Hallo liebe Elektronik-Freunde,
ich bin gerade dabei mir selbst Raumthermostate zu entwickeln womit ich meine vorhandenen Salus-Thermostate erstetzen kann. Die Thermostate funktionieren denkbar simpel, sie steuern einfach eine 230V Leitung zu den Ventilen durch und öffnen sie damit. Da die Kabel und Ventile schon alle da sind würde ich ungerne das ganze System ersetzen.
Idee:
Platine in dem original Thermostat durch eigene Ersetzen
original Drehknopf als manuelle Steuerung behalten
automatische Regelung via Microcontroller ermöglichen
Hardware:
Selbstentwickelte Platine
230V auf 3,3V Wandler Meanwell IRM + Linearregler zum glätten
ESP12 als Gateway zum MQTT und als Controller
DS18B20 als Temperatursensor
Bistabiles Relais zum Ventil schalten €dit: Wird wahrscheinlich ein PhotoMOS (SSR)
Ich habe mir die originale Platine abkonstruiert und eine Schaltung auf der gleichen Größe entworfen.
Funktionieren soll es folgendermaßen:
ESP holt sich via MQTT den aktuellen Modus (Auto/Manu)
Wenn Modus Manu
Analogeingang auslesen (original-Poti) und entsprechend auf diese Temperatur regeln
Wenn Analogeingang = 0 (Poti auf Anschlag) dann auf Automatikmodus wechseln
Wenn Modus Auto, dann Soll-Temperatur von FHEM nehmen und auf diese regeln
Wenn sich der Analogeingang zum letzten mal messen geändert hat dann auf Manuellen Modus wechseln
Die Öffnung der Thermostate soll wie original per PWM passieren. (Wobei PWM hier extrem langsam, also bei Duty-Cycle 50% ~5min auf, 5min zu)
Es gibt noch mehrere offen Sachen:
1. Lieber TRIAC anstatt Relais nehmen? (lautloses Schalten, die originalen Relais gehen mir schon n bisschen aufn Sack) €dit: Wird wahrscheinlich ein PhotoMOS
2. P bzw. PI Regler für die Thermostatsteuerung oder doch einfach 2-Punkt? Wie Reglerinbetriebnahme machen? Leider hält sich das Internet bedeckt was FuBo-Heizungsregelung angeht...
3. Die Nassraumthermostate sind leider anders (HTR230) aufgebaut, die muss ich separat basteln
4. Schutzschaltungen hinzufügen und 230V Routing verbessern
Hat jemand da schonmal was ähnliches gemacht und/oder kann mir Input geben?
Grüße
Richard
PS:
Ich will gleich einigen Beiträgen vorbeugen:
1. Ja ich weiß was Netzspannung ist und kann/darf damit umgehen.
2. Ja ich will gerne bei MQTT bleiben, mir ist bewusst, dass 868Mhz oder ähnliches energiesparender wäre. Mit MQTT habe ich viel Erfahrung, mit dem anderen Funkspaß nicht. Bei einem Verbrauch von um die 0,5W (ohne Deepsleep) will ich mir nicht deswegen noch ne Hürde einbauen.
Es gibt ein paar Fortschritte zu vermelden:
- Das Relais zum Ventil schalten habe ich rausgeworfen, dafür kommt ein PhotoMOS rein (ist ne Art SolidStateRelais) dann schaltet es leise und es ist mehr Platz auf der Platine :)
- Damit der ESP auch in den DeepSleep gehen kann ohne dass das Ventil abschaltet ist ein Latch mit eingebaut als "Selbsthaltung"
- Die Platine für das Nassraumthermostat Salus HTR230 habe ich entworfen, da wirds richtig eng mit dem Netzteil
- Schutzschaltung für die 230V mit einem Varistor und einer Sicherung ist jetzt drin
- uuund ich habe ein bisschen zur Regelung herausgefunden, es scheint wohl ein PI-Regler am sinnvollsten zu sein
Ich werde die Platinen in der nächsten Woche fertig layouten und dann bin ich mal gespannt ob das was wird ???
Ich hoffe einfach mal das hier zumindest jemand mitliest oder es irgendwann findet und schreibe einfach mal weiter - im Zweifel ist der Thread halt nur ne Doku ;-)
Da die Schaltung final ist will ich die einfach mal kurz beschreiben:
Was | Funktion | Kommentar |
- | | |
Spannungsversorgung | | |
Schutz | Feinsicherung + Varistor (~350V) | Varistor als Überspannungsschutz der die Feinsicherung auslöst |
IRM01-33 | AC/DC Schaltnetzteil 1W 3,3V | Kleines Isoliertes Schaltnetzteil, gute Effizienz aber recht viel Ripple |
TI LP5907 MFX 3.0 | Linearregler 3V 250mA | Habe ich nur zum glätten der Spannung eingebaut |
MIC5365-1.0 | Linearregler 1V | Referenzspannungsquelle f. Poti (ESP ADC kann nur 1V max.) |
- | | |
Ventilsteuerung | | |
Panasonic AQV214 | PhotoMOS / "Relais" | Isoliertes doppeltes Mosfet - Im Prinzip ein Halbleiterrelais mit Mosfets statt TRIAC |
TI SN74LVC2G74 | Latch als Selbsthaltung | Das Latch schaltet das PhotoMOS -> ESP kann in den DeepSleep und Ventil bleibt auf |
- | | |
Controller ESP12F SMD | Auswertung Poti, Auswertung MQTT, Auswertung Ist-Temp, Regelung Temperatur | |
Temperatursensor DS18B20 | Temperatur messen :o | Digitale 1-wire Kommunikation |
Ich habe mich übrigens dafür entschieden für meine Bäder keine zusätzliche Platine zu bauen. Dort kommen einfach die gleichen Thermostate rein wie aktuell in den Räumen sind. Habe da 2 günstig erstanden.
Layout ist fast final, es fehlen nur noch ein paar Befestigungslöcher. Bleibt nur das Problem der Regelung... da bin ich noch nicht wirklich weiter.
Grüße
Richard
...bist du die sicher, dass der 3Volt Regler bei 3.3 Volt Eingangsspannung richtig arbeitet und glättet. :-\
Ich hab da gewaltige Bedenken da lt. Datenblatt Vin mindesten 1 Volt über der Ausgangsspannung liegen muss. ::)
Moin,
ja bin ich eigentlich - der Dropout bei vollem Strom sind lt. Datenblatt ~130 mV, ich könnte ja bis zu 300mV verkraften. Deswegen hab ich den ja genommen, das schaffen nicht viele :D
Grüße
Richard
...würd ich mich jetzt so nicht darauf verlassen.
Und du denkst schon daran , dass du keine gleichmäßige Belastung hast und der ESP zeitweise bis zu 500 mA zieht.
Hab jetzt aber in deinem Layout auch nicht weiters geschaut, ob ein entsprechender Lade- /Glättungselko verbaut ist.
Ich habe den ESP schonmal ähnlich verschalten, das funktioniert schon seit ner Weile. Ja Pufferkondensator ist dran. Allerdings kein Elko - habe mich da an dem Design vom Wemos D1 Mini orientiert und die Kapazität noch n bisschen erhöht.
500mA? :o Ich kenne bisher nur die Aussagen, dass man mit 300mA Peaks rechnen muss. Wenn du recht hast müsste ich mir das mit dem Elko doch nochmal durch den Kopf gehen lassen...
Edit: Habe nochmal n bisschen nachgelesen, und da ich ja genug Platz habe, hab ich 150uF noch an den ESP gesteckt. Danke für den Hinweis :)
So Platinen sind bestellt.
Im Anhang das finale Layout mit Sicherung, Varistor, zusätzlichen Pufferkondensator am ESP und allen Löchern zur Montage.
Für alle Interessierten: https://workspace.circuitmaker.com/Projects/Details/Richard-Hartmann-2/SmartThermostat
Bin heute endlich dazu gekommen die erste Platine zu bestücken. Die Platinen passen super ins Gehäuse, lediglich beim Netzteil musste ich ein wenig Feilen - das war aber abzusehen. Das Netzteil passt gerade so nicht rein - zumindest nicht ins unbearbeitete Gehäuse.
Werde mir für einen Raum ein Testprogramm basteln und mal schauen ob alles klappt.
Im Anhang ein paar bunte Bildchen.
Grüße
Richard
Soo Test-Software ist drauf und läuft.
Aktuell kann ich per MQTT das Ventil hart ein- & ausschalten und das gleiche über den Drehregler manuell machen. Werde das ganze erstmal ne Weile so am Strom lassen und gucken ob alles zuverlässig bleibt. Dann gehts an die Regelung - wird zwar langsam warm draußen aber vielleicht schaff ich ja noch den ein oder anderen Testlauf.
Die Spannung sieht gut aus, Linearregler und Kondensator tun ihren Dienst. (siehe Oszibild, gelb ist hinter dem AC/DC, Blau direkt am ESP während dieser läuft)
Hallo Richard,
bin gerade erst auf den Beitrag gestoßen, ließt sich ja echt gut!
Habe gerade 5 defekte "Alpha Digitalregler" beim Wickel und die Schaltung teilweise analysiert. Arbeitet mit PIC16Fxxx und Phototriac. Hier scheint das Problem die Spannungsversorgung zu sein, ein RC-Glied (Folienkondensator) mit Dioden, Elko und Regler. In ein paar Tagen weiss ich da mehr.
MQTT und WIFI ist hier natürlich nicht drin.
Also wenn Du weiter gemacht hats wäre es cool wenn Du Dich mal wieder meldest.. Hast ja jetzt einen Leser mehr ;-)
Grüße!
Ekkehard.
Heyho,
ja es ist ne gute Idee, mal wieder n Update zu machen: Mein Prototypenboard läuft ja nun schon ne ganze Weile und funktioniert super bis jetzt. Schalte regelmäßig das Ventil sowohl manuell als auch via FHEM und hab bisher keinerlei Probleme gehabt. Seit
Softwaremäßig bin ich jetzt an dem Stand, dass ich n simplen 2-Punkt-Regler habe. Hatte bei nem Kumpel gesehen, dass der gaaanz simple Thermostate mit nem Bi-Metall-Schalter hatte. Also quasi n Hardware 2-Punkt-Regler - warum nicht in der Software nachbauen...
Ziel ist aber nach wie vor n PI-Regler. Da es ja langsam kalt wird kann ich das hoffentlich bald mal aufbauen und ausprobieren.
Auf meinen original-Theromstaten ist auch so n RC-Glied wie du es beschreibst drauf gewesen. Da mir das aber zu heiß ist, privat sowas zu basteln habe ich mich für den MeanWell Baustein entschieden. Da schlaf ich ruhiger...
Ich glaube n PIC16F war es bei mir auch ;)
Grüße
Richard
Cool,
hab mir über Nacht überlegt sowas für diese Alpha-Regler zu machen. Da ich ein Fan von Tasmota bin (was auf dem ESP12 ja auch laufen sollte) die Frage: hast Du mal drüber nachgedacht das softwareseitig damit zu realisieren? Ich habe mich jetzt noch nicht so ernsthaft damit beschäftigt, aber da ist ja viel schon super gelöst (Sensoren einlesen, MQTT, WEB, integrierte Programmiersprache,..). Denke nur das eigentliche Regelmodul mit PI wäre noch einzubauen.
Das mit dem 2 Punkt Regler halte ich eigentlich auch für unkritisch, die analogen Regler (die habe ich im Keller) sind ja auch nichts anderes. Lebe jetzt zwar nicht im Keller, aber einen so richtigen Unterschied gemerkt habe ich noch nicht. Aber PI sollte es wohl schon sein.
Ansonsten würde ich auch auf den DS18B20 setzen. Du fragtest im ersten Post ob jemand sowas schon mal gemacht hat: schau Dir mal die Schaltpläne von den Sonoffs an, die sind ausgereift denke ich. Und für die Ansteuerung der Ventile würde ich mich vom Alpha inspirieren lassen, das scheint ja nicht das Problem der Teile kann Dir das mal schicken wenns Dich interessiert.
Ich werd mir mal noch ein paar Gedanken machen. Wäre jedenfalls toll wenn Du hier mal weiter updates.
Was war das Problem mit dem HTR230? Noch was anderes als dass er nicht smart ist?
Bei meinen auf alle Fälle das sie nach einigen Jahren ausfallen und man das nur merkt weil entweder die Eiszapfen von der Decke hängen oder sich die Chips von den Platinen auslösen >:( .
Gruß!
Ekkehard.
Für den, den es interessiert:
von 12 Alphareglern (kommen unter verschiedenen Marken, z.B. REHAU)
(sehen so aus:
https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwiI4faEjq3lAhVOPFAKHXLGAcIQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.amazon.de%2FRaumtemperaturregler-Fussbodenheizung-Alpha-Standard-Sockel%2Fdp%2FB004MPZNOM&psig=AOvVaw28Vp6HiCTG_8XCY8f132QJ&ust=1571738959048900 (https://www.google.com/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&source=images&cd=&ved=2ahUKEwiI4faEjq3lAhVOPFAKHXLGAcIQjRx6BAgBEAQ&url=https%3A%2F%2Fwww.amazon.de%2FRaumtemperaturregler-Fussbodenheizung-Alpha-Standard-Sockel%2Fdp%2FB004MPZNOM&psig=AOvVaw28Vp6HiCTG_8XCY8f132QJ&ust=1571738959048900)
6 defekt mit Fehlerbildern wie:
-geht gar nichts mehr
-schalten im Sekundentakt Ein/ Aus.
2 verschiedene Typen: mit PIC16F oder LM393 (ältere Version)
Bei allen letztendlich das gleiche Problem: der Folienkondensator zur Erzeugung der Betriebsspannung ist hin, die Betriebsspannung für die Reglung bricht zusammen (bei den 16Fxxx-Typen 3,3V). Ausgetauscht, es gehen jetzt alle wieder. Sind aber noch immer nicht smart 8).
Zu Thema PI Reglung habe ich für Dich vielleicht noch einen Tip. Für das Tasmota gibts einen kleinen Fork für einen PID-Regler:
https://github.com/arendst/Sonoff-Tasmota/wiki/PID-Control-with-Sonoff-Devices
Das sieht ganz gut aus und sollte sich vielleicht bei Dir einbauen lassen.
Gruß!
Nächstes Update:
N Kumpel hat sich 2 meiner Thermostate als Ersatz für seine Bi-Metall-Billig Teile in die Wohnung gebaut. Er hat den ESP12-F mit ESPeasy bespielt und das funktioniert super.
Werde die restlichen Platinen im November mal bestücken und ne sinnvolle Testsoftware basteln. Vielleicht schaff ich es ja 7 intelligente Thermostate zu Weihnachten zu haben :-)
@ Ekkehard: Naja jetzt ists zu spät mir irgendwas anzugucken was Hardware angeht ;-) Hab ja die Hardware schon fertig rum liegen.
Ob Tasmota funktioniert ist ne gute Frage, da aber ESPeasy geht denke ich mal, dass man die SW auch drauf bekommt.
Grüße
Richard
Schön das es bei Dir läuft.
Das mir der Hardware ist schon klar. Ich bekomme die kleinen Netzteile leider nicht in meine Gehäuse, deswegen wird das mehr Aufwand. Habe jetzt die Sonoff Lösung und die von Shelly beim Wickel. Haben beide was für sich. Sonoff ist galvanisch getrennt (also die vom Basic z.B.), was man hier aber nicht baucht (bei mir jedenfalls). Der Trafo hat aber 10mm und ich habe nur 9,6.. Die andere ist kompakter aber eben nicht getrennt. Weiss noch nicht welche ich einsetzen werde. Wird jedenfalls noch dauern und läuft jetzt eher darauf hinaus für eigene kleine Schaltnetzteile zu bauen ;-). Die Boards brauchen einfach zu viel.
Wenn ESPEasy läuft, läuft Tasmota auch. Ich hab bei mir alles mit Tasmota gemacht. Ich liebe es vor allem wegen Script, die Rules (die wohl vom ESPEasy abgeguckt sind) sind nicht so toll. Der Fork mit dem PID Regler ist recht simpel, vielleicht kannst Du den bedarfsweise bei Dir einbauen. Könnte mir sogar vorstellen das man das mit Script ohne Compiler lösen könnte (beim Tasmota..)..
Ich glaube aber langsam nicht mehr das PI echt was bringt. Protokolliere gerade die Regelcharakteristik der verschiedenen Geräte mit, werde auch noch einen simplen 2-Punkt Regler testen.
Weil unsere Ansätze relativ weit auseinanderliegen ist es wahrscheinlich besser das ich mich hier wieder zurückziehe. Es sei denn Du hast Interesse.. Will hier auch nicht nerven..
Drücke jedenfalls die Daumen für Weihnachten!
Soo habs endlich geschafft. Habe eine lauffähige Software mit einem P-Regler gebaut und nun 3 Thermostate in der Wohnung laufen. Sieht gut aus!
Den PI-Regler habe ich nach einigem Testläufen verworfen. Da die Fußbodenheizung selbst schon ein integratives Verhalten hat, hat das überhaupt nix gebracht. Deswegen bin ich jetzt bei einem reinen P-Regler gelandet. Das funktioniert auch recht gut. Habe P auf 150 (Eingang: Soll- & Ist-Temperatur, Ausgang PWM Duty Cycle von 0-255), sprich bis 1,7° Temperaturdifferenz ist das Ventil voll auf, danach geht die Öffnungszeit langsam runter. Im Wohnzimmer muss ich P ein ganzes Stück anheben, da ich dort viel Außenwand habe. Deswegen hab ich das ganze auch so gemacht, dass ich via MQTT neue Reglerparameter setzen kann.
Ich überlege gerade aus Spieltrieb das adaptiv nach Außentemperatur zu machen, also P automatisch anzupassen je nachdem wie kalt es draußen ist.
Der Regler wird alle 5min neu berechnet (so lange ist meine Periode) oder wenn sich das Soll-Signal signifikant verändert.
Plan ist noch eine Temperatursturzerkennung einzupflegen, damit wenn man kurz das Fenster aufmacht nicht gleich das Thermostat alle Ventile aufreißt.
Ansonsten bin ich sehr zufrieden. Sowohl manuell per Drehrad als auch Automatisch via FHEM & MQTT läuft die Geschichte bisher sehr sauber. Entkalkungsfahrt funktioniert auch wie gewünscht.
Das einzige Manko ist, dass ich ca 1,5° Offset beim Messen habe. Ich vermute, dass das Netzteil eben doch ein bisschen das Gehäuse heizt. Ist aber nicht weiter tragisch, da der Offset statisch bleibt und man halt einfach die Soll-Temperatur mit hochnehmen muss. (Oder ein Ronny-Faktor bei IstTemp abziehen)
Werde die Software auch demnächst bei github oder so online stellen. Muss sie noch ein bisschen anonymisieren und kommentieren.
In den Bildern sieht man mal den Temperaturverlauf vom Flur und die fertig bestückte und eingebaute Platine.
Grüße
Richard