Thursday, February 21, 2013

Autonomous SMS weather station



Summary in english for our readers.

Back in 2008, Gérard Prat designed an autonomous SMS weather station composed of a 5m high pole, a set with anemometer, temperature and wind direction, a solar panel providing the power, a board with several microcontroler providing the intelligence and finally a GSM modem.  the principle is that you send a SMS to the weather station phone number and 20s later you received a reply from the station containing the usefule information plus some stats and alarm in relevant. Of course the system requires a subscription to a GSM network provider, but the cost is now very low, down to 2 Euros / months for unlimited SMS sending.
Gérad contacted me last week to inform me that he is now able to provide the "brain" of the weather station, that is to say the PCB with the set of microcontroler, and includes the GSM modem. You will still need to find a provide the rest, tah is to say the pole, the LACROSSE TECHNOLOGY anemometer, the solar panel, the waterproof case, and finally the SIM card. This make a very affordable solution for a club or association, that will offer a great service to all pilots.

You can contact Gérard at the following email address: gerard.prat (arobase) free.fr

Original article (in french):

Habitant en moyenne montagne dans une région peu ventée et vallonnée rendant l'aérologie compliquée, nous essayons chaque fin de semaine de nous trouver sur la bonne pente. Après avoir scruté le ciel et sucé tous nos doigts de la main pendant des années, l'idée qu'un système retransmettant direction et vitesse du vent de notre pente favorite mûrie.

En 1987, il y a plus de 20 ans, un premier système vu le jour. Il était interrogeable a distance par minitels interposés. La liaison entre le site et le minitel serveur se faisait via des émetteurs / récepteurs en 27MHZ alimentés par des batteries de voitures. Ce lourd système de conception perso et amateur avait une portée décevante, pratiquement à vue. Déçu, il fut démonté et plus vite oublié qu'il n'a demandé de temps et d'argent pour sa conception et fabrication.

Oublié…. enfin presque, le temps joua en notre faveur. Depuis des réseaux de téléphonies mobiles (GSM) couvrent pratiquement tout notre territoire. Les panneaux solaires sont devenus efficaces et de prix abordable. La microélectronique est devenue si populaire et bon marché qu'on en trouve jusque dans les stylos billes.

Il ne restait plus qu'à recommencer.

Le cahier des charges vous le connaissez, depuis n'importe ou sur terre, pouvoir connaître la direction du vent sur notre site de vols préféré, sans fabriquer une usine a gaz, nous n'avons pas gagné au Loto. Bien sur il n'y a ni eau ni électricité sur le site.

Vous l'avez compris, pour la communication nous avons adopté un réseau GSM de la téléphonie mobile, de nos jours qui n'a pas son " portable ", (moi avant). Et faire retourner les données du vent dans des SMS, permet de faire une électronique plus simple. Ce système n'étant pas très gourmant en énergie électrique une petite batterie au plomb, NiCd ou NiMh (12V/~3 a 4A) maintenue en charge par un panneau solaire de 4-5 Watts suffit pour alimenter l'ensemble.

Pour connaître la direction du vent, vous envoyez un SMS et 20 secondes plus tard vous recevez a votre tour un SMS en provenance de la balise avec la direction et la vitesse du vent, la température et quelques infos de diagnostiques comme le nombre de SMS envoyés pour le suivie de consommation de la recharge et la tension de la batterie. D'ailleurs si la tension de celle-ci arrive à un seuil critique, le système me prévient de ce problème en temps réel par SMS.

La balise est constituée : d'un mat haubané de 5 mètres au sommet duquel est monté un capteur anémomètre / girouette pour la mesure des paramètres du vent. D'un panneau solaire de 5W qui maintien en charge la batterie au plomb. D'un coffret étanche en plastique qui protége l'électronique, le module GSM et la batterie. Le modem GSM utilisé est un module de récupération, ancienne génération, qui a le défaut d'être gourmant en énergie. Toute l'électronique tient sur un petit circuit imprimé ou il y a très peu de composants électroniques. Sur ce circuit un microcontrôleur règne en maître et assure le déroulement des taches. Il lit et décode les signaux du capteur pour le vent et de la sonde température. Il gère le module GSM pour le traitement des SMS et coupe son alimentation a 20H et la rétablie a 8H le matin, pour économiser l'énergie de la batterie.

Malgré le mauvais temps persistant de l'été 2007, ce système a fonctionné de façon irréprochable et autonome, aucune intervention sur site n'a été nécessaire malgré 2 baisses de tension de la batterie du a des semaines de brouillard qui ont empêché sa recharge par le panneau solaire. Chaque fois le système a redémarré avec le retour du soleil et la recharge de la batterie. Les seules interventions ont été de réactiver la recharge GSM via le site Internet du fournisseur de téléphonie. Nous avons préféré la recharge à l'abonnement, en hiver nous sommes dans l'obligation d'arrêter et rentrer la balise pour lui éviter les sévisses du froid. Un SMS envoyé par la balise coûte 10 centimes d'Euros et la recharge est valable 3 mois. En 4 mois c'est 228 SMS qui ont été envoyés par la balise sur 234 appels reçus.


2013 update:


Gerard Prat peut vous fournir désormais la pièce maîtresse  un module électronique prêt à fonctionner pour l’installation de votre balise météo GSM, capable de vous envoyer par SMS les informations du vent depuis votre site préféré. 
Cette approche de balise ne prêtant pas rivaliser avec certaine balises hi-Tech mais son prix de revient la rend accessible pour les petites structures et associations.
Elle peut fonctionner dans tous les pays du monde, si un réseau GSM est présent. En Polynésie Française, sur une ile proche de Tahiti, un club de parapentistes, installe ce module balise sur leur site de vol.
Ce module de balise météo GSM convient aux sports aériens et nautiques, parapente, deltaplane, planeur   aéromodélisme, vol de pente, cerf volant, kite, etc.

En tache de fond, toutes les minutes, la balise enregistre la direction et la vitesse du vent, la température et la tension de la batterie. Ensuite elle regarde si des SMS lui sont adressés. Si c’est le cas, elle répond a l’appelant par l’envoi un SMS. Dans celui-ci il y aura l’heure de cette réponse, le nom du site d’installation de la balise, la direction du vent,  sa tendance sur 3 enregistrements (3MN). La vitesse du vent, sa vitesse maximum sur 15 relevés (15MN) et la température. Pour aider à sa gestion, sont également retourné dans ce SMS, la tension de la batterie, le nombre de SMS entrant et sortant, cela pour le responsable (administrateur) de la balise. Toutes les MN également la tension de la batterie est surveillée. Si elle passe en dessous d’un seuil défini, un SMS d’alerte est envoyé au responsable de la balise. Périodiquement également, elle vérifie le bon fonctionnement de son modem GSM, et si besoin elle le réactive. 

Pour ne pas consommer inutilement l’énergie de la batterie et pour diminuer son cout d’exploitation, la balise ce met en veille en fin d’après midi et ce réveille le matin, aux heures qui vous conviennent. Pendant ce temps les SMS ne rentrent plus. Ils ne seront pas pris en compte.
La balise sait s’adapter a un éventuel décalage horaire, s’il y a un dans son pays d’installation.


Pour fonctionner le module de la balise météo a besoin de :

  • Une alimentation en tension continue, (DC) comprise entre 8 et 15V et d’un courant minimum de 800 mAh. De base le module est prévu pour être alimenté par un panneau solaire avec batterie tampon et contrôleur de charge. Si vous en avez la possibilité, vous pouvez utilisez une alimentation secteur ayant les mêmes caractéristiques. Au repos, hors envoi de SMS, la consommation moyenne de la balise est de 80 mAh. Suivant les pays, une alimentation solaire complète coute entre 50 a 80 Euros (02/2013). 
  • Un anémomètre / girouette, de chez LACROSSE TECHNOLOGY. Ce trouve facilement sur internet pour moins de 50 Euros (02/2013).   
  • Une carte SIM dont le code pin est désactivée, en France dans le meilleur des cas, le cout d’exploitation peut être de 2 Euros par mois, SMS illimités (02/2013).
  • Un boitier étanche,  pour installer le circuit imprimé de la balise. Ce circuit mesure 145 x 85 x 25 mm. Choisir un boitier de couleur clair pour éviter la monté en température a l’intérieur de celui-ci, lors d’exposition au soleil. Pour éviter les grandes longueurs de câbles nuisibles au bon fonctionnement de l’ensemble, L’alimentation sera également installée dans ce boitier (batterie, contrôleur de charge ou alimentation secteur). Les trous de passage des câbles, de l’antenne du modem GSM, de l’anémomètre, de la sonde de température et du panneau solaire seront percés sous le boitier. L’étanchéité est ainsi plus facile à obtenir. Et sera parfaite avec du silicone, évitant ainsi l’installation d’insectes a l’intérieur du boitier. Choisir de préférence un boitier type mural, en matière synthétique, ABS, Polycarbonate ou autres. Comme dimensions, pour loger facilement tous les éléments d’une alimentation solaire et fixer dessus son panneau, un boitier de 300 H x  210 L x 180 P convient. Pour ce type de boitier il faut dépenser au minimum 60 euros pour ce gros boitier.
Vous pouvez contacter Gérard à l'adresse suivante: gerard.prat (arobase) free.fr



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