Tchibo Wetterstation

Tchibo Wetterstation

Letztes Jahr gab es von meiner Schwester eine Funk-Wetterstation (TCM 279340) zu Weihnachten. Ich hatte zwar schon eine etwa gleichwertige, aber man will sich Neuerungen natürlich nicht querstellen.

Interessant an dem Teil war auf dem ersten Blick das Farbdisplay, das sich nach näherer Betrachtung als Farbfolie auf einem Schwarz-Weiß-LCD herausstellte. Diese Effekthascherei sieht ehrlich gesagt nicht einmal allzu schlecht aus, obwohl sie durch den massiv niedrigeren Kontrast eigentlich nur Nachteile bringt.

Aber bekanntlich zählen ja die inneren Werte; und die sind trotz der Preisklasse (und der angesetzten Zielgruppe) nicht allzu schlecht.

Aufgrund von Prüfungsvorbereitungen blieb das Teil relativ lange unbehelligt, bis mich endgültig die Neugierige weckte:

Hardware

Die Wetterstation selbst ist mit Thermo- und Hygrometer, sowie einem Barometer ausgestattet, dass auf dem Display lediglich eine Tendenz anzeigt. Neben dem 433MHz-Empfänger ist zugleich ein Zeitzeichenempfänger (DCF77) verbaut, der kein Meteotime empfängt. Da war wohl die Lizenz teurer als das Barometer ;-)

Im "Außenfühler" sitzt wiederum ein Thermo- und Hygrometer. Neben Kanalwahlschalter und Tx-Knopf war's das auch schon wieder. Ok, Batterien frisst das Teil auch noch.

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  Verbasteltes Innenleben der Wetterstation

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  Außensensor/Sender

Wie beim EMR7370: Am Anfang war der Schraubendreher. Das Innenleben der Station ist relativ modular aufgebaut. Jeweils eine eigene Platine für DCF77, 433MHz, Barometer und Hygrometer. Auf der Hauptplatine ist dann der Rest. Dadurch war es mehr als einfach, das Signal der Begierde abzufangen. Wenn man schon mal drin ist, habe ich mir auch gleich die Datenleitungen des Barometers herausgeschleift - man weiß ja nie.

Protokoll

Im zweiten Schritt kommt der Logic Analyzer ins Spiel:

Interessant bis ~130ms

Wie man sieht, sind die Pulsweiten (low-Zeiten) nach jedem Flankenwechsel unterschiedlich - darin muss also die Information stecken.

Um Muster besser zu erkennen schnappte ich mir die Daten, importierte sie in Excel und ließ sie mir visualisieren.

Dazu habe ich einfach die Zeitdifferenzen zwischen den einzelnen Zeilen ausgeben lassen und das Ergebnis durch bedingte Formatierung hinterlegt. Zusätzlich habe ich alle "1-Zeiten" herausgefiltert, da dort augenscheinlich keine Informationen übertragen werden

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  visualisierte Daten

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  gleiches noch einmal, nebeneinander

wie man im zweiten Bild deutlich sieht, gibt es Synchronisation und Daten. Dabei ist eine Pause (bzw. Sendepuls, so genau weiß ich es nicht) von 8,9ms das Synchronisationswort und knapp 2 bzw. 4ms eine 1 bzw. 0. Insgesamt werden die Daten 8 mal übertragen - ist zwar nicht gerade edel, aber es funktioniert. Das Wissen über Kanalkodierung, Codeverkettung und Faltungscodes ist bei den Herstellern von solchem Zeug wohl noch nicht angekommen. Hat immerhin den Vorteil, dass es Leute wie ich nicht zu schwer haben.

Bleibt nur noch die Frage der Zuordnung. Was ist eine 1 und was eine 0 - und vor allem: wo steht was? Sicher ist zumindest, dass 36 Bit übertragen werden.

Datenfarm

Nachdem ich über mehrere Abende hinweg sporadisch Werte aufzeichnete (und erzeugte) bekam ich schließlich knapp 50 Datensätze, die ausgewertet werden wollten.

Um Copy & Paste-Orgien in Excel zu ersparen, bastelte ich mir ein kleines PHP-Script, das die Zeitstempel in Binärdaten umwandelt:

function timing2data($filename) {
	$fh = fopen($filename, "r");
	$lasttime = -1;
	$data = array();
	while($line = fgets($fh)) {
		$time = explode(", ", $line);
		$time = floatval($time[0]);
		
		if($lasttime !== -1) {
			$val = round(($time - $lasttime) * 1000);
			switch($val) {
			case 9: echo "\n"; break;
			case 0: echo ""; break;
			case 2: echo "0"; break;
			case 4: echo "1"; break;
			default: echo "<".$val.">"; break;
			}
		}
		$lasttime = $time;
	}
	fclose($fh);
}

Hier habe ich auch die Annahme getroffen, dass ein kurzer Puls 0 und ein langer 1 entspricht (ich sollte richtig liegen).

Die Ausgabe sieht dann zum Beispiel wie folgt aus:

000001010000111001111111100100010000
0000010100001110011111<673><19>

die Werte in den spitzen Klammern sind Pausenzeiten, die nicht als 1, 0 oder Sync erkannt wurden und somit Übertragungsfehler darstellen.

Bei der Auswertung fanden sich dann auch einige Datensätze, bei denen die Auswertung nicht mehr allzu zuverlässig war - also gerade so zwei Übereinstimmungen in den Datenworten. Aber es hat gereicht.

In Excel ging dann die Suche nach der Antwort los.

Beispieldaten

Temperatur	Luftfeuchtigkeit	0	1	2	3	4	5	6	7	8
24,1°C	43%	0000	0101	0010	1000	1111	0000	1100	0010	0101
24,6°C	45%	0000	0101	0010	0110	1111	0000	1010	0010	1100
17,6°C	49%	0000	0101	0100	0000	1101	0000	1001	0010	1101
24,8°C	49%	0000	0101	0100	0001	1111	0000	1001	0010	1111
24,9°C	49%	0000	0101	0100	1001	1111	0000	1001	0010	0111
24,7°C	50%	0000	0101	0100	1110	1111	0000	0000	1010	0001
24,8°C	50%	0000	0101	0100	0001	1111	0000	0000	1010	1110
24,6°C	51%	0000	0101	0100	0110	1111	0000	1000	1010	0001
15,7°C	52%	0000	0101	0100	1011	1001	0000	0100	1010	0110
15,9°C	52%	0000	0101	0100	1111	1001	0000	0100	1010	0010
16,1°C	52%	0000	0101	0100	1000	0101	0000	0100	1010	1000
16,3°C	52%	0000	0101	0100	1100	0101	0000	0100	1010	1111
14,9°C	53%	0000	0101	0100	1010	1001	0000	1100	1010	1011
15,1°C	53%	0000	0101	0100	1110	1001	0000	1100	1010	1101
15,5°C	53%	0000	0101	0100	1101	1001	0000	1100	1010	1110
11,7°C	62%	0000	0101	0100	1010	1110	0000	0100	0110	1111
11,8°C	61%	0000	0101	0100	0110	1110	0000	1000	0110	1111
11,9°C	61%	0000	0101	0100	1110	1110	0000	1000	0110	0111
-0,1°C	89%	0000	0101	0000	1111	1111	1111	1001	0001	1110
-0,2°C	89%	0000	0101	0000	0111	1111	1111	1001	0001	0001
-2,5°C	89%	0000	0101	0000	1110	0111	1111	1001	0001	0000

"Immer" gleich

"Sie kam aus einem kleineren Ort, wo das Motto galt: 'Wenn du nicht weiter weißt, schlachte ein Schwein'" (na, welcher Film war's?)

Wie dem auch sei, zu erst einmal kann man die Bits ausschließen, bei denen nichts passiert. Bei meinen Messungen waren es Nibble 0 und 1.

Luftfeuchtigkeit

Der Einfachheit halber kommt als erstes die Luftfeuchtigkeit dran. Dazu wurde die Excel-Tabelle nach dieser Spalte sortiert Da in einigen Datensätzen die Luftfeuchtigkeit konstant, die Temperatur jedoch unterschiedlich ist, kann man mit relativ wenig Aufwand die zuständigen Bits ermitteln.

Dabei hilft es ungemein, die Bits in Gruppen zu unterteilen.

Da sich 36 Bits gut durch 4 teilen lassen, habe ich diese Aufteilung gewählt. Excel-Formeln können beim Auseinanderpflücken der Datenworte enorm helfen (siehe Excel-Sheet). Die entsprechenden Spalten waren schnell gefunden: Nibble 6 und 7.

Zum Dekodieren ist es am einfachsten, ähnliche Werte miteinander zu vergleichen. So sieht man z. B. bei den Werten 50% und 51% dass sich bei 51% das höchstwertigste Bit in Nibble 6 ändert. Bei 52% ist nur das zweithöchste Bit aktiv. Ein Muster?!

Hilfreich ist hier die Exce-Funktion BININDEZ(), die Binär- in Dezimalwerte umrechnet. Da sich hier aber die höherwertigen Bits "früher" ändern als die niederwertigen ist anzunehmen, dass das Bitmuster verdreht ist. Eine Funktion zum Umkehren von Strings gibt es in Excel anscheinend nicht, allerdings kann man in den Formeln selbstdefinierte Funktionen verwenden.

Diese ist in VBA schnell geschrieben:

Public Function Reverse(str as String) As String
Reverse = StrReverse(str)
End Function

BININDEZ(Reverse(<Zelle>)) angewendet auf Nibble 6 gibt die Einerstellen aus, Nibble 7 entspricht den Zehnerstellen. Volltreffer!

Temperatur

Im Nachhinein ist der Datenaufbau der Temperatur ebenfalls trivial. Bis man dort hin kommt, können jedoch einige Gehirnwindungen verbogen werden.

Auf jeden Fall hilft es auch hier, einen größeren und guten Vorrat an Daten zu haben. Wenn man die Beispieldaten oben nach Temperatur sortiert ("ich hab' da schonmal etwas vorbereitet") sieht man die Temperaturen 11,7, 11,8 und 11,9°C, die sich ideal zum Finden der niederwertigsten Bits eignen.

Tatsächlich wird man auch bei Nibble 3 fündig. Allerdings ist die Anordnung der Bits etwas merkwürdig. Die Orientierung ist "verkehrt" herum und die Nachkommastelle scheint einen Offset von 0,2 zu haben. Bei anderen Zeilen scheint diese Regel jedoch keine Gültigkeit zu haben.

Also nochmal zurück auf Anfang.

Nach längerem herumprobieren bin ich dann auf die Idee gekommen, nicht in Nibbles zu denken, sondern die Bits im zusammengesetztem