Autor Thema: Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee  (Gelesen 90967 mal)

Offline sbiermann

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 409
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #435 am: 02 September 2017, 11:38:14 »
Wie weit entfernt darf denn der Sensor von dem PreAmp weg sein und wie weit davon darf der ESP32 weg sein? Mir ist die Idee gekommen aus einen großen Rohr ein kleines zu machen mit abgesetzten PreAmp und ESP32 in jeweils einer oder insgesamt einen Schaltkasten für Outdoor. Verbindung zwischen den Teilen würde ich per Cat 7 Kabel machen. Der Vorteil wäre es ist nicht ein riesen Rohr sondern nur ein kurzes Stück und der Rest ist in mehr oder weniger schönen Kästen verpackt. Ist in meinen Setup einfacher zu installieren.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #436 am: 02 September 2017, 13:15:12 »
Wie weit entfernt darf denn der Sensor von dem PreAmp weg sein und wie weit davon darf der ESP32 weg sein?
Der Sensor - Preamp Abstand muss so gering wie möglich sein.
Kabel würd ich hier nicht empfehlen, weil wir hier von Signalen im uV-Bereich reden.

EDIT:

Beispiel
--------------
ADC-Range = 2.0 V
ADC-Resolution: 12 Bit (=4096 steps)
Preamp Verst. Faktor = ca.  756

Die Spannung des ADC LSB entspricht dann 2V/4096/756 = 0,6uV am Sensor-Ausgang gemessen (zumindest theoretisch ;) ).
« Letzte Änderung: 02 September 2017, 19:18:52 von chunter1 »

Offline sbiermann

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 409
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #437 am: 02 September 2017, 13:23:03 »
Also dann 2 Einheiten, einmal Sensor mit PreAmp und dann Cat7 Kabel zum ESP32.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #438 am: 02 September 2017, 15:30:54 »
Also dann 2 Einheiten, einmal Sensor mit PreAmp und dann Cat7 Kabel zum ESP32.
Wenn dann so, ja.
Bin auf dein Grundrauschen gespannt.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #439 am: 02 September 2017, 23:07:00 »
Möchte kurz das Ergebnis eines Tropfen-Tests (Dusche) mit euch teilen.
Der Sensor war unter der tropfenden Dusche (ca. 50 Tropfen/Min.) senkrecht nach oben ausgerichtet.
Je drei Messungen wurden im Abstand von 10, 20 und 30cm aufgenommen.
Messzeit jeweils 60s.
Im Diagramm sind die Amplituden der ersten 100 FFT-bins zu sehen.
Weiters der AVG-Wert über alle 9 Messungen (AVG) sowie der um den FOV-Faktor korrigierte AVGkorr Wert.

Wie zu erwarten, sieht man die Verschiebung der Peak-Frequenz/Bin mit zunehmendem Tropfenabstand zu niedrigeren Frequenzen hin.
Die Amplitude verringert sich natürlich ebenfalls.
Konkret bedeutet das, dass je weiter der Tropfen entfernt ist, desto langsamer wird seine Geschwindigkeit wahrgenommen - fließt aber durch die stark mit dem Abstand abfallende Amplitude geringer in das Ergebnis mit ein.

Was man auch sieht ist, dass die wahre Tropfengeschwindigkeit nur bei einem exakt über der Radar-Antenne fliegenden Tropfen gemessen werden kann.
Daher sollte man einen statistischen Korrekturfaktor anwenden.
« Letzte Änderung: 02 September 2017, 23:10:07 von chunter1 »

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #440 am: 04 September 2017, 11:21:08 »
Das Thema Rauschen ist ganz schön hartnäckig.
Anbei das Diagramm von heute Nacht (die dicke, rote Linie im ersten Diagramm zeigt die Temperatur im Rohr) .
Warum das Rauschen so angestiegen ist, kann ich mir momentan noch nicht erklären.

-) Nebel war zwar da, ist aber deutlich früher wieder verschwunden
-) Temperaturrauschen kanns auch nicht sein
-) Luftfeuchte nein
-) Reflexionsveränderungen im Rohr - am wahrscheinlichsten?
-) Spannungsregler - variation der 5V -> verschiebung der Sendefrequenz -> Reflexionsänderung?

Muss wohl doch nochmal einen Test am Bürotisch mit Kopfhörer und Objekten in fixen Abständen vor dem Sensor durchführen.
Damals konnte ich deutlich hören, wie das Rauschen abhängig vom Objektabstand zu- und abnahm.
Wenn sich herausstellen sollte, dass das Rauschen in vielfachen von Lambda/2 schwankt, wirds wohl konstruktive/destruktive Interferenz sein.

EDIT:
Diagram updated @ 13:58
« Letzte Änderung: 04 September 2017, 14:03:53 von chunter1 »

Offline networker

  • Full Member
  • ***
  • Beiträge: 143
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #441 am: 04 September 2017, 16:21:04 »
Schau aus als hättest du bei 12°-13° ein Rauschminnimum?

Zum Klima im DN50 habe ich die Beobachtung gemacht, das sich in der Nacht durch die Abkühlung Tau an den Wändensammelt, und in Tropfen unten aus dem offenen Rohr kommt.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #442 am: 04 September 2017, 16:53:37 »
Hmmm... warum ist zwischen 20 und 22 Uhr nur ein Bin erhöht, bei noch tieferen Temperaturen hingegen alle gleichzeitig?

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #443 am: 04 September 2017, 20:53:13 »
Mein Test am Bürotisch ist jetzt fertig.
Es ist tatsächlich so, dass das breitbandige Grundrauschen deutlich vom Abstand des Sensors zur "Umgebung" abhängt!

Als Test hab ich eine Kunststoffplatte im Abstand von 100 mm vor den Radarsensor platziert und das Rauschen über Kopfhörer "boabachtet".
Wenn man nun schrittweise die Platte um 1 mm weiter entfernt, hört man eine DEUTLICHE Zu- und Abnahme des Rauschens.
Ratet mal in welchem Abstand die Minima bzw. Maxima zu finden waren. :)
Richtig! - Exakt Lambda / 2 = 6 mm.
Selbst wenn man dem Sensor vom Tisch Richtung Decke freie Sicht gibt und dessen Abstand variiert, ist der Effekt alle 6 mm deutlich wahrnehmbar.
Deshalb auch der Hinweis vom Sensor-Hersteller, dass der Abstand zur Gehäusewand 6mm betragen soll.

Das heißt, wir müssen mehr oder weniger mit dem Effekt leben und irgendwie anders das Signal aus dem Rauschen bekommen.
So nahe wie möglich an die Regentropfen um zumindest das SNR zu maximieren, wäre ein Anfang.
Was mir noch auf die Schnelle einfällt wäre die Tatsache auszunutzen, dass die Abstände der einzelnen Gruppen zueinander in einem "konstanten" Verhältnis stehen - egal wie hoch das Grundrauschen ist.
Abweichungen könnte man evtl. rausrechnen.
Jede Idee ist willkommen. ;)

Was damit jedoch noch nicht geklärt ist, sind die einzelnen bin-Ausreißer.
Hier vermute ich ein HF-Mischprodukt des temperaturabhängigen HF-Oszillators.
« Letzte Änderung: 04 September 2017, 21:32:39 von chunter1 »

Offline HCS

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 3040
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #444 am: 05 September 2017, 08:24:17 »
Deshalb auch der Hinweis vom Sensor-Hersteller, dass der Abstand zur Gehäusewand 6mm betragen soll.
Das spricht dann wieder für eine Anordnung im Rohrdeckel, bei der man die 6mm einhalten kann, anders als unten im Rohr, wo dann die Rohrwandung immer an irgend einer Stelle die "ungünstige" Entfernung zur Antenne hat. Ich vermute mal, dass man beim messen unten im Rohr auch das "Arbeiten" vom Rohr deutlich mehr spürt, da man darüber ja deutlich mehr Fläche für Reflexionen hat, die sich bei Temperaturänderungen aufgrund der größeren Fläche stärker auswirken kann.

Mit dem Radar im Deckel konnte ich bisher keine nennenswerte Einflüsse der Temperatur feststellen, zumindest im Bereich von +10°C bis +30°C

Allerdings ist mein Rauschen deutlich schlechter geworden. Ich habe es testweise auf GPIO33 umgelötet und es war deutlich schechter. Also wieder zurück auf GPIO34 und es ist immer noch schlecht.
Ich vermute, dass ich jetzt die nicht abgeschirmte Leitung vom PreAmp zum ESP32 etwas anders liegen habe, was die Verschlechterung herbeiführt.
Muss es jetzt wohl doch mal in "ordentlich" aufbauen.

Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #445 am: 05 September 2017, 10:05:50 »
Das spricht dann wieder für eine Anordnung im Rohrdeckel, bei der man die 6mm einhalten kann, anders als unten im Rohr, wo dann die Rohrwandung immer an irgend einer Stelle die "ungünstige" Entfernung zur Antenne hat.
Genau.
Nur haben wir das Problem bei der 45° Variante, dass im Winkel von 45° auf den Sensor zufliegende Tropfen nicht registriert werden und im selben Winkel vom Sensor wegfliegende Tropfen eine größere Entfernung besitzen - also schwächer wahrgenommen werden.
(Ich sollte hier wohl mal eine Grafik zur Veranschaulichung erstellen...)
Was man auch noch berücksichtigen/testen muss ist, dass zwar die Gehäusefläche in konstantem 6mm Abstand gehalten werden kann, aber der Sensor schaut nach unten und wenn sich der Abstand zur Umgebung um 3mm verändert, ist man nicht mehr in einem Noise-minimum sondern maximum.
Man kann natürlich auch sagen - wenn sowieso alles immer in Bewegung ist, ist man halt im Mittel irgendwo zwischen Noise-min und max. ;)
Ich denke ich werd nochmal die 40 mm Rohr-Variante mit deutlich verkürztem Rohr und verringertem Preamp-gain aufbauen.

Offline HCS

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 3040
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #446 am: 05 September 2017, 10:48:25 »
Nur haben wir das Problem bei der 45° Variante, dass im Winkel von 45° auf den Sensor zufliegende Tropfen nicht registriert werden und im selben Winkel vom Sensor wegfliegende Tropfen eine größere Entfernung besitzen - also schwächer wahrgenommen werden.
Richtig. Man wird wohl abwägen müssen, was das kleinere Übel ist.
Es kann natürich auch passieren, dass es bei starkem Wind auf der Leeseite vom Haus nicht regnet oder nur recht weit entfernt.
Somit wäre eigentlich dann doch eine Positionierung auf der Mastspitze über dem Dach ganz oben ideal, weil dann nichts drüber und nichts daneben ist.

Da hätte ich eine Position, die diese Anforderung erfüllt, aber dann bräuchte ich zwischen Radar/PreAmp-Paket im Rohr und dem ESP32 ca. 15m Leitung, weil ich den ESP32 nicht da oben haben will.
Ich habe schon öfters (ohne konkretes Ergebnis) über die Variante "externer ADC" nachgedacht, der im Radar/PreAmp-Paket mit drin sitzt und man dann "digital" = "Störungsfrei" die Entfernung zum ESP32 überbrückt.

(Ich sollte hier wohl mal eine Grafik zur Veranschaulichung erstellen...)
Brauchst nicht, ist Problematik ist klar.

Was man auch noch berücksichtigen/testen muss ist, dass zwar die Gehäusefläche in konstantem 6mm Abstand gehalten werden kann, aber der Sensor schaut nach unten und wenn sich der Abstand zur Umgebung um 3mm verändert, ist man nicht mehr in einem Noise-minimum sondern maximum.
Wobei auch unter einem Dachvorsprung 45° nach oben machbar wäre. Hat den Vorteil, dass einem von hinten kein Wasser in das Rohr läuft, man es also offen lassen kann, zwecks Belüftung.
Nachteile siehe einige Zeilen weiter oben  :(


Offline chunter1

  • Sr. Member
  • ****
  • Beiträge: 807
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #447 am: 05 September 2017, 11:18:16 »
Ich habe schon öfters (ohne konkretes Ergebnis) über die Variante "externer ADC" nachgedacht, der im Radar/PreAmp-Paket mit drin sitzt und man dann "digital" = "Störungsfrei" die Entfernung zum ESP32 überbrückt.
Da würde mir spontan nur ein Audio-Codec mit S/PDIF over 75Ohm Koax mit Phantomspeisung einfallen. ;) (SCHERZ!!)

Offline the ratman

  • Hero Member
  • *****
  • Beiträge: 2096
  • cosmoprolet & intelligenzdiabetiker
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #448 am: 05 September 2017, 11:32:15 »
bitte nicht lachen, hier spricht ein milchmädchen, ohne echtem verständnis!

problem 1: "gerade" abdeckungen mit "dummen" abständen zum sensor
problem 2: regentropfen, bei 45° nicht gut erkennbar

was passiert, wenn man 45° abdeckungen macht? sollten die dann nicht auch "schlecht gesehen" werden?
ich bild mir ausserdem ein, genau solche abdeckungen schon auf professionellen radaranlagen gesehen zu haben.

wie gesagt: ahnung hab ich keine, aber vielleicht hat mein "gefühl" ja irgendwelchen sinn für euch ...
→do↑p!dnʇs↓shit←

Offline HCS

  • Developer
  • Hero Member
  • ****
  • Beiträge: 3040
Antw:Radar basierter WiFi-Niederschlagssensor für Regen, Hagel und Schnee
« Antwort #449 am: 05 September 2017, 11:59:07 »
Da würde mir spontan nur ein Audio-Codec mit S/PDIF over 75Ohm Koax mit Phantomspeisung einfallen. ;) (SCHERZ!!)
Du bist schon von Deinem Lautsprecher geschädigt  ;D

I2C ist für Deine Abtastrate leider zu langsam, was schade ist, weil ich schon seit Jahren mit P82B96 als Treibern I2C-Sensoren an einem 20m langen CAT5-Kabel betreibe. (kein Scherz)
SPI über RS422-Treiber wäre evtl. was (kein Scherz)

 

decade-submarginal