Meteo Watcher IV

Ha sido diseñado para controlar la seguridad del observatorio mientras está operativo, ya sea gestionado de manera presencial o remota.

Es el único dispositivo de este tipo que opera de manera autónoma, analizando los parámetros climatológicos conforme a la configuración establecida y decidiendo si debe permanecer abierto o no el observatorio. Monitoriza los principales parámetros ambientales relevantes en un observatorio astronómico: Nubosidad, Temperatura ambiente, Humedad Relativa,  Punto de Rocío, Luminosidad, Lluvia y Viento.

Meteo Watcher IV no debe utilizarse como una estación meteorológica. No está pensada ni diseñada para esa labor.

En su diseño se ha buscado practicidad y operatividad, proporcionando información en tiempo real de manera gráfica o procesable con posterioridad mediante un fichero CSV.

Meteo Watcher IV dispone de una salida de relé que permite actuar sobre otros dispositivos y/o alarmas, en el caso de que las condiciones de uso del observatorio no sean seguras.

Las comunicaciones entre el Meteo Watcher IV y el ordenador del observatorio se realizan a través del Programa de Control mediante conexión USB 2.0 (se proporciona con cable de 5 mts).

Además, lleva también un cable de dos pares de hilos de 5 mts de longitud: un par para la alimentación a 12V y otro par que corresponde a la salida del relé que permite interactuar con los sistemas de alarma u otro dispositivo que atienda la apertura/cierre del observatorio

Meteo Watcher IV no depende de un ordenador para operar y gestionar la seguridad del observatorio. Una vez configurado, éste trabaja de manera autónoma, analizando las medidas medioambientales y tomando decisiones, en base a la configuración establecida, sobre si debe seguir o no abierto el observatorio.

El Programa de Control permite al usuario monitorizar en tiempo real los valores medioambientales y configurar el comportamiento del dispositivo. Además, proporciona un medio de interconexión compatible con el modo Boltwood/Clarity II Remote, por lo que le permite interactuar con la mayoría de los programas destinados a la automatización de observatorios, como puede ser CCD Commander o CCD Auto Pilot, además de ser compatible con ASCOM Safety Monitor.

Tanto la información telemétrica proporcionada en la ventana principal del Programa de Control y en el Registro de Intercambio de Información con otros programas se actualiza cada 30 segundos.

Meteo Watcher IV es un dispositivo de medición de parámetros medioambientales, que lejos de ser absolutos, son dependientes del lugar de instalación y época del año en la que nos encontremos, por lo que será necesario realizar frecuentes ajustes en los parámetros de configuración para adecuarlo a las condiciones climatológicas de cada época. En todo caso, Meteo Watcher IV no es una estación meteorológica y no debe utilizarse como tal.

Entre otras funciones, controla la humedad relativa y la temperatura ambiente, y por tanto conoce la temperatura de rocío (punto de rocío). Esto permite configurar las alertas para que se cierre el observatorio en caso de alcanzar una humedad relativa límite o que la temperatura de rocío se acerque demasiado a la temperatura ambiente. En ocasiones se cuida mucho el rocío en las lentes, pero se olvida que puede ser también muy dañino en la electrónica que rodea a nuestro telescopio (montura, ordenadores, cámaras, enfocadores, etc). E incluso, que debido al hielo sea imposible cerrar el observatorio.

MeteoWatcher IV cuenta con un nuevo sensor de lluvia capacitivo de compuesto cerámico. De color celeste, por lo que no se debe confundir con alguna protección superficial. Este sensor es mucho más sensible, por lo que puede requerir algo más de tiempo en su ajuste. Este sensor dispone de un calefactor interno situado en la otra cara del sensor. Activándolo podremos eliminar la humedad del rocío y escarcha, o mejor aún, evitar que se forme. Puede funcionar de manera automática, activándose en cuanto detecta agua el sensor de lluvia y desactivándose cuando desaparece. También es posible activarlo manualmente. En cualquiera de los casos podremos fijar el porcentaje de potencia que se desea aplicar. Por mi experiencia, configurar el calefactor para trabajar a un mínimo del 30% en noches húmedas y frías nos podrá garantizar tener falsos positivos de lluvia por humedad o escarcha.

El consumo medido del dispositivo al 100% de potencia y alimentado a 12v es de aproximadamente 0.3 Amp, por lo que se recomienda usar una fuente de alimentación que proporcione de verdad y con holgura 0.5 Amp.

El Programa de Control está compilado en .NET 4.0, por lo que es compatible con Windows XP, 7, 8, 8.1 y 10. Al mismo tiempo, ha sido programado para que la interpretación del separador de decimales, ya sea coma o punto, no sea un problema y se adapte a la configuración regional del sistema donde se ejecuta.

El interfaz USB 2.0 utiliza el chipset CH341. Las últimas versiones de Windows lo reconocen sin problemas, pero si lo necesitas, aquí tienes el driver para descargarlo e instalarlo.

Es posible actualizar el firmware del procesador que incorpora. Para ello utilizaremos el programa XLoader. Basta con descomprimir y ejecutar:

Indicaremos que se trata de un Arduino Nano (como se muestra en la imagen) y seleccionaremos el puerto. La velocidad la fija el programa. Seleccionaremos el fichero con la última versión del firmware que queremos instalar y pulsaremos Upload. Mientras se realiza la reprogramación no se deben interrumpir las comunicaciones ni apagar el Meteo Watcher IV.

Es posible que el proceso de actualización implique un borrado de la configuración existente, por lo que es recomendable verificar la configuración tras aplicar una actualización del firmware.

En concreto se utiliza el anemómetro que se ve en la foto. Es un modelo básico, económico y fiable, que se utiliza en numerosas estaciones meteorológicas y que proporciona un resultado muy satisfactorio.

Este anemómetro se compra como elemento de sustitución de una estación meteorológica, por lo que viene sin báculo y el cable que trae es extremadamente corto. Esto obliga a tener que desarmarlo por completo para soldar un cable más largo (1 metro). Respecto al báculo, he ideado una solución simple y eficaz, que permite sujetar el anemómetro de manera sencilla.

El anemómetro se conecta al Meteo Watcher IV a través de un conector estanco, que se proporciona junto con la opción del anemómetro. El dispositivo ya incluye en la caja el conector hembra donde enchufar el anemómetro, como puede verse en las fotos previas.

Dado que el dispositivo opera de manera autónoma, sin necesidad de estar conectado a ningún ordenador, no necesita medidas de verificación de presencia de segundos dispositivos, como pudiera ser un ordenador de control.

Desde el momento que se encienda la alimentación el Meteo Watcher IV y si está configurado en Modo Automático, comenzará a realizar las medidas de los parámetros climatológicos y a tomar decisiones.

En el Meteo Watcher IV el relé está configurado en modo "cerrado en reposo", lo que implica que si se corta la alimentación de 12v el relé se cerrará y forzará el cierre del observatorio.

Descargue y descomprima el fichero que contiene la última versión del Programa de Control (ver sección Actualización de software y firmware de esta página). Cree la carpeta donde quiera instalar el programa. Lo aconsejable es que dicha carpeta se denomine MeteoWatcherIV y se cree en la carpeta del sistema Archivos de programa. En la carpeta Documentos del usuario se creará automáticamente la carpeta MeteoWatcherIV, donde residirán todos los ficheros relacionados con la aplicación: configuración, logs, etc.

La primera vez que ejecute el Programa de Control (MeteoWatcherIV.exe) se creará automáticamente el fichero MeteoWatcherIV.ini con una configuración estándar que posteriormente podrá modificar con el propio programa desde las pestañas Alertas y Configuración. Sólo se le pedirá indique el puerto serie con el que se conectará.

El dispositivo Meteo Watcher IV deberá instalarse en una ubicación despejada del observatorio, siendo muy importante que tenga una ligera inclinación para evitar retenga agua en la parte superior del mismo, debiendo estar situados los orificios de ventilación, que nunca deberán obstruirse, en la parte más baja, conforme se puede apreciar en la siguiente foto:

En algunos ordenadores, a pesar de que el fabricante asegure que sus puertos USB cumplen las especificaciones 2.0, ésto no siempre es cierto y proporcionan voltajes en la salida de 5V sensiblemente inferiores, lo que en la práctica supone un recorte en la longitud máxima del cable USB que pueden soportar y por tanto tienen dificultades para utilizar cables USB de 5 metros, como el que incorpora el Meteo Watcher IV.

Esta circunstancia suele traducirse en pérdidas intermitentes de las comunicaciones o directamente no poder establecerse. En ocasiones es posible solventar este problema probando en alguno de los otros puertos (preferiblemente los situados en la parte trasera del ordenador). Aunque la solución más recomendable es incorporar un HUB USB alimentado, de calidad y que nos garantice cumplir con las especificaciones USB 2.0. También es posible utilizar Extensores de USB mediante RJ45 a través de cable UTP.

Meteo Watcher IV, como todo dispositivo instalado en el exterior, sufre las inclemencias meteorológicas y ambientales, por lo que deberá ser objeto de cuidado y mantenimiento. Tanto el sensor de lluvia como el sensor de nubes pueden presentar acumulación de suciedad, por lo que es aconsejable limpiarlos suavemente con alcohol y un bastoncillo. La falta de limpieza puede producir lecturas erróneas en los sensores.

Tenga en cuanta que los datos de telemetría y configuración residen en el dispositivo Meteo Watcher IV, por lo que cada vez que se solicitan telemetrías o parámetros de configuración, el programa debe solicitar éstos al Meteo Watcher IV para poder visualizarlos. Esta operación, dependiendo de las circunstancias puede llegar a tardar algunos segundos.

Si todo es correcto y una vez se ha establecido la comunicación con el Meteo Watcher IV se visualizarán los datos de telemetría. En el caso de que se haya establecido la ejecución en modo minimizado, el programa se minimiza y aparecerá en el System Tray el icono de Meteo Watcher IV con la marca verde y una notificación como la siguiente:

En cualquier momento, si damos un doble click con el botón izquierdo del ratón sobre el icono, la aplicación volverá a ejecutar en modo normal y se podrán ver los valores de todos los sensores y condiciones climatológicas que Meteo Watcher IV monitoriza.

En el caso de que el programa de control detecte problemas en las comunicaciones, aparecerá un mensaje similar al anterior indicando Reiniciando Comunicación, poniéndose el icono de la barra de tareas (System Tray) con la marca roja.

En el momento de restablecer las comunicaciones nos lo indicará con otro mensaje indicando Recuperada Comunicación, poniéndose nuevamente el icono de la barra de tareas (System Tray) con la marca verde.

Si minimizamos la ventana del programa de control, éste continuará trabajando en modo minimizado, conforme se ha explicado anteriormente.

Volviendo a la ventana en tamaño normal, en la zona superior izquierda se muestra la fecha y hora en la que se realizó la última actualización de datos.

En la zona superior derecha se muestra el estado de Relé de apertura, con el que se indica si las condiciones ambientales son adecuadas para operar el observatorio (botón en color verde) y por tanto el relé estará inactivo, o si por el contrario no se cumplen las condiciones para operar de manera segura (botón en color rojo) y el relé en este caso estará activo. En el caso de haberse inhibido el relé, el botón aparecerá en color gris.

Además del relé, siempre que tengamos ejecutando el programa de control, es posible configurar Meteo Watcher IV para que ejecute un Programa externo (*.bat, *.exe o *.vbs) en el caso de que las condiciones ambientales no sea adecuadas. Al igual que con el Relé de apertura, el botón estará en verde si las condiciones son adecuadas y el programa no se ha ejecutado o se ha cumplido el periodo de tiempo de Reapertura , en rojo en caso de incidencia y por tanto haberse ejecutado el programa, o en gris en caso de no estar activa dicha opción.

En caso de alerta, primero se ejecutará el programa externo, y una vez finalizado, se activará el relé de cierre. Esto permite, por ejemplo, ejecutar un script VBS (POTH_Park_Telescope.vbs) que se conecta con el telescopio a través de POTH para dar la orden de aparcar el telescopio, y posteriormente mediante el relé, iniciar el cierre del observatorio.

En el campo Reapertura se indican los minutos restantes para que todos los mecanismos de seguridad activados indiquen que es posible abrir el observatorio: relé, campos de Cierre del observatorio o Alerta del fichero MeteoWatcherIV.dat. Esta cuenta atrás se inicia en el momento en el que se desactivan todas las alarmas.

El botón Reset permite indicar a Meteo Watcher IV que en el próximo ciclo, si las condiciones lo permiten, ponga a cero el contador de tiempo para la Reapertura . Cuando se pulsa el botón se pone en color rojo. Una vez se ha evaluado la petición, éste vuelve a ponerse en verde. Es de utilidad si estando inhibida la apertura del observatorio (Relé de apertura en rojo) modificamos algún valor en la configuración o en las alertas.

En la zona izquierda, que corresponde a los valores proporcionados por alguno de los sensores, tenemos:

Temp.: Temperatura ambiente.

T.Cielo: Temperatura del Cielo medida por el sensor de nubes. Cuanto más despejado esté el cielo menor será la temperatura medida. Usaremos este valor para ajustes de configuración.

S.Lluvia: Indica el valor que proporciona el sensor de lluvia. Usaremos este valor para ajustes de configuración.

Luz:  Representa una indicación de la luminosidad que está midiendo el sensor de luz.

Anem.:  Velocidad del viento medida en Km/h. Se realiza una lectura cada 30" y se muestra el valor medio de las tres últimas mediciones.

En la zona derecha, que corresponde a las Condiciones climatológicas y ambientales, tenemos:

Cielo: Indica el nivel de nubosidad y depende directamente de la Temperatura del Cielo. Indicará valores de Despejado o Nublado.

Lluvia: Se activa cuando el sensor de lluvia detecta la presencia de agua indicando Seco o Lluvia.

Claridad:  Indica el nivel de luminosidad existente. Los valores son: Oscuro o Muy claro.

Humedad: Humedad relativa.

Rocío: Temperatura a partir de la cual empieza a condensarse el vapor de agua contenido en el aire.

Viento: Se activa si la velocidad del viento alcanza el umbral indicado, pudiendo mostrar Calma o Fuerte.

Calentador: Es un control deslizante que permite activar el calefactor de manera manual, indicando que porcentaje de potencia debe utilizarse. Cuando el calentador se activa de manera automática se ve reflejado en este indicador marcando el porcentaje de la potencia empleada.

En la zona inferior izquierda tenemos el botón Gráfica, que nos permitirá visualizar con total comodidad la evolución de todos las variables monitorizadas por el Meteo Watcher IV a lo largo de hasta las últimas 48 horas. Al pulsarlo se abrirá una nueva ventana como ésta:

En el caso de que la ventana permanezca abierta, ésta se actualizará automáticamente cada 5 minutos. Si se pulsa el botón Gráfica estando la ventana abierta se producirá un refresco de las gráficas a ese instante.

Cuando se abre la ventana de gráficos, o cuando ésta se regenera automáticamente cada cinco minutos, se crea/actualiza automáticamente el fichero MeteoWatcherIV.jpg con una copia de dicha gráfica. Lo que nos permitirá empotrarla en una página Web o en otro tipo de visualizador.

Los valores de Humedad, Lluvia, Luz, Relé y P. Externo se visualizan en una escala comprendida entre 0 y 100, por lo que utilizan el eje de ordenadas (Y) de la izquierda. Los valores de T. Cielo, T. Ambiente, T. Caja, Rocío y Viento utilizan el eje de ordenadas (Y) de la derecha.

Los datos visualizados son los mismos que se almacenan en formato CSV, por lo que para estudios más profundos y detallados recomiendo utilizar directamente una hoja de cálculo.

Como se ha indicado previamente, Meteo Watcher IV puede mostrar de modo gráfico todos los parámetros que monitoriza.

En la ventana Gráfica podemos seleccionar qué parámetros queremos que se muestren gráficamente.

En la ventana de Alertas se definirá qué parámetros queremos controlar para operar con el observatorio.

Modo automático:

Cielo

Lluvia

Claridad

Humedad

Rocío

Viento

Tiempo reapertura

Ejecutar programa externo

Habilitar relé de cierre

Enviar mail si se dispara relé de cierre
 

Permite indicar al programa de control del Meteo Watcher IV que una vez armado el relé de seguridad se envíe un mail, si estuviese configurado, informando del hecho.

Buscar actualizaciones de software
 

Permite indicar al programa de control del Meteo Watcher IV que en el momento de inicio verifique si hay nuevas versiones de Firmware (software del Meteo Watcher IV) y del Programa de Control.

Una vez ajustados los parámetros de alerta debe pulsar el botón Guardar para que se almacene en el propio Meteo Watcher IV la configuración establecida.

En la ventana de Configuración es donde se definen los valores de los parámetros que fijarán el funcionamiento del Meteo Watcher IV.

COM: Indicaremos en este campo el puerto serie asignado para las comunicaciones con él.

Humedad: Indicaremos el umbral de humedad relativa máximo a partir del cual se entiende hay demasiada humedad ambiente y es perjudicial para el equipo o perjudica notablemente las observaciones. Si se sobrepasa este umbral se indicará en los campos W y r del fichero MeteoWatcherIV.dat (que se describe posteriormente) como humedad alta.

Diferencial de Rocío: Fijaremos el diferencial mínimo admisible en grados centígrados entre la temperatura ambiente y el punto de rocío. Por debajo de ese diferencial se entiende que hay excesivo peligro de condensación. Si se sobrepasa este umbral se indicará en los campos W y r del fichero MeteoWatcherIV.dat (que se describe posteriormente) como humedad alta.

Lluvia: Los valores de este parámetro pueden variar entre 0 (totalmente seco) y 9999. Fijaremos para este parámetro el valor a partir del cual entendemos que hay lluvia. En épocas húmedas es recomendable poner este valor no muy bajo (100-120 puede ser razonable) y configurar el calefactor para trabajar siempre a un mínimo del 30%.

Viento: Valor a partir del cual se entiende que pasa de calma a viento fuerte, que impide mantener abierto el observatorio.

Luminoso: El valor de este parámetro pueden variar entre 0 (totalmente oscuro) y 1023 (máxima luminosidad) y representa en valor por debajo del cual se entiende que se ha alcanzado un nivel razonable de oscuridad.

Nublado: Los valores de temperatura del cielo pueden variar desde valores positivos en caso de mucha nubosidad a valores negativos en caso de cielos despejados. Cuanto más despejado más negativa será la temperatura del cielo. Este valor determina el límite de temperatura del cielo a partir del cual, en sentido descendente de valor, se entiende que el cielo pasa a estar nublado.

Calibración fotómetro: Este parámetro permite calibrar la sensibilidad del medidor de luz, posibilitando que tengamos mediciones de cero en condiciones de oscuridad. Es un valor que se restará siempre a la lectura que proporcione el detector de luminosidad.

Calibración sensor lluvia: Este parámetro permite calibrar la sensibilidad del medidor de lluvia, posibilitando que tengamos mediciones de cero en condiciones de seco. Es un valor que se restará siempre a la lectura directa que proporcione el detector de lluvia.

Calibración anemómetro: Para realizar una razonable caracterización del anemómetro necesitamos conocer y especificar estos parámetros.

Calentador: Meteo Watcher IV proporciona la facilidad de poder indicar que el calentador funcione de manera automática, especificando un % mínimo de funcionamiento. Si el mínimo es cero: entonces sólo se encenderá el calefactor si el sensor de lluvia alcanza el umbral que se ha definido para Lluvia. En el caso de que el mínimo sea mayor que cero: entonces siempre estará operativo el calefactor, estando como mínimo al tanto por ciento mínimo fijado, aunque el sensor de lluvia marque cero. El porcentaje de potencia aplicada en el calefactor variará de manera automática en función de lo que indique el sensor de lluvia, alcanzando el 100% de su potencia cuando el sensor de lluvia alcance el valor de 300 o superior.

En el bloque de opciones que permiten el modo de funcionamiento tenemos:

Iniciar con Windows: Se indica al programa de control del Meteo Watcher IV que debe realizar la configuración necesaria en el sistema para que éste se arranque automáticamente al iniciar el sistema operativo.

Ejecutar minimizado: Se indica al  programa de control del Meteo Watcher IV que debe ejecutar en modo minimizado, mostrando únicamente el icono en la barra de tareas (System Tray). De esta manera, una vez establecida la conexión con el dispositivo, el programa pasa automáticamente a ejecutar en modo minimizado.

Genera traza: Se indica al programa de control del Meteo Watcher IV que genere el fichero MeteoWatcherIV.log, en el mismo directorio donde se encuentre instalado, en el que irá almacenando toda la información relativa a las operaciones que va realizando. Normalmente estará desactivado.

Genera CSV: Se indica al programa de control del Meteo Watcher que almacene en el fichero MeteoWatcherIV.csv (ubicado en el mismo directorio donde se encuentre instalado) todos los valores leídos en formato CSV. Lo que permitirá analizar con una hoja de cálculo la evolución de los mismos y de este modo refinar el ajuste del sistema.

Una vez ajustados los parámetros de configuración debe pulsar el botón Guardar para que se almacene en el Meteo Watcher IV la configuración establecida.

En el caso de pulsar Reset se cargará la configuración por defecto. Realice las modificaciones que considere y finalmente pulse Guardar para que ésta se almacene en el Meteo Watcher IV.

Algunas consideraciones sobre el uso del calentador.

Es posible que bajo condiciones de humedad extrema se puedan obtener falsas lecturas de lluvia, al depositarse gran cantidad de agua sobre el sensor de lluvia. Incluso si la temperatura es muy baja este agua puede llegar a convertirse en escarcha o hielo.

Meteo Watcher IV incorpora un calentador que actúan sobre el sensor de lluvia, evaporando el agua que pudiera haberse depositado sobre él. Si el % de la potencia empleada es muy elevada, el calor generado por el calefactor puede provocar una alteración en las medidas de temperatura, humedad relativa y por tanto sobre el dato del punto de rocío. El efecto provocado por el calefactor puede generar medidas erróneas de estos parámetros. Por lo que es muy aconsejable tener en consideración esta circunstancia y utilizar en todo momento la mínima potencia necesaria.

Algunas consideraciones sobre la configuración y precisión del anemómetro.

Aunque es posible ajustar el anemómetro para que proporcione una medida bastante exacta de la velocidad del viento, no hay que olvidar que se trata de saber cuándo hay poco o mucho viento como para poder abrir o cerrar el observatorio. Una vez ajustado el anemómetro, y con las velocidades de viento relativas que nos proporcione, deberemos determinar de forma experimental qué entendemos por viento fuerte, y con ese valor ajustaremos la alerta del Meteo Watcher IV.

Es posible configurar el Programa de Control del Meteo Watcher IV para que nos envíe un mail cada vez que se active el relé de seguridad.

Una vez configurados los parámetros de configuración de nuestro servidor de correo electrónico, deberemos pulsar el botón Guardar para almacenar nuestra configuración.

Pulsando el botón Envía prueba podremos verificar que todo está bien configurado, debiéndonos llegar un mail de prueba.

En esta ventana podremos consultar, además de las condiciones de uso, la versión del Programa de Control que estamos utilizando, la versión del hardware (PCB) y del software del dispositivo Meteo Watcher IV (firmware).

Se sigue el formato definido por Cyanogen para el Cloud Sensor II en claritymanual.pdf (Cap. 17). Siendo el separador de decimales, independientemente de la configuración regional, el punto.

2015-02-01 20:43:50.00 C K -8.7 6.8 8.0 17.5 43 -4.9 0 0 0 00030 042034.86377 3 2 1 1 1 1

2015-02-01;12:29:07;-26.2;15.94;12.50;41;2.7;1023;1971.77;6.2;1

Meteo Watcher IV no es un producto comercial y por lo tanto se proporciona sin ningún tipo de garantía. No va sellado ni incorpora mecanismos que impidan al propietario su manipulación. Lo diseñé para utilizarlo en mi observatorio. Sólo el desarrollo software ha supuesto cientos de horas de trabajo. Sigo trabajando en su evolución, siendo ésta la cuarta generación.

Si necesitas alguna aclaración, sugerencia o si tienes interés por un Meteo Watcher IV, puedes contactar conmigo en:

o puedes inscribirte en el grupo de Yahoo meteo-watcher : https://es.groups.yahoo.com/neo/groups/meteo-watcher/info