Raspberry Pi 2とADS-WS1で屋外気象観測ステーションを構築

Bloominglabsでは、シリアル出力対応のADS-WS1気象観測ステーションを最近導入し、Raspberry Pi 2を用いてデータをオンライン化するプロジェクトを開始しました。このステーションは風向、風速、降雨量、温度、湿度を取得します。PiはPoEで給電され、マスト上の防水エンクロージャに収められ、シリアルストリームを読み取り、ネットワーク経由でデータを公開します。

ステップ1: パーツリスト

• 1) ADS-WS1気象観測ステーション（シリアル出力対応なら他機種も可）
• 2) Raspberry Pi（任意モデル；Pi 2を使用）
• 3) シリアル-USBアダプタ（例：FTDI）
• 4) メスDB9コネクタ付き以上のシリアルケーブル
• 5) ステーションまで届く長さのEthernetケーブル
• 6) 5V電源、1–2A
• 7) 防水エンクロージャ
• 8) (オプション) Ethernetサージサプレッサ
• 9) (オプション) Power-over-Ethernet (PoE) インジェクタ/アダプタ

ADS-WS1の消費電流はわずか50mAなので、Piから直接給電するか、同一電源から供給できます。追加ドキュメントはArgent Dataウィキを参照。

ステップ2: Raspberry Pi 2にOSをインストール

Raspberry Pi互換OSなら何でも動作；ここでは8GB SDカードにRaspbian 7.1を使用。公式インストールガイドに従いイメージ書き込み、カード挿入、電源投入。初期設定用にローカルHDMIディスプレイとUSBキーボードがあると便利。Raspbianは通常DHCPでIP取得するが、ポールマウントデバイスの場合は固定IPを推奨。

起動後、USB-シリアルアダプタを接続。Raspbianは自動的に/dev/ttyUSB0として検出。ls /dev/ttyUSB*またはlsusbで確認：

[email protected] ~ $ ls /dev/ttyUSB*
/dev/ttyUSB0
[email protected] ~ $ lsusb
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 005: ID 0403:6001 Future Technology Devices International, Ltd FT232 USB-Serial (UART) IC

固定IP設定は/etc/network/interfacesを編集：

iface eth0 inet static
address 192.168.x.x
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.x.x

必要パッケージをインストール：

sudo apt-get install apache2 wget minicom weewx

テスト用ヘルパースクリプトweather.shをダウンロード：

wget -O weather.sh "https://server1.nuge.com/~weather/software/weather-…"

URLが失敗する場合はこちらから最新版を取得。Piユーザーをdialoutグループに追加してシリアルポートアクセスを許可：sudo usermod -a -G dialout pi。

ステップ3: weewxのインストールと設定

Weewxはシリアルポートをポーリングし、各種気象ステーションのデータをパース、グラフ表示用Webインターフェースを提供。/etc/weewx/weewx.confを編集し、お使いのステーション詳細を反映。ファイルは自己文書化されているため、location、WEEWX_ROOTなど必要な設定を変更。

起動時自動開始を有効化：

sudo update-rc.d apache2 defaults 99 2
sudo update-rc.d weewx defaults 99 2

これでPi起動時にApacheとweewxが自動起動します。

ステップ4: シリアルケーブルと電源の配線

データ線3本と電源線2本のみ必要。DB9ピンの2（TX）、3（RX）、5（GND）をステーションのシリアルヘッダに接続。外皮と内部ワイヤを1/4インチ剥き、マルチメータでピンアウト確認。

ステーションには5V電源を供給 – Piの5V出力または別途5V/12V電源。プラスを「DC in」端子、グランドを下側GND入力に接続。

屋外設置ではPoEアダプタを採用：Piと気象ステーションが単一の5Vラインを共有。接続部をシュリンクチューブで保護し、耐候性NEMA 4エンクロージャ内に収納。Piから5V供給する場合はmicroUSBコネクタを外し、PoEスプリッタ経由で電源供給可能。

ステップ5: シリアルデータ受信の確認

Piとステーションに電源投入。minicomを起動しシリアル通信を確認。ADS-WS1ファームウェアの書き換えが必要な場合は公式コマンドガイド参照。ステーションが定期的にデータを出力したら、./weather.shを実行し正しいパースを確認。

ステップ6: 屋外使用の準備

電子機器を防水エンクロージャに収納。正確な温湿度測定のため、ステvenson screen（通気性のある日陰ボックス）の設置を検討 – センサーを直射日光から保護。当面はシンプルなPVC NEMA 4エンクロージャで代用可能だが、10–15°Fのバイアスが生じたり湿度測定が不能になったりする可能性あり。将来的にプロパーなStevenson screenを導入予定。

より詳細なガイダンスについては、Raspberry Pi 2 Weather Stationリファレンスを参照。