Wind /// Run
Documentation du modèle LD1 (LoRa/Davis)
v0.2 220814
Modèle LD1 : principe de fonctionnement
  • Dans une zone donnée, 2 composants sont essentiels, de 1 à 14 Stations et au moins une Gateway
  • Chaque Station envoie ses données par radio (LoRa 868 MHz) vers une Gateway (portée environ 3,5 km)
  • La Gateway, connectée en WiFi à un routeur/clé 3G/box Internet, fait transiter les données des Stations via Internet vers le serveur Wind///Run
  • Le serveur Wind///Run propose un affichage des données et distribue ces données vers des services externes (ex: OPS, FFVL, OpenWindMap, WindGuru)
  • La configuration de tous les composants est effectuée sur le serveur Wind///Run

Note: bien assimiler cette documentation avant d'entreprendre la mise en place

Modèle LD1 : installation de la Gateway
  • Le composant est un Heltec LoRa WiFi V2.1 Ne jamais le mettre sous tension sans antenne LoRa connectée (prise IPEX)
  • Brancher la Gateway en intérieur avec l'antenne le plus "à vue" possible des Stations,
    sur le secteur via son câble USB avec (ou pas) une batterie LiPo pour prévenir les micro-coupures de secteur
    l'affichage doit être : 
    
=>AP WindRun
 192.168.4.1
(son adresse MAC)
    		 Gateway boot
    ce qui indique que la Gateway a démarré un Point d'Accès WiFi de nom "WindRun"
    ( si ce n'est pas le cas, double-cliquer sur le bouton marqué RST )
  • depuis un smartphone/tablette/ordinateur,
    se connecter sur ce point d'accès "WindRun"
    (pas de mot de passe)
  • sur ce même matériel, dans un navigateur, aller sur l'url
    http://192.168.4.1/
  • Dans l'interface proposée,
    entrer le nom (SSID) de votre routeur / box / clé
    et son mot de passe (Phrase),
    puis cliquer le bouton "Enregistrer et redémarrer"
    la Gateway redémarre ...
    		•  Gateway boot
  • Sur votre matériel, et si ce n'est pas automatique,
    quitter le point d'accès "WindRun" et se reconnecter à son réseau WiFi précédent
  • À ce stade, une fois connectée,
    la Gateway affiche l'adresse IP obtenue du routeur
    et sur laquelle elle fait tourner
    un mini serveur web avec son interface
    ici sur l'image 192.168.253.176
  • dans le navigateur aller sur l'url
    http://192.168.253.176/
    pour accéder à l'interface de la Gateway


    sur l'image on voit un bouton Nodes "< 3 >"
    qui permet de consulter les Stations
    connues de cette Gateway
    (voir l'image "Nodes" en fin de page)
    ainsi que les infos réseau WiFi et LoRa
    le Réseau WR est l'identifiant commun des composants,
    l'ID Réseau correspond à l'adresse
    de la Gateway dans la zone de portée
    		•  Gateway home page
  • l'adresse MAC de la Gateway est son identifiant dans le réseau "Wind///Run"
    elle doit être communiquée à President@RapacesdAzur.FR pour son intégration au réseau

  • Pour modifier les infos de connexion de la Gateway
    lors d'un changement sur le point d'accès
    ou d'un changement de point d'accès,
    double-cliquer sur le bouton marqué RST
    pour retrouver l'interface d'installation
  • En cas de problème de la Gateway
    celle-ci peut être redémarrée par un simple clic sur le bouton RST
    les Stations se reconnecteront si besoin
    de même que lors d'un remplacement de Gateway

Modèle LD1 : installation d'une Station
  • Le composant est un Heltec CubeCell HTCC-AB02 Ne jamais le mettre sous tension sans antenne LoRa connectée
  • S'assurer que la Gateway est démarrée et connectée avant de mettre la Station sous tension
    (la Station consomme beaucoup d'énergie lorsqu'elle ne trouve pas de Gateway pour se connecter)
  • Fixer le capteur Davis en orientant le bras dans une direction "peu intéressante" pour le site (angle mort)
  • Faire passer le câble qui descend du capteur dans le boitier
  • Brancher les fils noir,vert,rouge,jaune dans les waggo doubles aux couleurs correspondantes
  • Brancher les 2 fils noir et rouge (ou marron et bleu) du chargeur dans les waggo triples (ou doubles) des panneaux solaires
  • Placer les 2 batteries 18650 dans leur boitier noir (attention au sens)
  • Si ce n'est déjà fait, brancher (visser) le fil gris (ou noir) d'antenne du CubeCell au boitier
  • Si ce n'est déjà fait, brancher le connecteur µFL au CubeCell
  • Brancher le connecteur JST mâle de l'interrupteur sous le CubeCell (attention fragile)
  • Brancher la batterie LiPo dans le connecteur JST femelle de l'interrupteur
  • Brancher le CubeCell sur son support (connecteur micro-USB côté fil bleu)
  • Actionner l'interrupteur pour démarrer
    l'écran de la Station affiche son adresse MAC (identifiant)
    qui doit être communiquée à President@RapacesdAzur.FR pour son intégration au réseau
    • Station boot
  • Effectuer la calibration si nécessaire (voir plus loin)
  • Enrouler en 8 l'excédent de câble dans le boitier et refermer son couvercle
  • Fixer le boitier orienté vers le sud avec un angle / la verticale entre 20°(été) et 60°(hiver) suivant la saison et la latitude
  • Mesurer l'angle du bras du capteur avec le Nord

Modèle LD1 : calibration du Capteur
  • Lorsque la Station démarre, elle vérifie qu'elle a bien une calibration en mémoire.
    • si elle n'en a pas, elle démarre la séquence de calibration
    • si elle en a une, elle demande pendant quelques secondes si l'utilisateur veut la modifier (remplacement)
  • Cette séquence consiste à positionner la girouette par rapport au bras du capteur
    à l'Est, au Sud puis à l'Ouest, le Nord représentant l'axe du bras.
  • à chaque étape, l'écran affiche la position demandée et la valeur actuelle
    la LED verte indique que la position est "acceptable" (bleue=>augmenter, rouge=>diminuer)
    et le bouton marqué "USER" doit être cliqué pour enregistrer chacune des 3 positions.
  • ensuite, la Station demande si elle doit enregistrer cette calibration

Modèle LD1 : configuration d'une Gateway
  • Le décalage horaire (en heures décimales) ou "fuseau" de la Gateway par rapport à UTC (sens de la longitude)
  • L'intervalle de temps (en secondes) entre 2 "pings" de la Gateway vers le serveur (permet de détecter un problème)

Modèle LD1 : configuration d'une Station
  • Données émises: vitesses mini,moyenne,maxi(km/h), directions moyenne(°) et de rafale(rose16) sur un intervalle de temps
  • La Station connaît 2 périodes de temps dans la journée appelées ON et OFF
  • Les périodes ON et OFF (ou Jour et Nuit) sont définies par 2 heures (début et fin de la période ON)
  • Pour chacune des périodes, un intervalle de temps est défini en minutes (1 à 60), pour les calculs de moyenne
  • Pour la période OFF (la nuit), un intervalle à 0 permet à la Station de dormir complètement
  • Les données sont émises par bloc de 3 (intervalles)
  • La Station reçoit sa nouvelle configuration au maximum à sa 2ème émission suivant le changement sur le serveur
  • L'état d'une Station peut être suivi sur la page "Nodes" de la Gateway
    (les heures sont exprimées dans le fuseau horaire de la Gateway)
    • Gateway home page
  • exemple :
    On=5 Off=20 intOn=3 intOff=30
    sur le serveur, les heures sont stockées en UTC, en heure d'hiver, la Station émettra
    • de 6h à 21h : 3 données (sur 3') toutes les 9 minutes
    • de 21h à 6h : 3 données (sur 30') toutes les 1h30
  • l'angle du bras du capteur (en °) par rapport au Nord
  • coefficient multiplicateur de vitesse

Modèle LD1 : Avantages
  • configurable à distance pour adapter les besoins avec l'occupation radio et la consommation électrique
  • orientation de la rafale de vent (rose16)
  • vitesse minimale
  • numéro de station indépendant du matériel (remplacements)
  • données émises aussi souvent que 3 minutes
  • le serveur envoie les données en mode "push" (temps réel)
  • correction des vitesses sur le serveur
  • une seule gateway pour plusieurs stations
  • accrochage automatique des stations sur une gateway de secours
  • pas d'abonnement à un réseau (Pioupiou, MeteoWind, WindCrop)
  • pas de dépendance à un réseau externe (SigFox, LoraWan, GSM ...)
  • calibration du capteur sur site (lors d'un remplacement)
  • pas de limite de hauteur de mât à 3 m (WindCrop)
  • capteur jusqu'à 10m du boîtier station
  • pas d'obligation de placer le bras au nord (WindCrop, MeteoWind)
  • pas de pile à changer (Pioupiou, WindCrop)
  • composants "grand public" remplaçables
  • un prix de revient bas

Modèle LD1 : Améliorations prévues
  • Serveur
    • coefficient de multiplication de vitesse
    • interface de configuration des Gateways et Stations
    • reconfiguration automatique paramétrable en fonction des conditions
    • envoi d'alertes
    • service personnel installable sur hébergement mutualisé (type o2switch / nodejs)
  • Gateway
    • mise à jour configurations stations en retour de ping
    • coupure du WiFi en fonction des configurations des stations
    • meilleure reconnexion après une perte de connexion WiFi
    • nouveau format (CBOR ?) pour diminuer le débit réseau (petit forfait gsm de clé3G)
    • mise à jour depuis un pc ou un android
  • Station
    • émission d'un CRC de contrôle
    • gestion de l'énergie MAX17043 (pour mode éco automatique)
    • ajout BME280 (température, pression, humidité)
    • détection de composants au boot
    • mise à jour depuis un android
    • passage en STM32L432KC + E220-900M30S
  • Répéteur
    • Répéteur LoRa entre Station et Gateway (contournement reliefs)

Modèle LD1 : Glossaire
  • AP: Access Point (Point d'accès WiFi)
  • Box (Routeur/Clé 3G): matériel d'opérateur (ou non) qui permet d'atteindre l'Internet en proposant un AP
  • Bras de capteur: tige métallique reliant la girouette/anémomètre au mât
  • Calibration: réglage du programme pour l'adapter à l'électronique du capteur.
  • Capteur: anémomètre et girouette (modèles Davis 7911 ou 6410)
  • Composant: élément électronique (µContrôleur, chargeur ...) remplaçable
  • CRC: (Cyclic Redundancy Checksum) pour détecter une déformation dans un message
  • CubeCell: µContrôleur Heltec d'un node
  • Davis: marque (site web) du capteur
  • Direction: indication en degrés d'angle 0° représente le Nord, 90° l'Est, 180° le Sud.
  • Gateway: passerelle, composant qui "écoute" les stations et communique avec le serveur via Internet
  • Heltec: marque (site web) des µContrôleurs (Gateway et Station)
  • Intervalle (de temps): durée en minutes qui sert à mesurer le vent moyen (vitesse et direction)
  • IP (adresse): Internet Protocol, adresses exprimées en 4 octets séparés par des points
  • JST: marque (et type) de connecteur électronique plastique en général blanc
  • LiPo: Batteries rechargeables Lithium-Polymère
  • LoRa: Long-Range, protocole radio utilisé entre Stations et Gateways (site web)
  • MAC: Media Access Control, identifiant physique unique, adresse de 6 octets représentés en hexadécimal (caractères 0 à F) séparés par des ":"
  • Node: (nœud), station dans le contexte du réseau
  • Orientation: voir Rose16
  • Période: la journée est divisée en 2 périodes; Jour et Nuit (ou ON et OFF) avec chacune son intervalle
  • Ping: envoi par la Gateway d'une requête au serveur (détection de panne, màj configs)
  • Rose16: indication d'une orientation avec 16 possibilités (ex: E-S-E pour est-sud-est)
  • Station: l'ensemble capteur et boîtier sur site, identifiée par une adresse MAC
  • UTC: (Universal Time Coordinated) temps universel de référence
  • WiFi: Wireless Fidelity; protocole réseau sans-fil (2,4 GHz) utilisé par la Gateway pour accéder au serveur sur Internet via la Box
  • Wind///Run: Nom désignant à la fois la marque et l'infrastructure (réseau/serveurs/applications)
  • Zone (de portée): aire géographique variable où les Stations et Gateways se "voient" toutes en radio

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