Meteo Station: Een overzicht
| Werking | Het weerstation bevat sensoren voor weersgegevens en tijd, en stuurt ontvangen meetwaarden naar de Meteo Tijd Server (MTS). Deze server voegt hieraan afgeleide gegevens toe, en stelt ze via Internet beschikbaar. Daarnaast worden er statistische gegevens verzameld en opgeslagen, onder andere van bezoekers die via internet binnenkomen. Op bepaalde tijden kunnen 'externe' commando's geinitieerd worden. Zo kan de Meteo Tijd Server ook zelfstandig gegevens distribueren (dus zonder dat hier een Client via Internet om vraagt), zoals voor het versturen van de daggegevens naar de Webserver, die er weergrafieken van kan maken. |
| Gegevens Beheer |
De Meteo Tijd Server beheert niet alleen meteo en tijd gegevens, maar leidt daar ook andere informatie van af.
MeetwaardenDe Meteo en Tijd Server slaat gegevens op zoals die binnenkomen van de sensoren van het weerstation:
Afgeleide GegevensVan de sensorgegevens wordt informatie afgeleid die betrekking heeft op:
DaggegevensInformatie van vandaag en gisteren komt van:
Adminstratieve GegevensAdminstratieve gegevens, die worden opgeslagen hebben betrekking op:
|
| Clienten |
De gegevens die door de Meteo Tijd Server beheert worden, zijn beschikbaar om naar clienten gestuurd te worden.
Dit kan:
|
| Nauwkeurigheid |
De nauwkeurigheid van de gegevens wordt in de eerste plaats bepaald door de opstelling en de precisie van
de sensoren van het weerstation. Deze sensoren zijn gecalibreerd om maximale nauwkeurigheid
te bereiken.
Direct nadat het weerstation de sensorgegevens naar de MTS verstuurd heeft, worden deze samen met de afgeleide waarden beschikbaar gesteld. De nauwkeurigheid van de brongegevens bepaalt ook de nauwkeurigheid van de afgeleide waarden. Gegevens die van de tijd afgeleid zijn, worden ieder uur berekend. Van de tijd afgeleide gegevens, die snel kunnen veranderen (zoals de positie van de zon) worden elke minuut berekend. |
| Weersverwachting | Het weerbericht bevat een weersverwachting met een geldigheid van één dag, omdat
deze uitsluitend gebaseerd wordt op de gegevens die van het weerstation ontvangen zijn
(het gebruikt een 'enkel roosterpunt weersverwachtingsmodel', dit in tegenstelling tot bijv. het HIRLAM model).
Weersveranderingen die op grote afstand te detecteren zijn worden dus niet meegenomen.
Het weerstation levert de regenkans en het weertype voor de korte termijn: 'vandaag' en 'morgen'. Deze zijn gebaseerd op de huidige barometrische luchtdruk, en de verwachte luchtdruk voor morgen. Statistisch zijn aan de luchtdrukwaarden regenkansen en weertype beschrijvingen te koppelen. Daarnaast worden er ook temperatuur verwachtingen berekend, en wel op twee manieren:
|
Meteo Station Haaksbergen: Ontwerp Overzicht
De MTS (waar dit documentje in hoofdzaak over gaat) is via een seriele lijn verbonden met de wmr928n (het weerstation), verwerkt de ontvangen gegevens, maakt de 'afgeleide' gegevens, distribueert ze naar www.vanharten.info, en naar webclients die ze met een webbrowser kunnen opvragen. Omdat de MTS geen php ondersteunt, worden grafieken etc. door de 'www.vanharten.info' webserver aangemaakt. De kracht van de MTS ligt in het flexibel weergeven van de tekstuele representatie van de meteo en tijd gegevens.
Naast de normale html pagina's worden ook gegevens in RSS, WAP, en XML formaat afgeleverd. Ook is het mogelijk om gegevens 'op verandering' aangeleverd te krijgen, dus op het moment dat ze via de seriele lijn ontvangen worden van het weerstation. Dit kan in binaire (handig om er een tweede MTS op aan te sluiten, bijvoorbeeld voor testdoeleinden), hexadecimale, textuele en xml vorm.
De distributie van de gegevens naar de bestandsopslag (file store) voor de kabelkrant van Sternet, de lokale omroep van Haaksbergen, is weergegeven als een 'push' verbinding met de betreffende computer.
- de sensoren
- meteo: er zijn een aantal draadloze sensoren:
- windsensor (meet windrichting en -snelheid)
- regensensor (meet neerslag)
- buitensensor (meet buitentemperatuur en de relatieve vochtigheid buiten)
- binnensensor (meet de binnentemperatuur, de relatieve vochtigheid binnen, en de luchtdruk)
- tijd: DCF77 tijd ontvanger
- meteo: er zijn een aantal draadloze sensoren:
- de seriele interface: via een rs-232 verbinding worden de sensor gegevens afgegeven (in 1 richting: van weerstation naar computer; de computer kan het weerstation niet besturen). Wanneer een sensor zijn gegevens naar het weerstation stuurt, stuurt het weerstation dit door naar de computer, soms aangevuld met wat afgeleide gegevens. De tijd wordt doorgestuurd op het moment dat een nieuwe minuut begint. De hele datum en het uur wordt doorgestuurd op het moment dat een nieuw uur begint (datum/uur wordt soms vaker gestuurd, het nut hiervan ontgaat me op dit moment).
- net en batterij voeding: het toestel wordt via een netvoeding van spanning voorzien, en voor het geval de stroom uitvalt is de batterij als backup aanwezig (sommige instellingen worden zodoende bewaard, zoals het verschil tussen de 'luchtdruk' en de 'luchtdruk op zeeniveau' en de 'neerslag tot en met nu')
- het lcd met touch screen: alle gegevens zijn op een lcd scherm te zien, dat met een higlow achtergrond verlichting ook in het donker goed af te lezen is. Verschillende modes en instellingen kunnen via het touch screen ingesteld worden.
Basis Station en Sensoren van de wmr-928-n
| Functionaliteit |
De Meteo Tijd Server is het hart van Meteo Haaksbergen.
De gegevens van het weerstation worden ingelezen, verwerkt, en beschikbaar gesteld. Deze weer en tijdgegevens kunnen
door clients opgevraagd worden (o.a. door web browsers), maar worden ook zelfstandig verstuurd naar clienten die de updates
nodig hebben. Teksten kunnen 'gemengd' worden met tijd en weersgegevens via de dhp processor.
Op grond van de meetgegevens en langjarige statistische gegevens wordt een weersverwachting samengesteld.
Een aardigheidje is het licentiemechanisme, dat selectief uitdelen van de functionaliteit mogelijk maakt.
 Raspberry Pi, de computer waarop MTS draait |
| Ontwerp |
De interne structuur van de MTS kan op diverse manieren weergegeven worden. Om een goed beeld te krijgen van de afhandeling van de data van het weerstation, en van de verzoeken van de diverse clienten via het internet protocol, is er een dataflow beschrijving.
Om het ontwerp in de vorm van pakketten en modulen goed weer te geven is er een control flow beschrijving.
Data FlowDe gegevens die door de MTS lopen worden vanuit een aantal gebeurtenissen geinitieerd:
 Data flow diagram van de Meteo en Tijd Server Een korte beschrijving:
Control FlowHet MTS programma bestaat uit een groot aantal programma regels, die ondergebracht zijn in modulen. Voor de Control flow structuur, die in Control Flow Diagram weergegeven is, worden module-groepen als packages weergegeven. Packages die belangrijke gegevens beheren zijn weergegeven met een dikkere rand, en eventueel wordt daarbij in schuinschrift de betreffende gegevens aangegeven. Control Flow diagram van de Meteo en Tijd Server Via control wordt de Meteo en Tijd Server opgestart. Resources leest het resource bestand, en distribueert diverse settings, waaronder de systeem instellingen, die in data gezet worden. Device opent de verbinding met het weerstation, en leest de gegevens wanneer die binnenkomen. Deze sensorgegevens worden direct in data gezet. Daarna wordt device proc aangestuurd om er gegevens van af te leiden (met behulp van formules uit algorithm en presentatievormen uit presentation). Die worden vervolgens ook in data gezet. Wanneer de tijd binnenkomt stuurt device tijdgerelateerde processing aan, zoals het verwerken van de daggegevens via history. History verzamelt gegevens, bewaart deze een dag, en maakt het history bestand, dat gebruikt kan worden om er weergrafieken van te laten maken. Wanneer device gegevens binnenkrijgt waarop een client zich geabonneerd heeft, wordt dit via client afgeleverd. Dit kan in binaire, hexadecimale, en textuele vorm. Op verzoek kan client ook status informatie en xml afleveren. Via HTTP kunnen verzoeken voor tekstuele (waaronder html, en eventueel van de gewenste Dhp presentatie voorzien door presentation) en grafische bestanden gehonoreerd worden. De client laat diverse aspecten van clientverzoeken administreren door web_log1. Deze loggingen, de 'request' en 'error' loggingen vanuit web_log2, en statistische gegevens die van verschillende kanten bij statistics binnenkomen, worden via HTTP beschikbaar gesteld. Package support biedt diverse kleinschalige ondersteunende functionaliteit, waaronder logging. De logging van een webrequest, of van een error wordt doorgestuurd naar web_log2. Package RelatiesZie bijlage.PackagesZie bijlage.ModulesZie bijlage. |
| Uitvoer |
De MTS kan externe pagina's en interne pagina's aan clienten afleveren. Externe pagina's
bevinden zich als tekstbestanden op de computer, en worden zonodig van actuele gegevens voorzien door de
Dhp processor. Een aantal voorbeelden van deze pagina's zijn:
|
| DHP |
InleidingDHP (het recursieve acroniem voor DHP Hypertext Preprocessor) wordt door de MTS ondersteund om teksten te genereren afhankelijk van de waarde van de data op het moment van opvragen van die tekst. De teksten die gegenereerd worden kunnen html, rss enzovoort zijn, afhankelijk van het dhp-bestand dat als bron gebruikt wordt.DHP BestandEen dhp-bestand bestaat uit de te genereren tekst, met daarin aanwijzingen hoe er (conditioneel) tekst gegenereerd moet worden afhankelijk van de waarde van de meteo-tijd-gegevens, zoals meteo, time, derived, status, settings en statistics (maar niet: calibration data, history, web_log data).DHP DirectievenDe aanwijzingen binnen een dhp-bestand bestaan uit:
DHP VoorbeeldEen voorbeeld van een DHP, met daarbij de definitie van een vertaal 'processor', een formatteer 'processor', een 'variable' definitie, een conditionele 'if' 'else' 'endif' gebruik.<?--dhp[]> a<pre>Voorbeeld... b[PROCESSOR PZ:0=zondag,6=zaterdag,*=werkdag] c[PROCESSOR PY:<0=vriest %d graden,*=is %d graden] d e[VARIABLE VZ:outside_temp|%d|PY] f [jd|(ymdhms)] g [outside_temp] h[IF day_of_week|PZ EQUAL werkdag] i Geen weekend vandaag. j Het [VZ]. k[ELSE] l Het is weekend. m[ENDIF] n<pre>geeft de volgende output: DHP SyntaxNaast een formele syntax definitie, is er ook een beschrijving.DHP OverzichtenDe MTS kan een overzicht genereren van alle interne meteo en tijd gegevens (naam, momentele waarde en omschrijving), en van conversies (tekst, integer en floating point) die dhp ondersteunt. Er is hiervan ook een compact overzicht dat door de MTS zelfstandig gegenereerd kan worden. |
| Licentiemechanisme |
De MTS bevat functionele opties, die met een licentiemechanisme vrijgegeven worden.
Dit mechanisme werkt lokaal, waarbij een licentiesleutel de functies vrijgeeft als de MTS binnen de gelicenseerde
omgeving (qua machine identificatie en geldigheidsduur) werkt.
Het licentiemechanisme bestaat uit:
De ondersteunde opties zijn:
linux> decoder localhost hostid: 00000050-da3c0e63 linux> coder localhost 2005-01-01,2019-12-31 0-stxlidh hostid: 00000050-da3c0e63 time: 2005-01-01,2019-12-31 options: 0-stxlidh key: 5101a3f1-f7f2171f linux> decoder 00000050-da3c0e63 2005-01-01,2019-12-31 0-stxlidh 5101a3f1-f7f2171f result: OK |
| Afmetingen | Zie bijlage, en gerelateerd aan complexiteit en de dekking van de testen. |
| Snelheid |
De snelheid van de Meteo en Tijd Server hangt af van diverse factoren, waaronder de snelheid van de
processor waar het op draait, en (bij client verzoeken) hoe snel de verbinding naar die client is.
De LOG pagina laat de snelheid van processing zien. De uitvoer ziet er bijvoorbeeld als volgt uit: Wed Sep 30 09:40:32 2009 7.6 (4.9) GET /LIST 192.168.1.37 Wed Sep 30 09:40:35 2009 41.7 (41.2) GET /design/pasen.html 192.168.1.37 Wed Sep 30 09:40:38 2009 29.3 (24.2) GET /TABLE 192.168.1.37 Wed Sep 30 09:40:41 2009 20.8 (16.2) GET /STATUS 192.168.1.37Nadat er eerst een tijdstempel weergegeven wordt, komt daarna de tijdsduur in milli seconden van het genereren en versturen van een pagina naar de client (tussen haakjes de tijd voor het genereren). Dit wordt gevolgd door de HTTP method (zoals hier de GET) en de pagina die opgehaald is. Daarna komt het ip adres van de aanvragende computer (met eventueel de naam van deze computer). Hoewel bovenstaand overzicht al wel een aardige indruk geeft kun je dit overzicht ook zelf genereren, door achtereenvolgens de volgende pagina's aan te vragen (en daarna met ⇦ weer terug te gaan naar deze pagina):
|
| Implementatie Details |
De MTS is geschreven in de taal C, voor een Linux operating system (maar is eenvoudig geschikt te maken voor bijvoorbeeld Irix en Solaris).
Het distribueren van gegevens gebeurt buiten dit C-programma, via unix-scripts die door het programma aangeroepen worden. Hierdoor bevat het MTS programma geen kennis van de netwerktopologie. In plaats van de namen 'www.hetweer.nu' en 'www.vanharten.info' kunnen ook andere server namen in de scripts opgenomen worden (of kan het netwerk aangepast worden). De kwaliteit van het programma wordt gewaarborgd door het ontwerp met zowel off-line als run-time diagnostische controles en rapportages. Hiermee kunnen foutdetectie en foutanalyse snel worden uitgevoerd. Belangrijke onderdelen hiervan zijn:
|
| Functionaliteit |
De webserver is aanvullend aan de Meteo en Tijd Server, en zorgt voor een grafische weergave van de meteo en tijd
gegevens (bijvoorbeeld een grafiek van de temperatuur van de laatste 24 uur).
De webserver wordt gevoed met gegevens die door de Meteo en Tijd Server
opgestuurd worden.
De webserver wordt gehost door een professionele organisatie, en de verwachting is dat deze daarom een hogere beschikbaarheid heeft. |
| Ontwerp |
Ontwerp is een wat groot woord voor de gekozen webserver: het is een standaard Apache webserver,
voor de afhandeling van:
|
| Invoer: Data Van MTS naar Webserver |
De meteo- en tijdgegevens waarmee de Webserver o.a. grafieken genereert, krijgt het van de Meteo en Tijd Server met grote regelmaat
(standaard elke 10 minuten). Dit bestand bevat variabelen en array's met waarden, en wordt als data via een 'include'
in het PHP scripts ingevoegd. Deze PHP scripts gebruiken de gegevens om de grafische uitvoer te maken.
Een voorbeeld van het data script: <?php $time_of_creation = "23:50 25-6-2005"; $updates_per_hour = "6"; $cur_time = "50"; $cur_outside_temp = "14.7"; $cur_outside_chill = "15";en de array's:
$the_time = array("0", "", "", "", "", "", "1", "", "", "", "", "", "2", enzovoort
$the_outside_temp = array(18.8, 18.8, 18.7, 18.6, 18.7, 19.0, 19.1, 19.2, 19.2, enzovoort
$the_gust_speed_filt_1 = array( 1.650, 1.619, 1.465, 1.800, 2.477, 1.791, 1.691, enzovoort
?>
|
| Uitvoer: Pagina's Met Grafieken |
Zonder volledig te willen zijn, volgt hieronder een lijstje met php scripts:
|
- John Stanley die mij geinspireerd heeft tot het maken van dit weerstation met zijn light-weight wmr918d. Dit is een programma dat onder unix draait, en de gegevens van het weerstation beschikbaar maakt via internet (o.a. telnet)
- John Walker vanwege de source code van zijn moontool, een programma dat in 1987 voor SUN
computers ontwikkeld is ("the moon on the SUN"). Dit is gebruikt voor de maanfase berekeningen,
de lunation, en afstanden van de aarde tot de maan en de zon.
Verder heeft hij ook de oorspronkelijke versie van calender converter gemaakt, waar diverse algorithmes aan ontleend zijn - Het KNMI dat begrippen in het weer beschreven heeft, de langjarige decade (10 dagen) gemiddelden beschikbaar had, en de daggegevens van het weer in Nederland
- De Gnu Calendar Gcal, waarin accurate algorithmes te vinden zijn met betrekking tot maan en zon standen. De aanpassingen die voor het meteo station gebruikt worden kun je downloaden
- Paul Schlyter vanwege formules en
voorbeelden voor het berekenen van planeet posities.
- Oscar van Vlijmen's informatie voor het berekenen van gevoelstemperatuur (windchill), warmte index (heat index), warmte verliezen (en de risico-klassificatie daarvan), humidex en de net effective temperature
- Keith Burnett's formules en een implementatie van de opkomst en ondergangstijden van de zon en maan, en van de schemeringstijden
- Jean Meeus astronoom en schrijver van Astronomical Algorithms (djvu,pdf), met daarin astronomische rekenvoorschriften die in deze server gebruikt worden
- P. Bretagnon en G. Francou, die in VSOP87 (Variations Sèculaires des Orbites Planètaires) de beweging van planeten, o.a. de aarde, ten opzichte van de zon hebben vastgelegd in tabellen met constanten zodat ze in eenvoudige formules gebruikt kunnen worden. Zie ook hun publicatie over dit onderwerp
- Wikipedia, met artikelen op het gebied van meteorologie, tijd, en astronomie
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|