# Den Niederschlag messen mit einem 3D-Druck Regenmesser
*17. Dezember 2023 (Update: 15. Juli 2024)*
#homeassistant #smarthome #zigbee #3ddruck #automation #sensoren
In diesem Artikel zeige ich dir, wie du einen Regenmesser erstellst, der mit Home Assistant über Zigbee kommuniziert. Das Tolle daran ist, dass du nur einen 3D-Drucker, ein paar Schrauben und einen Zigbee-Türsensor brauchst. Ich empfehle den Sensor von Aqara, aber jeder andere Sensor ähnlicher Größe sollte genau so gut funktionieren.
![[Regenmesser Header.png]]
Ein solcher Regenmesser ist interessant, weil er dir hilft, das lokale Wetter genau zu überwachen. Du kannst beispielsweise den Niederschlag in deinem Garten messen, was besonders nützlich ist, wenn du Pflanzen oder einen Gemüsegarten hast. Außerdem ist es ein spannendes Projekt, das Technik und Natur verbindet, und du erhältst ein maßgeschneidertes Gerät, das genau auf deine Bedürfnisse zugeschnitten ist.
## Was benötigt wird wird
Für dieses Projekt benötigst Du folgendes:
- 3D-gedruckte Teile des Regenmessers (3D-Modelle von "[Smart Solutions for Home](https://smartsolutions4home.com/ss4h-zrg-zigbee-rain-gauge/)")
- Schrauben 3mm
- Tür- und Fenstersensor (z.B. von [Aqara](https://www.amazon.de/gp/product/B07D37VDM3/ref=ppx_yo_dt_b_search_asin_title?ie=UTF8&th=1))
- [Home Assistant](https://www.home-assistant.io)
## Funktionsweise
Die Funktionsweise eines mechanischen Regenmessers mit Kipplöffel basiert auf einem einfachen, aber effektiven Mechanismus, siehe [Abb. 1]:
1. **Auffangen des Regens**: Der Regenmesser besteht aus einem Trichter, der den Regen auffängt und in einen darunter liegenden Behälter leitet. Dieser Behälter ist in zwei Hälften unterteilt, die wie ein Wippe oder Kipplöffel funktionieren.
2. **Messprinzip mit Kipplöffel**: Jede Hälfte des Behälters hat eine bestimmte Volumenkapazität, die einer bestimmten Niederschlagsmenge entspricht (zum Beispiel 0,1 mm Niederschlag). Wenn genug Regen in eine Hälfte des Behälters gefallen ist, um das Volumen zu füllen, wird das Gewicht des Wassers den Kipplöffel zum Kippen bringen.
3. **Registrierung und Rückstellung**: Sobald der Kipplöffel kippt, wird das gesammelte Wasser entleert, und die andere Hälfte des Behälters beginnt, Regenwasser zu sammeln. Gleichzeitig wird das Kippen des Löffels registriert.
4. **Datensammlung**: Durch das Zählen, wie oft der Löffel kippt, kann die gesamte Niederschlagsmenge über einen bestimmten Zeitraum berechnet werden.
Durch diesen Mechanismus kann der Regenmesser genau messen, wie viel Niederschlag über einen bestimmten Zeitraum gefallen ist.
![[Regenmesser Prinzip.png|300]]
[Abb. 1]: Funktionsweise eines Regenmessers
📺 Funktionsweise von uns erklärt auf [YouTube](https://www.youtube.com/live/qjiajUyuK5I?si=y40AocLmSguLtNNt&t=2095)
## 3D-Druck Einzelteile und Zusammenbau
Das Gerät besteht aus verschiedene Einzelteilen. Die Hülle mit Trichter, um das Wasser aufzufangen (Durchmesser d=110mm), einer Basisplatte auf der der Kipplöffel montiert wird sowie ein Gitter, um Laub oder ähnliches abzuhalten. Der beiden Teile des Sensors werden an der Basisplatte sowie am Kipplöffel befestigt.
![[Regenmesser 3D Modell.png|400]]
[Abb. 2]: 3D-Modell Zusammenbau
![[Regenmesser 3D Modell Kipplöffel.png|300]]
[Abb. 3]: Basisplatte mit Kipplöffel und Sensor
📺 Alle Teile betrachtet und erklärt von uns auf [YouTube](https://www.youtube.com/live/qUp0Th-70vQ?si=IpY0tVEnZ8ruGiLZ&t=2805)
📺 Ansehen, wie wir die Teile gedruckt haben auf [YouTube](https://www.youtube.com/live/9TR30tAEaxs?si=FebkOfROc6aZkVxr&t=2101)
## Kalibrierung
Um die Menge des Wassers, die benötigt wird, um die Kipplöffel zum Kippen zu bringen, zu variieren, kann dieser mit Hilfe der beiden Schrauben [Abb. 4] eingestellt werden. Die Wassermenge wird mit Hilfe einer Spritze genau bestimmt und dann in den Löffel gefüllt. So kann auch der Eingangswert für die weitergehende Integration angepasst werden, wenn nötig.
![[Regenmesser Kalibrierung 1.jpeg|400]]
[Abb. 4]: Kalibrierung
![[Regenmesser Kalibrierung 2.jpeg|400]]
[Abb. 5]: Kalibrierung
## Integration in Home Assistant
### Berechnungen
Zuerst müssen wir berechnen, welcher Niederschlagsmenge eine Kippbewegung des Löffels entspricht. Dafür benötigen wir zwei Angaben: den Durchmesser des Trichtereingangs und die Wassermenge, die notwendig ist, damit der Löffel überläuft. Während der erste Wert konstant ist (r = 55 mm), kannst du den zweiten beeinflussen.
Wie ich im vorherigen Kapitel über die Kalibrierung erwähnt habe, kannst du die erforderliche Wassermenge anpassen. Für die weiteren Berechnungen gehe ich von einem Volumen von v = 5ml aus.
Fläche Trichtereingang:
At=πr^2≊9503,32mm^2
Verhältnis "Quadradmeter" zu Fläche Trichtereingang:
k=1000000mm^2/At≊105,23
Volumen Wasser pro Umschlag des Löffels:
A=k∗v=0.52615l/m^2
Ein Kippen des Löffels bedeutet, dass genau 0,52615 Liter pro Quadratmeter gefallen sind. Da 1 mm Niederschlag einem Liter pro Quadratmeter entspricht, entspricht ein Impuls 0,52615 mm der „Wassersäule“.
### Konfiguration
Zunächst wird der Tür- und Fenstersensor über Zigbee in #homeassistant eingebunden. Danach müssen verschiedene Sensoren in der 'configuration.yaml' erstellt werden.
#### Sensoren anlegen
Da der Regenmesser zwei stabile Zustände hat, müssen wir zwei Sensoren integrieren, die in der Lage sind, ein „Klicken“ – das Überlaufen des Löffels – zu erkennen.
```
sensor:
- platform: history_stats
name: Aqara Rainsensor flips/on
entity_id: binary_sensor.regenmesser_offnet
state: "on"
type: count
start: "{{ now() - timedelta(hours=24)}}"
end: "{{ now() }}"
unique_id: aqara_rainsensor_flips_on
- platform: history_stats
name: Aqara Rainsensor flips/off
entity_id: binary_sensor.regenmesser_offnet
state: "off"
type: count
start: "{{ now() - timedelta(hours=24)}}"
end: "{{ now() }}"
unique_id: aqara_rainsensor_flips_off
```
*Quelle: [Smart Solutions for Home](https://smartsolutions4home.com/ss4h-zrg-zigbee-rain-gauge/)*
#### Template Sensor
Dann wird ein Sensor-Template erstellt, das alle Kippbewegungen des Löffels zusammenfasst und diese anschließend mit dem zuvor berechneten Wert 0,52615 multipliziert.
```
template:
- sensor:
- name: Rainfall [day]
state_class: measurement
unique_id: rainfall_day
unit_of_measurement: mm
icon: mdi:weather-pouring
state: >-
{% set count = (states('sensor.aqara_rainsensor_flips_on') | int(0)) + (states('sensor.aqara_rainsensor_flips_off') | int(0)) %}
{% set mm = count * 0.52615 %}
{% if count >= 0 %}
{{ mm|round(1, 'floor') }}
{% endif %}
```
*Quelle: [Smart Solutions for Home](https://smartsolutions4home.com/ss4h-zrg-zigbee-rain-gauge/)*
#### Dashboard-Karte
Zunächst musst Du "mini-graph-card" als benutzerfreundliche Karte über den den Home Assistant Community Store (HACS) installieren. Danach erstellt Du eine neue "Manuelle Karte" mit folgender Konfiguration:
```
type: custom:mini-graph-card
icon: mdi:weather-rainy
name: Niederschlag
aggregate_func: max
hours_to_show: 240
group_by: date
show:
graph: bar
fill: true
icon: false
color_thresholds:
- value: 12
color: '#030ffc'
- value: 7
color: '#353ffc'
- value: 5
color: '#656dfc'
- value: 3
color: '#979dfc'
- value: 1
color: '#afb3fa'
- value: 0
color: '#ffffff'
entities:
- entity: sensor.rainfall_day
state_adaptive_color: false
```
Das Dashboard sollte dann wie folg aussehen und damit den Niederschlag der letzten 24 Stunden sowie die Niederschlagsmenge pro Tag anzeigen:
![[Regenmesser Dashboard.png|400]]
📺 Ansehen, wie wir die Integration erklären auf [YouTube](https://www.youtube.com/live/N-N4mIUilZw?si=VS555_XO7mLxiYBf&t=2914)
## Quellen
- Artikel und 3D Modelle bei "Smart Solutions For Home" - https://smartsolutions4home.com/ss4h-zrg-zigbee-rain-gauge/
- Videobeschreibung von "Smart Solutions For Home" - https://www.youtube.com/watch?v=P2-hs2m6eCE
- "Planlosgelöst" auf YouTube - https://www.youtube.com/@planlosgeloest2375
*Hinweis: Dieser Beitrag wurde mit Unterstützung künstlicher Intelligenz (GPT-4o) erstellt.*