Dimmer goes smart – Controller für Tast-Dimmer mit ESP01

[Papa Romeo]

Eigentlich hat mich ein Bekannter drauf gebracht. Er ist auch gerade dabei sein ,,Home" smart zu machen, hat aber etliche Tast-Dimmer verbaut,
die er nur ungern austauschen möchte, das sie erstens nicht billig waren und zweitens ihren Dienst eigentlich ohne Probleme verrichten.
Da ich selbst auch solche Dimmer (für Schalterdoseninstallation bzw. DS300, DS 400 u.ä. für die Schaltschrankinstallation) verbaut habe,
habe ich mir mal Gedanken gemacht wie man diese Dinger eventuell ,,smart" machen könnte und zwar so, dass in die Dimmer selbst nicht eingriffen
werden muss.

Hier das Ergebnis: 

Der ESP01-Dimmer Controller   ESP01_DCR

Der erste Gedanke war nur die Überwachung der momentanen Helligkeit und die Möglichkeit den Dimmer über MQTT Ein- und Ausschalten zu können.
Inzwischen ist es aber soweit, dass, über einen Slider, auch das Dimmen selbst über MQTT möglich ist.

Auf der bisherigen Platine müssen leider noch einige Hardwareänderungen durchgeführt werden,
(GPIO´s tauschen, zwei zusätzlich erforderliche Widerstände und optional die Pfostenstecker für die serielle Ausgabe),
da es sich wieder einmal bestätigt hat, dass Theorie und Praxis doch zwei paar Stiefel sind und sich theoretisch gedachte
Funktionen in der Praxis doch anders darstellen.
(deswegen normal auch meine Reihenfolge...erst Schaltung...dann Schaltplan....diesesmal eben andersherum.....und Schei.....benkleister)

In den beiliegenden Gerberdateien und Schaltplan usw. sind diese Änderungen aber schon eingearbeitet.
Auf den Bildern sind die erforderlichen Modifikationen dargestellt und beschrieben.

Auf Grund der Materialverfügbarkeit und dem einfacherem Aufbau habe ich zuerst einmal eine
Schalterdosenvariante erstellt. Eine Hutschienenversion könnte je nach Berdarf folgen.

Hardware:
Über ein modifiziertes HLW8012-Modul(Shunt und 15 kOhm SMD-Widerstand an CF1 entfernt)
wird die Spannung über der Last gemessen und ausgewertet.

Hierüber wird auch erkannt ob der Dimmer ein-/ oder ausgeschaltet ist.

Ein Opto-Koppler überwacht den Taster-Eingang und registriert eine Betätigung.

Parallel zu diesem Taster-Eingang liegt der Schaltkontakt des Relais, worüber dann der Dimmer auch über z.B. MQTT
ein- und ausgeschaltet werden kann. Das Modul wird über vier Leitungen angeschlossen, wobei die drei Leitungen 
L(Phase), Ta(Taster) und La(Lampe) einfach parallel zu den entsprechenden Anschlüssen des Dimmers geführt werden.
Es ist also kein Eingriff in den Dimmer notwendig.
Was in einem Schaltschrank ein kleineres Problem darstellen, in einer Schalterdose aber dann eventuell schon etwas
kritischer sein dürfte, ist die vierte Leitung. Der zusätzliche erforderliche N (Nullleiter).

Sketch:
Die von mir verwendeten Dimmer hatten alle die Eigenschaft, dass nach einem Stromausfall oder einem Erstbetrieb,
die Dimmer immer mit der maximalen Helligkeit starteten.
Die Software übernimmt also sofort nach dem Starten die Pulsweite, PW_minimal, für die maximale Helligkeit.
Danach wird das Dimmen durch Einschalten des Relais eingeleitet und solange gewartet bis die minimale Helligkeit,
PW_maximal, erreicht ist. Anschließend wir der Dimmer auf etwa 50 % Helligkeit eingestellt, ausgeschaltet und ist
nun für den Betrieb bereit.
Die Umrechnung der Pulsweiten in Prozentwerte erfolgt unter der Berücksichtigung, dass halbe Spannung nicht die halbe,
sondern ein Viertel der Helligkeit bedeutet.

Dieser Vorgang erfolgt nach jedem Neustart des Moduls, außer man ermittelt vorher die Werte für PW_minimal und
PW_maximal und trägt sie unter ,, # define min_puls ,, und ,, #define max_puls ,, ein.
Dann beginnt das Modul mit dem Anfahren der 50 % Einstellung.

Die bisherige Steuerung über die angeschlossen Taster bleibt erhalten wie bisher gewohnt. Zusätzlich kann der Dimmer
nun auch über z.B MQTT oder FHEM durch die On/Off Buttons oder den Slider gesteuert werden.
Ist der Dimmer aus und wird der Slider verändert wird der Dimmer ebenfalls eingeschaltet und die Helligkeit ,,in etwa"
auf den Vorgabewert gestellt.

Ich schreibe bewusst ,,in etwa", da gelegentlich, auf Grund des Timings, doch Abweichungen bis zu +- 5 % entstehen können.
Mich hat das aber eher weniger gestört, da ich bisher auch nicht abschätzen konnte, ob ich jetzt 75 oder 85 statt 80 % Helligkeit
eingestellt hatte, sondern immer nach Empfinden eingestellt habe, was für mich eben gerade angenehm war.

Aber das muss jeder für sich selbst entscheiden. Hier ist das Projekt, wer´s nutzen will, darf es gerne tun, wer nicht...eben halt nicht.

Ich habe auch versucht den Sketch so weit wie möglich zu Dokumentieren.
Für die serielle Kommunikation wird nur TxD (GPIO1) genutzt.

[Wuppi68]

Tacker mich mal dran, scheint wirklich spannend zu werden

Danke Papa Romeo

[Gisbert]

Hallo Papa Romeo,

... und ich dachte schon du hättest die Produktion neuer Anwendungen eingestellt
Dimmer habe ich keine, aber wer weiß, was noch interessantes an der nächsten Ecke lauert.

******
Ich hätte auch eine Idee, für die ich außer für teuer Geld noch nicht wirklich was brauchbares gefunden habe.
Ich bin auf der Suche nach einer Outdoor-Lichtmessung, die Sensoren sind nicht das Problem, aber die Spannngsversorgung, denn dort, wo ich das Teil verbauen möchte, habe ich keinen Strom.
Es gibt prinzipiell 2 Möglichkeiten:

• Spannungsversorgung mit einer Batterie und einem 433 MHz-Sender, wobei die Batterie idealerweise 1 Jahr oder länger hält
• Spannungsversorgung über ein Solarpanel mit Akku, dann könnte ich eine ESP8266-basierte Lösung einsetzen

Für beides habe ich allerdings nicht die benötigten Teile gefunden, bzw. habe ich noch keine Idee, wie es umzusetzen wäre. Wenn dir hier was über den Weg läuft, bin ich hochgradig interessiert.
******

Viel Spass mit dem Dimmer und viele Grüße
Gisbert

[Papa Romeo]

Hallo Gisbert,

an Ideen oder Willen fehlt´s nicht......die Zeit fehlt...da ich nebenher aus Spaß und um in den Materie zu bleiben,
alles repariere was irgend wie mit Elektronik und Strom zu tun hat....

...aber wie heißt es so schön, wenn dir 24 Stunden nicht reichen, dann nimm doch einfach die Nacht dazu....

(werd mir dein Problem mal im Hinterkopf behalten)

LG

Papa Romeo

[Wuppi68]

Hallo Gisbert,

an Ideen oder Willen fehlt´s nicht......die Zeit fehlt...da ich nebenher aus Spaß und um in den Materie zu bleiben,
alles repariere was irgend wie mit Elektronik und Strom zu tun hat....

...aber wie heißt es so schön, wenn dir 24 Stunden nicht reichen, dann nimm doch einfach die Nacht dazu....

(werd mir dein Problem mal im Hinterkopf behalten)

LG

Papa Romeo

ich hätte da auch noch eine Idee

eine smarte Lösung für Dimmer/Schalter aber ohne N-Leiter

also ungefähr so:

N --- Lampe -- Smartes Teil -- L

[Papa Romeo]

....ich sehe da aber das Problem...was bleibt für das "Smarte Teil", insbesondere den HLK, wenn die ganze Leistung (maximale Helligkeit) an der Lampe hängen bleibt ?

Lt. Datenblatt sollten für Ihn schon so runde 100 Volt bleiben. D.h. wiederum für die Lampe blieben noch 130 Volt, also etwas über 25 %.

Wir hätten eine Abhängigkeit zur steuernden Last, insbesondere dem Strom. Reihenschaltung heißt...der Strom der durch die Last fließt muss zwangsweise auch durch den HLK fließen. Der HLK nimmt etwa 3 Watt auf, da tut sich dann eine 25 Watt Lampe schon schwer ihr Futter zu bekommen, denn sie wirkt dann nur wie ein "Vorwiderstand" für den HLK, weil er eben nur den Strom für diese" 3 Watt " zulässt.

[Wuppi68]

....ich sehe da aber das Problem...was bleibt für das "Smarte Teil", insbesondere den HLK, wenn die ganze Leistung (maximale Helligkeit) an der Lampe hängen bleibt ?

Lt. Datenblatt sollten für Ihn schon so runde 100 Volt bleiben. D.h. wiederum für die Lampe blieben noch 130 Volt, also etwas über 25 %.

vielleicht nicht unbedingt ein HLK

Gedanklich eher so ca. 1W über einen Stunt o.ä abzapfen und dann die 3.3V daraus bauen
Schalter offen = volle Spannung vorhanden
Schalter zu = "Nix" mehr zur Verfügung

ich habe leider keine Idee - oder Suchbegriffe für google - wie das zu realisieren sein kann

[Papa Romeo]

...wenn dann, wäre nur die Möglichkeit, die Spannung über der Last abzugreifen ... aber da ist dann " Ende Gelände" wenn die Last ganz ausgeschaltet wird....

[Wuppi68]

...wenn dann, wäre nur die Möglichkeit, die Spannung über der Last abzugreifen ... aber da ist dann " Ende Gelände" wenn die Last ganz ausgeschaltet wird....

ich sach ja, ich habe keine Ahnung davon

von Intertechno gibbet Dimmer die das können und Gira macht das auch mit den ENet Schalteraufsätzen....

also kann es doch eigentlich "nur" so gehen:



N -- Verbraucher -- Schalter/Dimmer -- L


und dann parallel zu dem Schalter/Dimmer den Shunt? mit dem Smarten Teil?

[Papa Romeo]

Hallo Wuppi,

ich verstehe dich schon.

Ist schon klar,  der Tast-Dimmer oder auch andere Dimmer selber können das schon und brauchen daher auch keinen N.

Natürlich lässt sich auch ein "smarter Anteil" in oder am Dimmer integrieren, indem ich z.B. die NV-Versorgung
des Dimmers nach außen führe und da meine "smartes Teil" ranhänge, aber eben dies erfordert einen Eingriff in den Dimmer
selbst und das wollte ich ja eigentlich vermeiden, da nicht alle die dies eventuell nutzen wollen, erfahrene Elektroniker
oder versiert genug sind und in der Lage, dies dann selber so einfach zu realisieren.

[ComputerZOO]

Nabend,
hier in dem Video wird sehr gut erklärt wie das bei einem Sonoff T4EU1C gemacht wird:
https://youtu.be/VNYcD7MEp4A

[Papa Romeo]

So etwas kann ich machen wenn ich für die Steuerschaltung nur ein paar mA benötige. Wie z.B. auch bei den
Tast-Dimmern die ohne N-Leiter auskommen und den Innenwiderstand der angeschlossenen Last (Lampe) als
"Vorwiderstand" nutzen, da dies nun mal der einzige Weg zum N-Leiter ist.

Aber ein ESP benötigt bei Booten schon mal bis zu 500 mA.

Eine 100 Watt Lampe lässt bei voll anliegender Netzspannung einen Strom von 400 - 450 mA zu.
Und bei dem Betrieb mit einem Dimmer wird nie die volle Spannung an ihr anliegen.

Bei Vollansteuerung bleiben in etwa so 10 - 12% für die Eigenversorgung des Dimmers am Triac stehen.

Die Lampe erhält also um die 200 bis 210 Volt. Bei minimaler Ansteuerung sind es dann noch um die 60 Volt.

Um also den erforderlichen Strom zu gewährleisten bräuchte man eine Shunt von etwa 150 Ohm parallel zur Lampe.

Dieser müsste dann allerdings bei minimaler Ansteuerung (60 Volt) 24 Watt verkraften.

....bei Vollansteuerung (200 Volt).......die Kleinigkeit von 267 Watt.....

Eine 25,40 oder 75 Watt Lampe will ich dann schon mal gar nicht dimmen.

[Wuppi68]

So etwas kann ich machen wenn ich für die Steuerschaltung nur ein paar mA benötige. Wie z.B. auch bei den
Tast-Dimmern die ohne N-Leiter auskommen und den Innenwiderstand der angeschlossenen Last (Lampe) als
"Vorwiderstand" nutzen, da dies nun mal der einzige Weg zum N-Leiter ist.

Aber ein ESP benötigt bei Booten schon mal bis zu 500 mA.

Eine 100 Watt Lampe lässt bei voll anliegender Netzspannung einen Strom von 400 - 450 mA zu.
Und bei dem Betrieb mit einem Dimmer wird nie die volle Spannung an ihr anliegen.

Bei Vollansteuerung bleiben in etwa so 10 - 12% für die Eigenversorgung des Dimmers am Triac stehen.

Die Lampe erhält also um die 200 bis 210 Volt. Bei minimaler Ansteuerung sind es dann noch um die 60 Volt.

Um also den erforderlichen Strom zu gewährleisten bräuchte man eine Shunt von etwa 150 Ohm parallel zur Lampe.

Dieser müsste dann allerdings bei minimaler Ansteuerung (60 Volt) 24 Watt verkraften.

....bei Vollansteuerung (200 Volt).......die Kleinigkeit von 267 Watt.....

Eine 25,40 oder 75 Watt Lampe will ich dann schon mal gar nicht dimmen.

you made my day


Du hast geschafft meine Gedanken im Kopf zu sortieren

[sash.sc]

Hallo Papa Romeo,

... und ich dachte schon du hättest die Produktion neuer Anwendungen eingestellt
Dimmer habe ich keine, aber wer weiß, was noch interessantes an der nächsten Ecke lauert.

******
Ich hätte auch eine Idee, für die ich außer für teuer Geld noch nicht wirklich was brauchbares gefunden habe.
Ich bin auf der Suche nach einer Outdoor-Lichtmessung, die Sensoren sind nicht das Problem, aber die Spannngsversorgung, denn dort, wo ich das Teil verbauen möchte, habe ich keinen Strom.
Es gibt prinzipiell 2 Möglichkeiten:

• Spannungsversorgung mit einer Batterie und einem 433 MHz-Sender, wobei die Batterie idealerweise 1 Jahr oder länger hält
• Spannungsversorgung über ein Solarpanel mit Akku, dann könnte ich eine ESP8266-basierte Lösung einsetzen

Für beides habe ich allerdings nicht die benötigten Teile gefunden, bzw. habe ich noch keine Idee, wie es umzusetzen wäre. Wenn dir hier was über den Weg läuft, bin ich hochgradig interessiert.
******

Viel Spass mit dem Dimmer und viele Grüße
Gisbert

Deine Idee ist gar nicht mal so schlecht.
Den Gedanken hatte ich auch schon.
Habe gesehen das es wohl einen esp mit Anschluß für ein Akku gibt.

Gruß Sascha

Gesendet von meinem MI 9 mit Tapatalk

[Papa Romeo]

Hallo Gisbert,

wenn die Größe des Solar-Panels keine Rolle spielt, der Akku entsprechend dimensioniert ist
und man eventuell noch den Deep-Sleep-Modus des ESP´s mit nutzt, denke ich, dürfte das

• Spannungsversorgung über ein Solarpanel mit Akku, dann könnte ich eine ESP8266-basierte Lösung einsetzen

doch zu bewerkstelligen sein.