Le premier élément de mesure de la station sera le capteur de température et d’humidité relative. Tout simplement car la température est un peu la donnée reine qu’on associe immédiatement à la météo, et puis l’humidité relative, car le capteur fait les deux.

Présentation globale

Partie électronique

Le capteur sera un Sensirion SHT41, mais en adaptant le code source, n’importe quel capteur I2c pourra faire l’affaire, à condition qu’il ai un mode veille avec une consommation de quelques µA seulement et une tension d’alimentation minimum inférieure à 2.5V (ou il faudra revoir la taille de la cellule solaire, du supercap et du régulateur de tension).

L’alimentation électrique se fera avec une petite cellule solaire et avec un super-condensateur de plusieurs Farads. Le microcontrôleur utilisé sera un atmega328p-au, celui qu’on retrouve sur les Arduino nano. Ce n’est pas ce qu’il existe de plus récent, mais il est simple à utiliser, facile à souder manuellement, et il a un mode veille profonde plutôt performant, et j’en ai en stock.

J’ajouterai sur la même carte des entrées pour compter les impulsions, ce qui permettra d’utiliser le même circuit pour le pluviomètre ou l’anémomètre.

Côté transmission de données, il sera possible d’utiliser un NRF24 ou un module LoRa Ra01/Ra02 selon le besoin.

Partie mécanique

Côté boitier, l’imprimante 3D ne chômera pas, il sera de type Stevenson screen circulaire, imprimé en ASA (Acrylonitrile styrène acrylate) qui est plutôt résistant aux rayonnements UV. Il y aura un boîtier interne où logera le circuit pour mieux le protéger de l’humidité ambiante. En effet, sur mon ancienne station, même si l’intérieur était protégé de la pluie directe, le circuit avait fini par s’oxyder.

Partie logique

Le datagramme des données transmises.

 

Réalisation

Le circuit

Le schéma est assez simple, la partie alimentation est composée d’une cellule solaire, d’un super condensateur (ou plutôt de deux en série, vendu en module déjà préfabriqué), d’une diode Zener pour protéger ce dernier et d’un régulateur de tension de 2.5V qui va alimenter toute la partie logique. Un pont diviseur de tension activable avec deux mosfets permet de mesurer la tension du supercap.
L’atmega328p-au (le P est important, c’est pour PicoPower avec ses modes veille performants) fonctionne avec son horloge interne à 4MHz et donc il n’y a pas de quartz.
Les composants de l’encadré Pulse input ne sont pas nécessaires ici.

Les détails du circuit sur Oswhlab : https://oshwlab.com/sanglierlab/weather-station-remote-sensor

 

Le firmware

Il est fait sous PlatformIO (mais peut facilement être adapté pour être compilé sous Arduino IDE avec le package MCUdude/MiniCore). Pour rester dans les spécifications de l’Atmega concernant la fréquence CPU et la tension d’alimentation, il fonctionne à 4MHz avec l’oscillateur interne, donc attention de choisir le bootloader correspondant.

Il est pour l’utilisateur d’un NRF24, pour l’utiliser en LoRa il sera nécessaire de le modifier selon la librairie LoRa choisie.

Télécharger le code source du firmware : TemperatureHumidityFirmware

 

Le boîtier Stevenson

Les fichiers STL sont disponibles sur Printable : https://www.printables.com/model/1173424-stevenson-screen-v2-for-temperature-sensor ou à télécharger en zip : TemperatureHumidityHardware

Le boîtier est réalisé avec OpenScad. Chaque partie est à imprimer en un exemplaire, sauf Cup.stl, en autant d’exemplaire que nécessaire pour atteindre la hauteur désirée.
BoxSeal, CableSealSensor et CableSealPowerAntenna sont imprimés en TPU.

Quelques pièces de quincaillerie servent à assembler le tout :

• Tiges filetées M4 (x4) longueur selon le nombre de coupelles empilées
• Écrous M4 (x4) intégrées dans la dernière coupelle avec une pause lors de l’impression
• M5x?? (4x) Pour fixer la base (la longueur dépend donc de là où l’ont veux le fixer)
• M4x16 (2x) Bras pour panneau solaire
• M3x10 (5x) Boîtier électronique interne et support antenne
• M3x20 (4x) Couvercle du boîtier interne
• M3x6 (2x) Panneau solaire
• M2.5×5 (4x) PCB

 

La plupart des pièces externes sont imprimées en ASA, assez galère à imprimer sans caisson pour l’imprimante. Ça nécessite une température du plateau élevée (plus de 100°C) tout comme la température de la buse (260°C). Les pièces internes sont en PETG et quelques joints en TPU.

Le boitier interne et le capteur

Autre matériel utilisé :

• Connecteur JST-XH 4 fils pour le capteur
• Connecteur JST-XH 2 fils pour la cellule solaire
• Câble ipex/sma pour l’antenne
• Antenne 2.4GHz (mais on peut utiliser aussi l’antenne PCB du module NRF24 selon la portée)
• Mini panneau solaire 30mA/5V de 53x30mm.

Le module sur lequel se trouve le capteur est étanchéifié avec du silicone avec uniquement le SHT41 qui dépasse. Attention de ne pas boucher l’orifice du capteur.

Et le tout est fixé dans le boitier interne

Le boitier est ensuite refermé avec le capteur fixé dessus, il ne reste plus qu’à visser les coupelles