Une station météo avec MQTT et Node-Red

Une station météo avec MQTT et Node-Red

Les stations météo ont déjà été aperçues sur notre blog, mais aucune n'avait ce design "pagode", ni ce protocole de messagerie et c'est pourquoi elle fait l'objet d'un nouvel article.

Le but de cette station météo "low cost" est de la fabriquer avec les matériaux les plus basiques qu'il soit.


Les pagodes sont faites avec des assiettes en plastique. On vous le concède, pas tout le monde ne possède d'imprimante 3D, la structure de base de la station ne peut donc pas être reproduite par tout le monde. Il faudra improviser et trouver un boîtier étanche permettant d'accueillir toute l'électronique. On a opté pour un boîtier entièrement imprimé car on avait une totale liberté sur la forme et les pièces que l'on veut. Les fichiers seront bien-évidemment disponibles sur Thingiverse.
Comme mentionné dans le titre, nous allons utiliser Node-Red pour l'affichage des données, mais également MQTT comme protocole de messagerie.

Matériel:

L'équipement de cette station comprend:

Design:

On trouve bon nombre de stations météo fabriquées sur ce type de design, c'est pourquoi on a décidé de baser la structure de la nôtre sur le même principe.


Station complète vu du dessus Station complète vu du dessous
Aperçu de la station


En effet, ces pagodes permettent de préserver les capteurs à l'abri de la pluie, tout en ne faussant aucunement la mesure car les assiettes permettent une bonne circulation de l'air. En résumé, c'est comme si le capteur était en plein air, mais protégé des intempéries qui pourraient lui poser quelques soucis.

Le montage de l'électronique:

Voici le support qui va accueillir les cartes électroniques plus tard. Les cartes sont positionnées verticalement car si de l'humidité vient à rentrer dans le boîtier et qu'elle condense, elle coulera dans le fond du boîtier au lieu de stagner sur l'électronique. Pour une fixation plus durable, nous avons utilisés des inserts filetés M2.5 pour les modules et des M3 pour le Hub.


Le support de l'électronique nu Le support de l'électronique avec les inserts filetés
Support de l'électronique


Pour éviter de devoir effectuer les connexions au sein de la station via des connecteurs et câbles USB qui prendraient bien trop de place, on utilise des 1.27-1.27-11. Ce sont des connecteurs au pas de 1.27mm, qui permettent dans ce cas de remplacer le câble USB.


L'électronique côté capteurs L'électronique côté Hub
L’électronique sur son support


Voici le capteur du Yocto-Meteo-V2 déporté. Ce dernier a été séparé du reste du circuit car l'autre moitié du circuit contient le processeur et certains autres composants qui peuvent chauffer et donc falsifier la mesure. De plus il était plus judicieux d'exposer juste le capteur et non tout le module en entier aux intempéries. Il est monté sur un support imprimé et vissé dans des inserts filetés.

Le capteur déporté
Le capteur déporté


Pour finir, voici le capteur de luminosité, lui aussi déporté, le Yocto-Light-V3. Ce capteur doit être exposé directement pour pouvoir mesurer correctement l'intensité lumineuse. C'est pourquoi on a décidé de le couler directement dans de la résine d'inclusion (comme la Super SAP CCR), dans son support préalablement imprimé. Nous avons encore ajouté de l'isolant liquide derrière la résine car les contacts étaient encore apparents.

Le capteur déporté, pris au piège dans la résine
Le capteur déporté, pris au piège dans la résine


On a utilisé des connecteurs de la marque Binder pour assurer la connexion entre le boîtier électronique et les capteurs déportés. Nous avons déjà utilisé ces connecteurs dans un autre projet monté en extérieur, ils semblent bien résister aux intempéries. Ces connecteurs existent en différentes variétés, mais ils sont surtout pratiques car ils existent avec différents nombre de pôles pour la même taille.

Le connecteur Binder et le connecteur 1.27mm
Le connecteur Binder et le connecteur 1.27mm


Le support monté dans le boîtier avec 4 vis M3, voilà ce que ça donne:

L'électronique dans le fond du boîtier
L'électronique dans le fond du boîtier



Étanchéité?

Comme tout possesseur d'imprimante 3D le sait, le PLA imprimé est poreux, il ne tient donc pas l'eau. Comme il n'existe aucun solvant pour aplanir l'impression et donc pouvoir la rendre étanche, on a décidé de faire des tests.
On a alors imprimé un petit verre, qu'on a passé au vernis synthétique:

Vernis synthétique utilisé
Vernis synthétique utilisé


En appliquant entre 4 et 5 couches de cet aérosol, on a réussi à obtenir une étanchéité de notre impression pendant au moins 5 heures. On n'a évidemment pas besoin d'avoir une étanchéité parfaite car la station ne devrait pas être submergée dans l'eau, mais il faudrait que la pluie reste à l'extérieur du boîtier. Avec notre vernis, le boîtier devrait résister aux intempéries. En plus de fournir une protection, il est possible de poncer le vernis entre les couches pour un rendu plus propre de l'impression. Pour valider notre test, nous avons placé un Yocto-Meteo-V2 dans le boîtier afin de pouvoir comparer les taux d'humidités à l’intérieur et à l’extérieur du boîtier.

Le montage

Avant de commencer le montage de la station, il a fallu découper les assiettes. Pour les découper, on a utilisé des chablons (ou pochoirs) que l'on va venir placer sur l'assiette pour venir découper avec une fraiseuse à main. Voici les chablons:


Le premier chablon Le second chablon
Les chablons utilisés pour la découpe


Pour espacer les assiettes et faire tenir toute la structure de la station, on a utilisé des entretoises de 20mm:

La colonnette utilsée pour espacer les assiettes
La colonnette utilsée pour espacer les assiettes


Voici une animation montrant l'assemblage de la station:

Animation du montage de la station
Animation du montage de la station


Comme expliqué plus haut dans cet article, nous avons utilisé des inserts filetés pour chaque serrage, pour plus de fiabilité.

L'installation

La station météo sera installée à l'extérieur, contre le montant d'une pergola. Nous avons donc dessiné un support que nous avons imprimé, pour faire tenir la station au montant:

Le support de la station
Le support de la station


Les deux pièces en "U" viennent serrer le montant de la pergola, pour que la station tienne au montant sans devoir le percer.

Software

Nous voulons utiliser le protocole de communication MQTT pour envoyer les messages sur notre serveur web pour l'affichage, pour faire ceci nous avons déjà écrit un article concernant les hubs et le service MQTT. En effet les hubs de chez Yoctopuce sont capables de publier directement les données des capteurs sur MQTT. L'article ci-dessus explique la marche à suivre. On peut alors s'attaquer à la partie affichage sur notre serveur Web, Node-Red. Un autre article vient d'être publié concernant l'utilisation de Node-Red avec MQTT.
Voici une capture d'écran du flow de programmation Node-Red:

Le flot de programmation Node-Red
Le flot de programmation Node-Red


Et là, le rendu final avec l'affichage de données.

Le rendu de l'affichage des données
Le rendu de l'affichage des données



On peut voir dans la tuile "Case" un graphique de l'humidité sur les dernières 36 heures. On constate que l'humidité ne monte pas, ou du moins que très peu. On voit aussi en comparaison que la température dans le boîtier est supérieure à la température de l'air, ce phénomène est dû à l'électronique dans le boîtier qui chauffe, notamment le Hub Wifi. Maintenant il ne nous reste qu'a voir comment se comporte l'assemblage avec le temps.

Conclusion

Pour conclure, notre station semble fonctionner correctement à court terme. Il nous reste à voir si nos solutions d’étanchéité sont durables ou non. Nous allons laisser la station en place le plus longtemps possible et voir si celle-ci résiste aux intempéries comme on le désire ou non.

Améliorations

On a apprécié le design de la station avec les assiettes en plastique. On a donc prévu d'y ajouter un éclairage particulier, on en fera peut-être un post.

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