Jahresrückblick 2025 – unser neuer Blogbeitrag ist online! ✨

[klassisch]

@stenmic Ja, der Himmelstemperatursensor ist tatsächlich einer der interessantesten, den ich habe.

Scheibenvereisung - Frostgefahr
Für diese Aussage brauche ich den Taupunkt der Luft und die Himmelstemperatur.
Den Taupunkt errechne ich bereits in einem guten und gut angebrachten Außensensor aus der rel. Feuchte und der Umgebungstemperatur eines modernen Sensorelements z.B. eines SHT31 oder SHT35, vielleicht auch mal eines SHT85.
Bei wolkenarmen Himmel kommt die Kälte aus dem All auf die Scheiben. Wenn die Himmelstemperatur kleiner ist als die Taupunkttempertur, dann friert die Scheibe zu. Ich sehe hier noch einen kleinen Offset vor, der den Standort und den Warnwunsch berücksichtigt. Zum Standort gehört auch die Neigung der Windschutzscheibe und der Abstand zur wärmenden Umgebung. Bei mir haben sich ca. 1 bis 2K bewährt.

Bewölkung / Bedeckungsgrad
Aus der Himmelstemperatur und der Umgebungstemperatur berechne ich den Bedeckungsgrad, also die Bewölkung im beobachteten Sichtkegel (90°).
Dazu braucht man die sogenannte Himmelstemperatur, die sich am eigenen Standort bei gegebener Aussentemperatur ohne Wolken einstellen würde.
Dazu gibt es eine Menge an Literatur. Einen netten Überblick findet man in: Salem Algarni, Darin Nutter, PhD, PE: Survey of Sky Effective Temperature Models. Applicable to Building Envelope Radiant Heat Transfer ; AT-15-029 Preprint
Ohne Geowissenschftler, Meteorologe o.ä. zu sein schließe ich daraus, daß die Berechnungen weniger auf pysikalischen Prinzipien denn auf mathematischen Näherungsrechnungen basierend auf statitischen Daten beruhen.
Ohne die Atmosphäre wäre die Himmelstemperatur bei etwa 3K (= kosmsche Hintergrundstrahlung). Jetzt gibt es aber die Atmosphäre und die verfälscht diese Temperatur. Und da ist besonders der Einfluß von Wasserdampf dominant. Bei 100% rel Luftfeuchte wäre die Himmelstemperatur gleich der Umgebungstemperatur. Damit haben wir schon mal einen Punkt der linearen Interpolation der Bewölkungsberechnung. Jetzt brauchen wir noch einen zweiten Punkt und das ist die Temperatur, die man bei wolkenfreier Luft hätte, also bei sehr geringer rel Feuchte im gesamten Höhenprofil der Luftschichten über uns.
Diese Temperatur wird virtuelle Himmelstemperatur genannt. Der Einfluß von Stickstoff, Sauerstoff, CO2 ist zwar nicht so dominante wie der von Wasserdampf, aber dennoch da und immer etwas wechselnd, da sich Luftdruck und die Schichtung der Atmosphäre ändern. Also versucht man das nicht mehr physikalisch exakt zu rechnen, sondern sammelt Daten und nähert mathematisch.
Es werden zahlreiche Messungen über einen längeren Zeitraum mit Ballonen an einem Standort gemacht und Daten gesammelt. Dadurch bekommt man Informationen über die Schichtung der Atmosphäre. Das gilt natürlich nur am Meßort und über den Meßzeitraum. Und es gibt viele Modelle, die die verschiedensten Informationen mit berücksichtigen. Ein bekanntes Modell stammt von Swinbank (1963) und bezieht sich auf Australien. Es brücksichtig neben den Temperaturen noch die rel. Feuchte.
Für mich hat sich ein rel. neues (1982) und verblüffend einfaches Modell von Garg (Garg, H.P. 1982. Treatise on solar Energy: Fundamental of solar energy. Chichester: John Wiley & Sons) bewährt. T_Sky = T_ambient -20.
Also einfach 20 K von der Umgebungstemperatrur abziehen und man hat näherungsweise die virtuelle Himmelstemperatur bei klarem Himmel. An meinem Standort passen 25K etwas besser über den Jahresverlauf hinweg.
Jetzt hat man also auch den 2. Punkt für 0% Bewölkung und kann dazwischen linear interpolieren.
"Good enough for Australia" - und auch für mich. Auch wenn man bedenkt, daß der DWD die Bewölkung in 8 Stufen angibt, also in 12.5% Schritten und daß der auf 90° begrenzte Öffnungswinkel eine Einschränkung bringt.

Wenn man die Kurven über längere Zeit beobachtet, sieht man sehr deutlich, daß bei starker Bewölkung und Regen Aussentemperatur und gemessene Himmelstemperatur praktisch identisch sind.
Bei wolkenlosem Himmel stellt man den Temperaturunterschied von ca. 20K bzw. 25K fest. Bei mir paßt das recht gut - gut genug. Damit hat man immer - auch nachts - einen recht guten Wert für die Bewölkung. Man muß dabei beachten, daß Nebel und Dunst diesen Wert ebenfalls beeinflussen. Also auch wenn die Wolkendecke nicht sichtbar ist, aber die Luft zeimlich dunstig, wird ein hoher Bewölkungsgrad angezeigt.

Regenwahrscheinlichkeit
Das habe ich mal in Verbindung mit einem Radarsensor genutzt, um Regen zu erkennen. Mittlerweile hat der Radarsensor aber zu viele false positives (wahrscheinlich biologischen Ursprungs) und ich habe einen Zigbee Bodenfeuchtesensor "umgebaut" und zusätzlich noch einen Regenmengenmesser. Der Radarsensor hatte von Anfang an einige false positives wie z.B. Vögel etc. Deshalb habe ich den Bewölkungsgrad und die relative Luftfeuchte miteinander zu einer Art Regenwahrscheinlichkeit multipliziert. Wenn dann eine Grenze überschritten wurde, galt das Ergebnis des Radarsensors.

[claus1993]

Mit welcher Software lest ihr den MLX90614 aus? Hat das jemand mit ESPeasy hinbekommen?

Habe so einiges an Wetterdaten über einen ESP8266 mit ESPeay laufen. Würde hier gerne den MLX90614 einfach dazupacken. Bisher hatte ich leider keinen Erfolg...der Wert wurde nur einmalig ausgelesen und dann gab es kein Update mehr.

[klassisch]

@claus1993 Ich lese das mit einem selbstgeschriebenen Sketch aus. Der ist aber alt, liefer die MLX Daten nach Homematic, ist recht featurereich und dadurch leider unübersichtlich und schwer zu warten. Das HMI ist nicht mehr zeitgemäß. Meine Sensoren laufen prima damit, aber ich entwickle das nicht mehr weiter. Die Fertigframworks sind einfach bequemer u nd haben ein ordentlichens HMI und ein ordentliches Webinterface.
Beim MLX90614 haben die Fertigframworks aber alle ihre Schwächen. Keiner scheint den out of the box zu unterstützen.
Tasmota ünterstützt das zwar (github Tasmota MLX90614), aber man muß dann selbst übersetzen.
Bei ESPEasy ist mir der Status unklar. Laut Dokumentation sollte es gehen, Laut Forumsbeitrag aber wohl nur mit älteren Versionen.

ESPHome scheint das noch nicht offiziell integriert zu haben. Es gibt einige Implementierungen durch Zufügen von Libs, Beispiele, Beispiel 2 , Beispiel 3

[claus1993]

@klassisch ist halt alles nicht OutOfTheBox und was das Programieren angeht bin ich kein Crack. ESPeasy habe ich - leider erfolglos - versucht. Bei Tasmota müsste ich auch den Sketch anpassen.

Habe eine wetterstation bei der ich bereits 1 ESP 8266 sowie einen D1 Mini nutze. Den einen für den überwiegenden Wetterkram betrieben mit ESPEasy und der zweite für die Gewitterwarnung mit Tasmota...halt alles OutOfTheBox....

[stenmic]

@klassisch
Erstmal Danke für deine ausführliche Erklärung.
Bei mir geht ESP Easy problemlos, der Sensor ist schon im Paket drin.
Ich musste lediglich auf "Force Slow I2C speed" stellen.

Ich muss meinen Aufstellort noch optimieren. Aktuell ist der Sensor genau gegen Himmel ausgerichtet, doch leider verfälscht dann das Regenwasser (welches auf dem Sensor verbleibt) die Temperatur. Ich werde ihn jetzt doch leicht schräg anbringen, damit es ablaufen kann.

[klassisch]

@stenmic sagte in Himmelstemperatur, Bewölkung, Scheibenvereisung:

Bei mir geht ESP Easy problemlos, der Sensor ist schon im Paket drin.
Ich musste lediglich auf "Force Slow I2C speed" stellen.

Super, vielen Dank für die Info! Das ist eine gute Nachricht. Da wird sich @claus1993 freuen, wenn es mittlerweile doch out of the box geht! Welche Firmware-Version nutzt Du?

Ich muss meinen Aufstellort noch optimieren. Aktuell ist der Sensor genau gegen Himmel ausgerichtet, doch leider verfälscht dann das Regenwasser (welches auf dem Sensor verbleibt) die Temperatur. Ich werde ihn jetzt doch leicht schräg anbringen, damit es ablaufen kann.

Ja, ich habe ihn wenige Grad schräg gestellt. Der Sensor ragt etwas über die Kabeldurchführung heraus, damit sich da schon mal kein See bildet. Ich habe das andere Ende der Kabeldurchführung dann in eine billige Aufputz Verteilerdose geschraubt und diese dann mit Silikon abgedichtet. In Situ und deshalb auch etwas krakelig. Dann habe ich die ganze Dose leicht schräg gestellt.
Das Deckglas des Sensors ist leider etwas in sein Gehäuse eingelassen. Deshalb muß man so stark neigen, bis sich dort keine Pfütze mehr bilden kann.
Also ruhig mal testen.
Klar, wenn es regnet, dann sind die Tropfen immer drauf, werden ja ständig nachgeliefert. Die trocknen später dann ab. Ab und an (selten) gibt es auch einen kurzen Ausreißer. Könnte hie und da mal ein einzelner Wassertropfen oder auch ein Vogel sein, der sich daneben hinsetzt. Ist aber eher selten.
Ursprünglich war das nur ein erster Versuch ins Ungewisse und ich wollte bei Erfolg das ganze noch professioneller aufbauen. Mit einer Durchführung aus Edelstahl und einem dichten Alu-Gehäuse. Aber das Provisorium aus Kunststoff mit dem verschmierten Sillikon hält jetzt schon 4 Jahre. Auch recht, dann muß ih schon nicht auf die Leiter klettern. Ich hoffe, daß die Nachbarn die Bäume stutzen, bevor sie "ins Bild" wachsen.

[claus1993]

@stenmic said in Himmelstemperatur, Bewölkung, Scheibenvereisung:

@klassisch
Erstmal Danke für deine ausführliche Erklärung.
Bei mir geht ESP Easy problemlos, der Sensor ist schon im Paket drin.
Ich musste lediglich auf "Force Slow I2C speed" stellen.

Ich muss meinen Aufstellort noch optimieren. Aktuell ist der Sensor genau gegen Himmel ausgerichtet, doch leider verfälscht dann das Regenwasser (welches auf dem Sensor verbleibt) die Temperatur. Ich werde ihn jetzt doch leicht schräg anbringen, damit es ablaufen kann.

Hatte es schon versucht aber leider hat es bei mir nicht geklappt. Denke ich werde es noch mal angehen...

Hast du den Sensor direkt an den ESP angeschlossen oder noch irgendwelche Wiederstände dazwischen geschaltet?
Sind an dem ESP noch weitere I2C Sensoren angeschlossen?

[klassisch]

@claus1993 Bei mir hängt an dem I2C noch ein BME280. Einer der letzten, die ich noch im Außeneinsatz habe.
Dabei verwende ich immer das kleine BME280 Breakoutboard mit dem Spannungsregler drauf. Darauf sind auch pullup Widerstände für die I2C Leitungen.
Wenn ich mich recht erinnere, dann haben die Melexis Breakoutboards keine Pullup Widerstände. Wenn man also nur diese Boarrd hat, dann sollte man 4.7K (so in etwa) Pullup Widerstände gegen Plus 3.3V anbringen. Also einen von SCL auf +3.3V und einen von SDA auf 3.3V. So etwas mache ich dann gleich auf dem Wemos Board.
Bei mir sitzt der Wemos in einer AP Verteilerdose. Zusammen mit einem Spannungsregler von 12V auf 5V. Versorgt wird mit 12V, weil ich das dort habe.
Dann gehen 2 vierpolige Telefonleitungen ab. Eine zum BME280, und eine zu der zweiten Verteilerdose, welche die Kabeldurchführung mit dem MLX90614 angeschraubt hat (Bild oben in den ersten Posts). Die Kabellänge ist bei mir in Summe schon fast 1 m lang, was aber eigentlich schon zu lang ist. Sollte man deutlich kürzer halten.

[stenmic]

Hast du den Sensor direkt an den ESP angeschlossen oder noch irgendwelche Wiederstände dazwischen geschaltet?
Sind an dem ESP noch weitere I2C Sensoren angeschlossen?

Ich habe einen konfektionierten Sensor genommen “ARCELI GY 906 MLX90614 ESF-BAA-000-TU-ND Infrarot-Thermometer IR-Sensor für Arduino“ und es sind keine weiteren angeschlossenen.

[klassisch]

Kurzes Update aus gegebenem Anlass:
Nach einigen wolkigen Tagen wurde es heute richtig sonnig.
Aber meine Cloudage war bei 100%
Dachte, Sensor defekt oder ein Vogel hätte was hinterlassen.
Fast richtig. Es war der Saharastaub des "Blutregens".
Also den Sensor so anbringen, daß man auch mal zum Reinigen drankommt.