Kommen wir – zu guter Letzt – zur Frontkamera.

Auch hier handelt es sich um, eine „handelsübliche“ Endoskopkamera (5mm) mit USB-Anschluß. Zu verstellen gibt es hier in aller Regel nichts.Wichtig: Auch diese Kamera muß (über das mitgelieferte Adapterkabel) direkt an eine der 4 USB-Buchsen am Rasperry eingesteckt werden. Nicht am USB – Verteiler und schon gar nicht an die Stromversorgung (USB-Buchse) direkt am Raspberry.
Die Objektive ab und zu mit einem feuchten Wattestäbchen reinigen schadet auf gar keinen Fall.

Die beiden Kameras werden separat besprochen.

Schauen wir uns als erstes die Temperatursensoren an

Für die Temperaturmessung kommen u.a. Sensoren des Typs _DS1820B _zum Einsatz, die mit nur einer Datenleitung auskommen. Dazu kommt noch die Masseverbindung und gegebenenfalls die Stromversorgung. Deshalb heißen diese Sensoren auch "1-Wire-Sensoren".
Werden mehrere Sensoren benötigt (wie in unserem Fall), schließt man alle Sensoren parallel an die Datenleitung an.
Dank eines vorhandenen Treibers ist es nicht allzu schwer, 1-Wire-Sensoren am Raspberry Pi zu betreiben. Ganz einfach wird einem das bei den o.g. Temperatursensoren gemacht, für die ein Extra-Treiber existiert, der den Sensorzugriff über die Dateischnittstelle ermöglicht. Jeder Sensor erhält schon bei der Herstellung eine einmalige, eindeutige und nicht veränderbare 64-Bit-ID. Diese ID setzt sich aus einer 48-Bit Seriennummer, einem 8-Bit langen Family-Code und einer 8-Bit-CRC zusammen.
Andere Sensoren verwenden den sogenannten I²C Bus (sprich: I quadrat C Bus). Hierbei handelt es sich um ein weit verbreitetes Interface, welches als Master-Slave Bus konzipiert ist. Ein Datentransfer wird immer durch einen Master initiiert; der über eine Adresse angesprochene Slave reagiert darauf.
In unserem Fall handelt es sich einmal um den HDC 1080 (Feuchtesensor und Temperatursensor),
der im Innengehäuse (mitsamt der Kamera, dem Servomotor und dem „Scheinwerfer“) verbaut ist.
Beim anderen Sensor handelt es sich um BME 280 (Feuchtesensor und Temperatursensor), welcher in der Mastelektronik untergebracht ist.

Die Feuchtesensoren

Der _HDC1080 _von Texas Instruments ist ein digitaler Luftfeuchtigkeitssensor mit integriertem Temperatursensor, der eine exzellente Messgenauigkeit bei sehr geringer Leistungsaufnahme bietet (wenige Mikroampere). Die Messung der Luftfeuchtigkeit erfolgt mithilfe eines neuartigen kapazitiven Sensors. Die Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensoren sind werkseitig kalibriert.
Ein weiterer Sensor liefert uns auch Daten über die Luftfeuchte (außen). Der BME280 ist ein kombiniertes Luftdruck-, Luftfeuchte -und Temperatur Sensor Modul.

Der Helligkeitssensor

Der Helligkeitssensor TSL25911 ist ein digitaler Lichtsensor. Auch dieser Sensor kann per Programmierung auf verschiedene Helligkeitsbereiche konfiguriert werden. Der Sensor besitzt zwei Photodetektoren, einer für Infrarot und einer für das volle Spektrum. So können wir also das Infrarotspektrum, das Vollspektrum oder das sichtbare Licht berechnen. Durch Subtrahieren des Infrarot-Anteils ergibt sich die Stärke des sichtbaren Lichts.

Der Luftdrucksensor

Hier handelt es sich um den schon bekannten Baustein BME 280. Das Meßprinzip baut auf die bewährte Piezo-resistiven Drucksensorik von Bosch auf. Hohe Genauigkeit, Linearität und Langzeitstabilität sind selbstverständlich. Der BMP280 hat eine Auflösung von 0,12 Pa.

Der Regensensor

Der von uns eingesetzte Regensensor reagiert auf Regentropfen oder Schnee, die auf einen Leiterkamm einer Platine fallen und einzelne Leiterbahnen miteinander verbinden, wodurch sich der Widerstand ändert (Regenwasser enthält auch immer einige Bestandteile, die es etwas leitfähig machen). Über den digitalen Ausgang wird der Regen an einen Digitaleingang des Arduino Nano gemeldet, wobei hier die Schaltschwelle einstellbar ist. Mit dem Potentiometer auf der Platine wird der Schwellwert festgelegt, bei dem der digitale Ausgang von "1" auf "0" schaltet. Untergebracht ist die „Sensorplatine“ auf dem Dach, welches die Mastelektronik schützt. Im Innern ist die Auswerteplatine (mit Potentiometer) verbaut.
Der Sensor sollte ab und an mit einem feuchten Tuch gereinigt werden. Auf keinen Fall mit einer aggresiven Flüssigkeit oder gar Lack benetzen.
Sie dazu Bild Nr. 4 (Mastelektronik-Regensensor) in der Rubrik "TBH" (wo befinden sich die einzelnen Sensoren)

Der Feinstaubsensor

Hier ist der weitverbreitete Typ _SDS011 _in der Mastelektronik eingebaut. Ein integrierter Lüftermotor saugt in regelmäßigen Abständen die Außenluft an.
Der SDS011-Sensor ermittelt die Feinstaub-Partikelkonzentration in der Luft mit Hilfe des Streulichtverfahrens um Partikel zwischen 0,3 und 10 µm in der Luft zu erkennen.
Ausgewertet werden zwei Partikelgrößen: PM 2,5 (2,5µm) und PM 10 (10µm).
Wichtig: Wenn die Werte irgendwann gleichmäßig sehr hoch angezeigt werden, hilft nur eines: Durchblasen
Das Gehäuse muß dazu nicht geöffnet werden: Der Schlauch ragt aus dem Gehäuse.

Der Windmesser

Der Windmesser arbeitet nach einem simplen Prinzip: An der Achse ist ein Magnet angebracht, der pro Umdrehung zwei Reedrelais kurzzeitig einschaltet. Das Signal wird vom Arduino Nano ausgewertet und an den Raspberry weitergegeben.

Die Waage

Hier stand die Frage am Anfang: Welche Wägezellen verwenden? Wir haben uns für die „einfache“, aber doch stabile Variante entschieden: 4 Wägezellen, wie sie auch in Personenwaagen verwendet werden. Der mechanische Aufbau gestaltet sich mit diesen Zellen relativ einfach, weil an jeder Ecke eine Zelle sitzt und damit nichts wackeln kann. Die Genauigkeit ist nicht die beste, aber uns geht es ja letztendlich darum: Nimmt das Gewicht im Stock zu oder nimmt es ab oder -bei der Schwarmdetektierung- nimmt das Gewicht innerhalb süberprüfenehr kurzer Zeit (1/4 Stunde) massiv ab?
Um die (sehr) geringen Widerstandsänderung auswerten zu können, wird ein Analog/Digitalkonverter HX711 eingesetzt. Der 24bit A/D-Wandler wurde speziell für Wägezellen mit Wheatstonebrücke konzipiert. Er bietet neben dem A/D-Wandler auch eine integrierte Referenzspannungsquelle. Das Ausgangssignal des Wandlers übernimmt der Arduino Nano zur weiteren Bearbeitung.

Schauen wir uns auch noch die „Sensorplatine“ an.

Hier handelt es sich um die Hauptplatine, auf der alle Daten zusammenlaufen und verteilt werden. Die Platine sitzt huckepack auf dem Raspberry PI 3. Kabel 1 liefert die (digitalen) Daten der Waage direkt an den A/D-Wandler HX711.
Die Buchsen 2 und 3 verteilen die Signale der Mastelektronik (I²C-Bus, Wind, Regen, +5V, +3,3V, gnd). Die Buchsen 4 und 5 sind für die Signale der „Innenelektronik“ verantwortlich ( 1wire, I²C- Bus, Steuersignal für Servo-Motor und „Scheinwerfer“, +5V, +3,3V, gnd)
Da die Controller und Sensoren mit unterschiedlichen Spannungen arbeiten (5V, 3,3V), sind entsprechende Pegelwandler auf der Platine mit verbaut.
Ein Auszug aus dem Schaltplan und dem Bestückungsplan finden Sie im Anhang (Schaltung_Forum).
Die Pläne wurden mit dem Layoutprogramm Eagle (von Autodesk) erstellt.