keine Messdatenverarbeitungs-Software benutzt wird. In der Firmware des Windsensors ist ein kleiner Webserver implementiert der die Messdaten direkt anzeigen kann. Die Leistungsfähigkeit ist aber etwas geringer als bei einem Raspberry Pi. Es lassen sich sinnvoller Weise nur 2…3 Endgeräte gleichzeitig mit dem Windsensor verbinden und Daten anzeigen. Des weiteren gibt es auch eine Android-WebApp mit der sich die Messdaten anzeigen lassen. Die WebApp ist ein rahmenloser WebBrowser der die Inhalte der Webseiten anzeigt und gleichzeitig dafür sorgt, dass sich der Bildschirm des Handys nicht automatisch ausschaltet, solange die App läuft.

Nachbau

Für den Nachbau wurde ein Repository bei GitLab angelegt. Dort sind alle Fertigungsunterlagen zu finden. Die mechanische Zusammenbauanleitung besteht aus einer Bilderserie, die die einzelnen Schitte des Zusammebaus zeigen. Am einfachsten ist es, wenn man sich das komplette Repositors als Zip-Datei herunterläd. Die Platine kann mit Hilfe der Gerber-Daten bei einem beliebigen Platinenhersteller in Auftrag gegeben werden. Der einfachste Weg der Platinenbestellung geht über Aisler, da dort schon alle Gerber-Daten hinterlegt sind. Eine kleine Serie von bestückten und programmierten Platinen wurde aufgelegt. Bei Interesse können Sie hier eine Nachricht über das Kontaktformular hinterlassen.

Achtung: Wer die Platine selber bestückt, sollte darauf achten, dass die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers vor dem Einlöten auf 3.3V eingestellt wird. Anderenfalls wird sonst der ESP-12E durch Überspannung zerstört.

Eine ausführliche Zusammenbauanleitung ist hier zu finden: https://open-boat-projects.org/de/zusammenbauanleitung-windsensor-yachta/

 

Universelle Windsensor Firmware

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Die universelle Windsensor Firmware unterstützt verschiedene Windsensoren. Sie basiert auf der Firmware zum DIY Windsensor WiFi 1000 und wurde entsprechend um weiter Windsensor-Typen erweitert. Dabei können unterschiedliche Sensorarten, wie analog, magnetisch und digital angebunden werden. In der Firmware wird der entsprechende Windsensor ausgewählt. Weitere Einstellungen müssen nicht vorgenommen werden. Durch die Unterstützung kommerzieller Sensoren können deren Produkteigenschaften verbessert werden, da neben der kabelgebunden Datenübertragung auch eine Übertragung per WiFi möglich ist.

Folgende DIY Windsensoren werden derzeit unterstützt:

WiFi 1000 (ESP8266, 2x Hallsensor)
Yachta V1.0 (ESP8266, 1x Hallsensor, 1x AS5600 Magnetfeld-Rotations-Sensor)
Jukolein V1.0 (ESP8266, 1x Hallsensor, 1x AS5600 Magnetfeld-Rotations-Sensor)
Ventus W132 (mit Änderungen am Windsensor, externes Board, ESP8266, 1x Reed-Schalter, 1x AS5600 Magnetfeld-Rotations-Sensor, 1x BME280 Umweltsensor)

Zukünftig sollen folgende kommerzielle Windsensoren dazu kommen:

Davis Vintage Pro 2 (keine Änderungen am Windsensor, externes Board, ESP32, 1x Analog, 1x Hallsensor)
NASA / Clipper Windsensor (neues PCB-Borad im Windsensor, ESP8266, 1x Hallsensor, 1x AS5600 Magnetfeld-Rotations-Sensor)

Anschluss-Schema

Abb: Wemos D1 mini

Eingangsbelegung

Sensor-Typ Windgeschwindigkeit Windrichtung Temperatur
WiFi 1000 GPIO5 Hall-Sensor GPIO4 Hall-Sensor GPIO12 (1Wire) optional
Yachta V1.0 GPIO2 Hall-Sensor GPIO5 (SCL) AS5600*

GPIO4 (SDA) AS5600*

GPIO12 (1Wire)
Jukolein V1.0 GPIO2 Hall-Sensor GPIO5 (SCL) AS5600*

GPIO4 (SDA) AS5600*

GPIO12 (1Wire)
Davis Vintages Pro 2 GPIO7 Hall-Sensor A0 (Analog) GPIO12 (1Wire) optional
Ventus W132 GPIO14 Reed-Schalter*** GPIO5 (SCL) AS5600* ,BME280**

GPIO4 (SDA) AS5600* ,BME280**

GPIO12 (1Wire) optional
NASA/Clipper V1.0 GPIO7 Hall-Sensor GPIO5 (SCL) AS5600*

GPIO4 (SDA) AS5600*

GPIO12 (1Wire) optional

Anmerkung: *AS5600 I2C-Adresse 0x36, ** BME280 I2C Adresse 0x76, ***Pullup 10k und 100n Entstör-Kondensator

Fernbedienung für Ankerwinch

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb: Funkfernbedienung

Oft ist es so, dass die Ankerwinch nur über fest verbaute Schalter bedient werden kann und die Schalter so angebracht sind, dass man den Ankerfall bzw. das Aufholen nicht richtig einsehen kann. Wesentlich praktischer ist der Einsatz einer zusätzlichen Fernbedienung. Dadurch kann man von jedem beliebigen Ort aus die Ankerwinch bedienen und unterliegt keinen Einschränkungen mehr. Besonders für Einhandsegler ist das von großem Vorteil.

Als Lösung bieten sich Nachrüst-Bausätze an, die man in verschiedenen Varianten im Internet erwerben kann. Die Fernbedienung sollte mindestens über zwei unabhängige Schaltkanäle verfügen und einen Tippbetrieb ermöglichen. Man sollte darauf achten, dass die Fernbedienungs-Empfangseinheit über potenzialfreie Schaltkontakte verfügt (Relais). So lässt sich die Fernbedienung durch einfaches parallel schalten der Schaltkontakte an den vorhandenen Schaltern einfügen.

Eigenschaften der Fernbedienung

  • 433 MHz Funktechnik
  • 2-Kanal (auf / ab)
  • Tippbetrieb
  • Reichweite ca. 30 m
  • Funksender mit Batterie (12V, nicht wasserdicht)
  • 2 potenzialfreie Schaltkontakte als Ausgang
  • Stromversorgung 12…24V
  • Eigenverbrauch Empfangseinheit ca. 50 mA bei 12V

Abb: Anschlussbelegung der Empfangseinheit

Fernbedienung für Raymarine Evo Pilot

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb: Fernbedienung für Raymarine Evo Pilot

Der User matztam aus dem segeln-forum hat eine Fernbedienung für den Raymarine Evo Pilot vorgestellt. Die Fernbedienung funkt auf 433 MHz und setzt die empfangenen Signale in das NMEA2000 Netzwerk um. So lassen sich die Einstellungen für den Autopiloten von Raymarine sehr komfortabel mit vornehmen. Die Fernbedienung besteht aus zwei Teilen. Einmal aus dem Hand-Bedienteil und zum Zweiten aus einem Funk-Empfänger QIACHIP RX480E / TX118SA. Das Gehäuse der Fernbedienung besteht aus 3D-gedruckten Teilen. Die gummierten Tasten ebenso. Die Front- und Rückseite wurden aus Plexiglasplatten ausgelasert. Ein Arduino STM32F103 dekodiert die empfangenen Funksignale und leitet sie dann in das NMEA2000 Netzwerk ein. Die Fernbedienung besitzt eine kontaktlos ladbare Batterie (Qi) wie auch Handys aufgeladen werden können.

Bei Github findet man zum Nachbau der Fernbedienung alle nötigen Unterlagen.

https://github.com/matztam/raymarine-evo-pilot-remote

Die Fernbedinung besitzt folgende Merkmale:

  • Funktechnik 433 MHz
  • Tasten: +1, -1, +10, -10, Stand By, Auto, Wind, Track
  • LiPo-Akku
  • Qi Ladetechnik (kontaktlos)
  • Empfangseinheit
    • Arduino STM32F103
    • NMEA2000
    • Bussteckverbinder

Abb: Gehäuse-Stack

Abb: Gummitasten 3D gedruckt

Abb: Gehäuse-Zwischenteile

Abb: Platine mit Tasten

Abb: Qi-Ladeelektronik

RS422 Konverter für Clipper Windinstrumente

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb.: Clipper Windinstrument (Clipper)

Einige ältere Modelle der Clipper-Windinstrumente besitzen auf der Rückseite einen 5-polige DIN-Buchse für ein Tochterdisplay. Über diese DIN-Buchse werden auch die Winddaten als NMEA0183 ausgegeben. Leider entsprechen die Signale nicht dem RS422 Standard und man kann sie nicht sinnvoll weiter verwenden. Als Ausgangssignal werden 5V-TTL-Pegel verwendet mit sehr geringer Strombelastbarkeit. Diese Signale können nicht direkt von RS422 verarbeitet werden. Mit einer kleinen Schaltung als Pegelanpasser kann aus dem unipolaren 5V-TTL-Sende-Signal ein differenzielles Signal nach RS422-Standard erzeugt werden.

Abb.: RS422 Wandler für Clipper Wind V1.0 mit DIN-Buchsen

Abb.: Clipper Wind V1.0 mit DIN-Buchse (rechts unten) (Clipper)

Die Schaltung besteht aus einem Spannungswandler LM7805 (IC2) für eine 5V-Stromversorgung für IC1 und zwei Komperatoren die sich in einem LM358N (IC1) befinden. Die Versorgungsspannung der Schaltung wird vom NASA/Clipper-Windinstrument abgegriffen (Pin 2 und 4). Das 5V-TTL-Datensignal T+ von Pin 3 wird dem Komparator IC1A zugeführt und mit einem 1V-Referenz-Signal verglichen, dass über den Spannungsteiler R6 und R7 erzeugt wird. Signale von T+ die größer als 1V sind werden als ein High-Signal erkannt und es wird ein 5V-Signal an A+ ausgegeben, das ca. 20mA an Last treiben kann. Dieses verstärkte Signal wird dem zweiten Komparator IC1B zugeführt, der ein invertiertes Signal an A- ausgibt, das ebenfalls ca. 20mA an Last treiben kann. Damit werden die beiden differenziellen Signale A+ und A- für RS422 erzeugt.

Bei der neueren Variante V2.0 von Clipper Wind ist keine DIN-Buchse mehr verbaut und die Anschlussbelegung ist etwas anders. Die obere Schaltung kann aber auch für die neuere Variante verwendet werden.

Abb.: NMEA0183-Anschüsse für Clipper Wind V2.0 (Clipper)

Die Schaltung kann auf einer Lochrasterplatine aufgebaut und in einem kleinen Gehäuse untergebracht werden. Mit der Schaltung lassen sich sowohl das Hauptdisplay als auch das Tochterdisplay gleichzeitig betreiben und die ausgeleiteten Signale können z.B. in SignalK über einen RS422-USB-Wandler eingespeist werden.

Im Internet findet man auch eine etwas einfachere Schaltung für eine RS232-Schnittstelle. Je nach verwendeten RS232-USB-Wandler funktioniert die Schaltung oder auch nicht. Eine sichere Funktionsweise ist nicht immer gegeben und hängt vom verwendeten RS232-Chip ab, da einige Chips auch nicht RS232 konforme Signale verarbeiten können. Nachteil dieser einfachen Schaltung ist allerdings, dass ein Tocherdisplay nicht gleichzeitig betrieben werden kann, da der Ausgangstreiber in der Haupteinheit zu wenig Strom liefert.

Hier ist noch ein interessantes Projekt wo mit einem Wemos D1 mini die NMEA0183-Telegramme per WiFi benutzt werden können:

https://hackaday.io/project/12986-nasa-wind-decoder

 

Wetterfax mit Weltempfänger

Jürgen hat im Segeln-Forum einen Wetterfaxempfänger vorgestellt den ich hier gerne vorstellen möchte. Zum Empfang von Wetterfaxen wird ein einfacher Weltempfänger und die Wetterfax-App HF WEATHER FAX verwendet. Empfehlenswert sind folgende zwei Weltempfänger von Sony, die sich bewährt haben:

  • ICF-2001D
  • ICF-SW7600

Abb.: ICF-2001D

Je nach Fahrtgebiet wird die entsprechende Kurzwellen-Sendefrequenz im Weltempfänger eingestellt. Mit der App wird über das Mikrofon die digital kodierte Aussendung empfangen und entsprechend als Bild dargestellt. Die codierte Aussendung ist ein niederfrequentes Signal (NF-Signal) im Frequenzbereich des menschlichen Gehörs, das an die alten analogen Modem-Zeiten erinnert. Hier ein Beispiel wie sich das anhört:

Wetterfax Audiobeispiel

Abb.: Wetterfax-App

Die kostenpflichtige Android Wetterfax-App HF WEATHER FAX kümmert sich dabei um folgende Dinge:

  • Manueller oder Automodus
  • Spectrum Analyzer für einfache Frequenzabstimmung und Empfang
  • Automatische Start- und Endton-Erkennung (im Automodus)
  • Synchronisation zum Beginn der Aussendung (im Automodus)
  • Automatisches Speichern der Wetterbilder auf SD-Card (im Automodus)
  • Automatische Korrekturfunktionen bei Störungen
  • Auto Scroll Mode
  • Bild Zoomfunktion
  • Schwarz/Weiß-Bild mit Schwellwerteinstellung
  • Speicherung historischer Wetterfaxe
  • Timerfunktion für automatische Aufnahme

Im Grunde genommen nimmt die App wichtige Funktionen der Empfangseinstellungen ab und vereinfacht damit die Bedienung. Die Wetterfaxe werden je nach Region über verschiedene Frequenzen und zu festen Zeiten ausgesendet. Nachfolgend eine weltweite Übersicht:

Frequenz- und Sendeplan für Wetterfaxe

DWD Wetterfax Sendeplan