Spielereien rund um Wettersonden
Ein neues Hobby für mich?
Der erste Herbststurm zieht gerade über das Land. Meine Saison als Pilzsucher habe ich für dieses
Jahr mit nur mäßigem Erfolg beendet. Zum Angeln lockt das Wetter auch nicht und so bleibt nur der heimische Basteltisch als
Zeitvertreib. Was also tun?
Da gibt es doch die Wettersonden-Sucher!
Mit GPS-Daten, Peilantenne und etwas Elektronik die vom Himmel fallenden Wettersonden finden und anschließend dem
Recycling-Container im Wertstoffhof zuführen, das wäre doch mal interessant, so dachte ich ...
Erste Mißerfolge
Auf der Webseite radiosondy.info von SQ6KXY kann man sich über die Flugdaten und Sendefrequenzen
aktueller und älterer
Wettersonden informieren. Zufällig landete gerade eine Sonde in etwa 15 km Entfernung von meinem Wohnort. Also habe ich ein
Fernglas, die Gummistiefel und ein Handfunkgerät Baofeng UV-5R mit dazugehöriger "Gummiwurst"-Antenne in den Kofferraum
meines PKW gepackt.
Auf meinem Android-Handy lief die Website aprs.fi und zeigte mir den vorausberechneten Landepunkt der Sonde an.
Dort angekommen wurden die Gummistiefel angezogen und das Handfunkgerät auf die Sendefrequenz der Sonde eingestellt.
Das Signal der Sonde war so kräftig, daß keinerlei Unterschiede in der Feldstärke sichtbar waren, egal wie man das Funkgerät
hielt. Selbst in etwa 1,5 km Entfernung querab zum angezeigten Landepunkt war das S-Meter des UV-5R immer auf Endanschlag.
Das Entfernen der Antenne vom Funkgerät und der Empfang nur mit der Antennenbuchse des UV-5R brachte keinen Empfang.
Erkenntnis: Ein Dämpfungsglied zwischen der Antenne und dem Antennenanschluß des Funkgerätes wäre nicht schlecht.
Bei mir fand sich eines mit 20 dB und SMA-Anschlüssen, welches mir geeignet erschien.
Zur Beachtung: Beim UV-5R ist der Antennenanschluß am Gerät als SMA-Stecker ausgeführt.
UV-5R Sondenempfänger |
Dämpfungsglied SMA 20 dB |
Eine Richtantenne muß her
Aus den Teilen einer ausgemusterten FLEXA-Yagi entstand eine kleine und leichte 3-Element Yagi für 403 MHz, die mit einem Handgriff aus Holz genau in einen alten Aktenkoffer paßt. Der gestreckte Dipol wird über ein Gamma-Glied an die 50 Ohm der BNC-Buchse angepaßt. Die Elemente haben einen Durchmesser von 2 mm und bestehen aus Edelstahl-Schweißdraht, welcher sich nicht gut löten läßt. Deshalb wurde der Edelstahl-Stub des Gamma-Gliedes mit einer aufgepreßten verzinnten Messinghülse auf der Seite des Kondensators lötfähig gemacht.
Die Einstellung des Optimums erfolgt mit Hilfe eines vektoriellen Antennenanalysators FA-VA5. Die verschiebbare Brücke entstand aus zwei Klemmstücken einer 2,5 mm² Lüsterklemme und etwas angelötetem 1 mm Kupferdraht. Ein robuster (mechanisch großer) Kondensator mit 5 pF verbessert die Anpassung des Gamma-Gliedes an die 50 Ohm. Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität wurde der Kondensator mit Heißkleber eingehüllt.
Um die Augen beim wilden Herumfuchteln im Gelände etwas zu schützen sind an den Enden der Elemente kurze Stücke roten Schrumpfschlauchs aufgeschrumpft.
Der Abstand zwischen Dipol und Stub ist 12 mm, die Länge des Stubs ist 53 mm (plus 2 x 4 mm Anschlußlänge der Kondensator-Beinchen).
Yagi 403 MHz Abmessungen |
Yagi 403 MHz komplett |
Yagi 403 MHz Gamma-Anpassung |
Yagi 403 MHz SWR |
Bei meinem Fußmarsch zum Landeort mußte ich durch ein kleines Wäldchen. Mit großer Verwunderung habe ich gemerkt, daß im Wäldchen keine Peilung möglich war, warscheinlich wegen Reflexionen an den Bäumen. Als ich wieder auf freiem Feld stand hörte das Signal der Sonde schlagartig auf und mit dem Fernglas sah ich noch einen Geländewagen vom Acker fahren. Tja, Pech gehabt, aber ein schöner Herbstspaziergang war es doch.
Aber da gibt es doch Experten, die finden ihre Sonden sogar in der Nacht in unwegsamen Gelände ...
Wie machen die das?
Neue Technik braucht der Sucher
Wie sich nach einem Wochenende der Recherche im Internet ergab, nutzen die Radiosonden-Sucher-Profis die GPS-Daten, die nach der Landung von der Sonde weiterhin ausgestrahlt werden. So lange die Batterien der Sonde noch genügend Spannung haben, die Sonde bei der Landung nicht zerbrochen ist, der interne Timer die Sonde nicht abgeschaltet hat oder ein anderer Sondensucher die Sonde bereits ausgeschaltet hat, stehen diese zur Verfügung.
Verschiedene Technik-Varianten:
A) Ein SDR-USB-Stick am Notebook mit Windows10 und der Software SDR# erlaubt den Empfang des Sondensignals.
Weitere Software übernimmt die Dekodierung der GPS-Koordinaten.
Diese Variante habe ich nicht ausprobiert, da mir das Ganze zu stromhungrig und mechanisch für die Wildnis nicht geeignet erschien.
B) Ein SDR-USB-Stick an einem RasPi erlaubt Empfang und Dekodierung der GPS-Daten der Sonde. Schon etwas kleiner, aber mechanisch immer noch labil.
C) Ein kleiner LoRa Empfänger übernimmt den Empfang des Sondensignals und dessen Dekodierung. Eine Übertragung der Daten via Bluetooth erlaubt die Darstellung der exakten Landeposition auf einem Android-Handy.
Das, (C), ist zur Zeit mein Favorit.
Die Hardware:
1. Ein Android-Handy mit Bluetooth, bei mir ist es ein älteres Huawei VNS-L31 mit Android-Version 6.0.
2. Ein Modul TTGO ESP32 LoRa 433 MHz V2, bei eBay für wenig Geld zu erhalten.
3. Ein Akku 3,7 V 1000 mAh, ebenfalls bei eBay zu kaufen.
4. Ein Gehäuse für Modul und Akku, natürlich beim gleichen Händler.
5. Eine Antenne, wird bei manchen Lieferanten zum Modul mitgeliefert.
Benötigte Software:
1. Eine Handy-App für die Anzeige der Positionen von Sucher und Sonde, MySondyGo von Mirko Dalmonte, IZ1PNN.
2. Firmware MySondyGo.bin für das LoRa-Modul, ebenfalls von Mirko Dalmonte, IZ1PNN.
Für die Installation der Software gibt es ein Manual in englischer Sprache von Aldo Moroni, IW2DZX.
Der Zusammenbau
Beim Einbau der Komponenten in das Gehäuse geht es recht eng zu. Hier kommt es auf jeden 10tel Millimeter an, sonst läßt sich das Gehäuse nicht vollständig schließen.
Vorbereitung des LoRa Moduls
Als Erstes wird die Folie vom Display entfernt. Die Glasscheibe des Displays soll direkt auf der Innenwand des Vorderteils aufliegen.
Dann wird das U-förmige große Blechteil (die Bluetooth-Antenne) von der Schmalseite des Moduls entfernt. Es ist mit 4 Lötstellen mit der Leiterplatte verbunden und nicht durchkontaktiert. Bei mir ging das problemlos mit einer kleinen Flachzange und gefühlvollem Wackeln an den Lötstellen.
Dann werden die Lötbeinchen des Bleches so weit umgebogen, daß das Antennenblech maximal 2,5 mm über der Leiterplatte steht. Nach dem Wieder-Einlöten der Blechantenne paßt auch der Akku mit in das Gehäuse.
Über den Wirkungsgrad einer solchen Antenne sollte man sich hier keine Gedanken machen. Für die Verbindung des LoRa-Moduls mit dem Android-Handy müssen in meinem Anwendungsfall maximal 2 m überbrückt werden (von der rechten zur linken Hand). Das funktionierte auch ohne Blechantenne bis etwa 5 m Entfernung, allerdings habe ich keine Ahnung, wie die Bluetooth-Sender-Endstufe diesen Betriebsfall auf Dauer überstehen würde. Deshalb ist die modifizierte Blechantenne wieder drin (Motto: eine schlechte Antenne ist besser als keine Antenne).
Die mit dem LoRa-Modul mitgelieferten einlötbaren Stiftleisten und das DC-Anschlußkabel benötigte ich nicht.
Änderungen am Gehäuse
Die im Gehäuse mit eingedruckten halbhohen Zwischenwände werden mit einem kleinen Fräser sehr vorsichtig entfernt. Das schafft Platz für den 1000 mAh Akku.
Das gedruckte Fenster in der Vorderwand des Gehäuses hatte bei mir einen Höhenversatz von 1,5 mm. Dadurch war die obere Zeile des Displays schlecht sichtbar. Ein gefühlvolles (!) Schnippeln mit einem Cutter-Messer beseitigte zwei Filamente am oberen Rand des Fensters.
Die drei LED auf der Display-Seite strahlen verwaschen durch das gelbe Gehäuse durch. Das gefällt mir nicht. Kurze Stücke (je etwa 6 mm lang) von Lichtwellenleiter-Kabel bündeln das Licht und führen es nun von der Oberfläche der LED zur Außenseite des Vorderteils. Die Löcher habe ich mit einem 2,1 mm Bohrer etwas vergrößert, so daß die LWL-Stücke schön straff sitzen.
Um das Durchscheinen zu beseitigen habe ich die Innenseite des Vorderteils zwei mal mit einem schwarzen Edding-Stift ausgemalt. Nun leuchten nur noch drei kleine Punkte wenn die LED in Betrieb sind.
Der Akku
Der Akku hat zwei Schutzhüllen aus dickem farblosen Schrumpfschlauch. Diese verhindern ein vollständiges Schließen des Gehäuses. Nach dem Entfernen der zwei Lagen wurde der Akku mit nur einer Lage dünnem Tesa-Film wieder umwickelt. Das beruhigt etwas das schlechte Gewissen - Li-Ionen-Akkus brennen gern, auch die kleinen!
Mit diesem Akku läuft das LoRa-Modul etwa 10 Stunden lang. Der Akku ist in 2,5 Stunden wieder aufgeladen, wenn das LoRa-Modul mit einem USB-Anschluß verbunden wird.
Der Akku hat bereits einen für das LoRa-Modul passenden JST DC-Steckverbinder mit 1,25 mm Rastermaß und ausreichend langer Anschlußleitung.
Schrauben
Ich verwende 4 Stück selbstschneidende Schrauben mit Innensechskant, 2 mm Außendurchmesser und 12 mm Länge. Die Schraubenköpfe verschwinden elegant in den vorgesehenen Versenkungen der Rückwand. Beim Festziehen der Schrauben sollte man sehr vorsichtig vorgehen, da das gedruckte Kunststoffmaterial schnell ausreißt.
LoRa-Modul Displayseite |
LoRa-Modul Rückseite |
Gehäuseschalen bearbeitet |
Gehäuse offen |
Bluetooth-Antenne alt |
Bluetooth-Antenne neu |
Bluetooth-Antenne neu eingelötet |
Antennen für das LoRa-Modul
Die hier beschriebenen Antennen sollen bei der Suche von Sonden den Empfang der Sondensignale im Nahfeld des Suchers gewährleisten.
Die vom Hersteller des LoRa-Moduls mitgelieferte kleine "Gummiwurst" sieht zwar niedlich aus, hat aber ihre Resonanzfrequenz bei etwa 470 MHz. Das erschien mir denn doch etwas weit von den gewünschten 403 MHz entfernt. Deshalb entstand aus Teilen eines alten Kugelschreibers , etwas 0,8 mm Kupferlackdraht und einem SMA-Stecker von einem alten Semi-Rigid Koaxialkabel eine neue Antenne, die auf 403 MHz resonant ist.
Antennen für LoRa-Modul |
Antenne 470 MHz nicht für Sonde! |
Kuli-Antenne 403 MHz |
Gummi-Antenne 403 MHz lange Version, auch für Magnetfuß |
Ein Vergleich der Antennen erbrachte am S-Meter der Software MySondyGo auf dem Android-Handy folgende Werte:
Kurze Gummiwurst: (mit dem Modul mitgeliefert): S = 4,5
Roter Eigenbau im Kugelschreiber-Gehäuse: S = 6
Lange Gummiwurst: S = 7
3-Element-Yagi: S = 8, wenn vertikal polarisiert
Bei diesem Vergleich befand sich eine Sonde RS41 als Signalgeber 80 km entfernt in etwa 12 km Höhe und es bestand freie Sicht zur Sonde.
Ach ja - was ich mir noch merken wollte:
Wie schalte ich an meinem Handy GPS und Bluetooth ein und aus ?
- Im Handy-Startbildschirm die obere Zeile nach unten ziehen
- Verknüpfungen auswählen
- Bluetooth einschalten (leuchtet von schwach grün dann grün)
- GPS einschalten: Mobile Daten einschalten (leuchtet grün)
Bluetooth und GPS haben einen hohen Stromverbrauch. Deshalb beide wieder ausschalten, wenn nicht mehr gebraucht.
Welche Sonde ist mir zur Zeit am Nächsten ?
- Webseite radiosondy.info aufrufen
- Login mit Kennung und Passwort
- wieder auf Hauptseite gehen
- in der Tabelle unter der Karte auf die Spaltenüberschrift "Entfernung vom QTH" klicken
Was zeigen die LED am LoRa-Modul an?
- Rote und blaue LED an: 5V von USB liegen an
- Grüne LED blinkt: Datenpakete von Sonde werden empfangen und dekodiert
eMail-Benachrichtigung durch radiosondy.info !
- Voraussetzung: Man hat sich bei radiosondy.info angemeldet.
- Dann kann man im Benutzerbereich/Einstellungen/eMail-Benachrichtigungen einen vom Benutzer
definierten Benachrichtigungsradius aktivieren.
- Wegen hoher Spritpreise habe ich 20 km eingestellt.
Hat die Sonde einen Killtimer ?
- Webseite wettersonde.net aufrufen
- auf die gewünschte Sonden-ID klicken
- rechts erscheint ein Fenster mit killtimer =
- oder in der Karte auf die gewünschte Sonde klicken
Navi zur Sonde aktivieren ?
- wenn ein Sondensignal auf dem LoRa-Modul empfangen wird und Verbindung zum Handy besteht, dann
- auf Pfeilsymbol oben rechts auf dem Handy klicken
- dann auf Autosymbol klicken
- Route zur Sonde wird berechnet und angezeigt
Was bedeuten die unterschiedlichen blinkenden Farben bei Sonde- und Suchersymbol in MySondyGo ?
- Sondensymbol blinkt grün: aktuelle Sondendaten empfangen
- Sondensymbol blinkt rot: Sondendaten nicht gültig oder nicht vorhanden
- Suchersymbol blinkt rot: kein LoRa erkannt
- Suchersymbol blinkt gelb: LoRa erkannt.
Icons im Display
Schaltet zwischen Karten- und Satellitendarstellung um
Bluetooth-Verbindung zwischen LoRa-Modul und Handy herstellen oder trennen
Zoom auf eigene GPS-Position
Zoom auf Position der Sonde
Konfiguration, z.B. eigenes Rufzeichen im LoRa-Display
Track Ein/Aus Weiterführende Links[1] Englisches Manual zur Software MySondyGo und Installationsdateien von IZ4PNN
[2] Flugdaten für Wettersonden von SQ6KXY
[3] Weitere Daten für Wettersonden bei Wettersonde.net
