Wie mache ich mein Zuhause smart? – Teil 3

Im dritten und letzten Teil der Serie betrachten wir die Entwicklung eines WLAN-fähigen Regensensors.

(siehe auch:
Teil 1: Integration des Smart Home-Systems «Wiser by Feller» ins Apple Homekit; und
Teil 2: Einbinden einer Wetterstation)

Auswahl des Regensensors

Bei der Auswahl des Regensensors waren folgende Anforderungen entscheidend:

• Ersatz des defekten 230-V-Regensensors «REM 230», der das Glasdachfenster im Badezimmer schliesst.

Abbildung 1: Anschlussplan REM 230

• Abschaltverzögerung, damit das Fenster auch bei kurzen Regenunterbrechungen geschlossen bleibt
• Potentialfreier Schaltausgang
• beheizte Sensorfläche für ein schnelleres Abtrocknen im Winterbetrieb

Die Wahl fiel auf den Regenmelder «REGME», Ausführung 24 V AC/DC, von B+B Thermo-Technik. Der potentialfreie Kontakt dieses Sensors ist jedoch nur für Spannungen bis 30 V ausgelegt. Daher ist der direkte Ersatz des «REM 230» nicht möglich. Stattdessen wird ein 24-V-Relais mit 250-V-Umschaltkontakten benötigt.

WLAN

Zusätzlich soll der Sensor die Beschattung des Dachfensters bei Regen automatisch schliessen. Um zusätzliche Kabel zu vermeiden, habe ich beschlossen, die Regenmeldung drahtlos zu übertragen.

Ich entschied mich für das «ESP32MiniKit» von Wemos. Der «ESP32» ist eine kostengünstige 32-Bit-Mikrocontrollerfamilie der Firma Espressif mit geringem Energieverbrauch.

Stichworte zur Programmierung:

• ESP32 WebSocket Server: Anzeige von Sensordaten; Anpassung bestehender Software (von Analog- auf Digitaleingang)
• Visual Studio Code (VS Code): kostenloser und plattformübergreifender Quelltext-Editor von Microsoft
• PlatformIO: Entwicklungsplattform für eingebettete Systeme, die oft als Alternative zur «Arduino IDE» genutzt wird. PlatformIO ist ein Projekt aus der Ukraine.

Leiterplatte

Den Schaltplan habe ich mit «Fusion Electronics» von Autodesk erstellt. Dieses Programm ist für Studierende und Lehrende kostenlos nutzbar.

Abbildung 3: Schaltplan

Schritte zur Erstellung der Leiterplatte:

1. Ableitung der Leiterplatte aus dem CAD-Modell der AP-Abzweigdose (IP 54, 105 x 105 mm)
2. Platzierung der Komponenten
3. Autorouting der Verbindungen
4. Anpassung der Verbindungen und Trennung der 230-V-Signale

Abbildung 4: Layout der Leiterplatte

5.  Erstellung der Gerber-Daten als Vorlage für den PCB-Herstellungsprozess
6.  Hochladen der Daten bei Würth Elektronik
7.  Prüfung und Fertigung durch den Hersteller
8.  Bestückung und Löten der Platine.

Abbildung 5: 3D-Ansicht der Leiterplatte

Abbildung 6: Montage und Verdrahtung

Fertigung der Halterung

Da die Befestigungsbohrungen des alten Sensors nicht mit denen des neuen übereinstimmen, habe ich eine neue Halterung angefertigt.

Schritte zur Herstellung:

1.  Erstellung eines Blechteils mit «Autodesk Fusion»
2.  FEM-Analyse (Finite-Elemente-Methode) zur Prüfung der Verformung:
2.1.   Einspannung in Blau; der Pfeil zeigt die Sensorlast
2.2.   Maximale Verformung (rot markiert) liegt bei einem 2-mm-Blech bei 0,8 mm
3.  Hochladen der CAD-Daten auf die Beschaffungsplattform für Blechteile «blexon»

Abbildung 7: Blechteil mit Verformung

4.  Montage und Verdrahtung auf dem Dach

Abbildung 8: Regensensor auf dem Dach

Integration mit Node-RED

Der Regensensor ist über einen WebSocket-Eingangs-Node in Node-RED eingebunden.

Abbildung 9: Websocket

• Bei Regen werden alle Beschattungselemente eingefahren.

Abbildung 10: Aktion bei Regen

• Screenshot Node-RED Dashboard vom 25. November 2024, 23:04 Uhr

Visualisierung und Datenübersicht:

• Links oben: Temperaturvorhersage (Meteo Schweiz) in °C
• Links unten:
  • Niederschlagvorhersage (Meteo Schweiz) in mm/h
  • Tatsächlicher Niederschlag von der Regenmessstation Zofingen in mm/h
  • Gesamtsumme des Niederschlags in mm
• Rechts oben: Automatischer Hagelschutzstatus
• Rechts Mitte:
• Status des Regensensors
• Verbindungsqualität (Signalstärke)
• Rechts unten: Regenlog mit aufgezeichneten Daten

Der Sensor mit der zugehörigen WLAN-Anbindung läuft seit einem halben Jahr störungsfrei.

*** Hinweis: Ich habe weder eine Kooperation noch Beteiligungen bei den genannten Herstellern und Lieferanten. ***

Frühere Artikel

Wie mache ich mein Zuhause smart? – Teil 1
Einbindung einer Wetterstation – Teil 2

Links

• Datenblatt Regenmelder REGME, B+B Thermo-Technik GmbH
• ESP32 WebSocket Server: Display Sensor Readings, Random Nerd Tutorials
• ESP32MiniKit Wemos, Bastelgarage Elektronik Online Shop
• Visual Studio Code, Redefined
• agro.partcommunity.com, Agro AG
• PlatformIO
• Elektronikentwurf – Autodesk Fusion-Elektronikentwurfsoftware, Autodesk
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