Starkregen messen, wo er fällt: der 25square-Sensor
Ein kapazitiver Regensensor pro Viertelquadratkilometer. Wir haben Hardware, Firmware und Datenpfad für das mFUND-Projekt 25square gebaut.
Wettermodelle sind nur so gut wie ihre Bodenwahrheit. Für Starkregen-Nowcasting auf Straßenniveau gab es die 2020 nicht: Radar sieht Wolken von oben, ein oder zwei städtische Messstationen sehen eine Regenzelle über sechs Häuserblocks gar nicht. Das Forschungsprojekt 25square (mFUND, Bundesministerium für Verkehr) wollte das mit einem Sensor pro Viertelquadratkilometer ändern, für Bochum rund 580 Stück.
Unser Anteil im Konsortium mit Okeanos und dem Bochumer Institut für Technologie war der Sensor selbst: Systemarchitektur, Hardware, Bare-Metal-Firmware und der Weg der Daten ins Backend. Statt Kippwaage oder Piezo messen wir kapazitiv. Eine frei schwingende Prallplatte über einer festen Grundplatte bildet einen Kondensator, jeder Tropfen verstimmt einen Oszillator, und ein STM32 zählt die Frequenzverschiebung mit seinen Timern. Frequenzen sind robust zu messen, Mikrovolt nicht.
Die Sensoren hängen an PoE oder LoRa, sprechen MQTT und liefern Ereignisse statt integrierter Summen. Das Messprinzip ist zum Patent angemeldet. Was wir daraus mitgenommen haben, steckt heute in jedem unserer DAQ-Projekte: so nah an der Quelle digitalisieren wie möglich, und die Elektronik so bauen, dass 580 Stück ohne Wartungsplan überleben.
Den vollständigen Bericht mit Schaltungsdetails, Firmware-Stack (lwIP, MQTT) und Feldergebnissen gibt es im Blog von Stephan Bökelmann.