Steuerung von elektrothermischen Stellantrieben für eine Fußbodenheizung

Gisbert · 03 Februar 2016, 15:46:31

Hallo,

angeregt über Berichte des Wlan-Moduls ESP8266 ESP-01, die zur Temperaturmessung mit einem Temperatursensor DS18B20 genutzt werden können, möchte ich die Steuerung der elektrothermischen Stellantriebe meiner Fußbodenheizung damit realisieren.

Einige Informationen habe ich bereits gesammelt und im Groben glaube ich, dass man ein solches Projekt kostengünstig realisieren kann.
Es gibt natürlich kommerzielle Lösungen, die sich sehr einfach in Fhem umsetzen lassen, allerdings um einen vielfach höheren Preis.
Ich habe insgesamt 12 Heizkreise, was 12 Temperaturmessstellen und 12 Aktoren bedeutet.
Von Homematic gibt es Temperatursonden und 4-Fach-Aktoren, von denen ich aber insgesamt 4 Stück benötige, das es 2 Verteiler mit je 6 Heißkreisen gibt.
Grob gerechnet kann man von Kosten von ca. EUR 900,- ausgehen. Das ist mir der Spaß nicht wert gegenüber den analogen Temperaturreglern, die über Draht mit den Stellantrieben verbunden sind.

Die Lösung die mir vorschwebt ist deutlich kostengünstiger, erfordert aber im hohem Maß Bastelarbeit.

Als Temperatursensor möchte ich folgendes einsetzen:
Spannungsversorgung mit einem AC-DC Power Supply Buck Converter Step Down Modul 3.3V 600mA, Kosten ca. EUR 2,50 pro Stück (alles Preise aus der Bucht, oder bei Amazon)
Wlan-Moduls ESP8266 ESP-01, Kosten ca. EUR 2,50 EUR pro Stück
Temperatursensor DALLAS DS18B20, Kosten ca. 8 EUR pro 10 Stück, d.h. 0,80 EUR pro Stück
Gesamtkosten für die Temperaturmessung: EUR 5,80 EUR pro Messstelle
Die Stromversorgung über 230V AC ist bei mir leicht realisierbar, da die jetztigen Temperaturregler bereits mit 230 V AC arbeiten, d.h. der Strom liegt schon an der richtigen Stelle.
Informationen zur Temperaturmessung gibt es ja schon einige hier im Forum.
Auch wenn ich noch nicht genau weiß, wie es umgesetzt wird, so traue ich mir doch zu, es mit meinen begrenzten Möglichkeiten zu schaffen.

Auf der Aktorseite gibt es wahrscheinlich mehrere Möglichkeiten ein Relais mit 230V AC zu schalten, so dass der Stellantrieb auf oder geschlossen ist.
Als Relais gibt es diese als 8-fache Ausführung, z.B. 5V Acht 8 Kanal Relais Module mit Optokoppler für ca. EUR 5,20 pro Stück (ich benötige 2 davon, macht also EUR 10,40).
Als Steuerung kann man ein Arduino-Microcontroller oder einen RPi verwenden, wobei letzterer wahrscheinlich deutlich überdimensioniert ist.
Da ich mit Arduino-Microcontroller gar nicht auskenne und möglicherweise auch noch Lötarbeit notwendig ist, dachte ich einen RPi einzusetzen.
Der RPi steuert dann die Relais über seine GPIO-Anschlüsse. Den RPi könnte ich mit einem Wlan-Modul des obigen Typs verbinden, um die Kommunikation zwischen den Temperatursensoren, Fhem und dem Steuer-RPi zu realisieren.
Das Relais + RPi + Wlan-Modul kommt in ein wassergeschüztes Gehäuse mit Kabelverschraubungen.
Für einen kleinen gebrauchte RPi+SD-Karte sollten EUR 30,- und für 2 wassergschützte Gehäuse ebenfalls EUR 30,- reichen.
Gesamtkosten wären dann EUR 140,-; vielleicht kommt noch eine Spannungsversorgung für die beiden RPi dazu (hängt davon ab, ob ich noch was rum liegen hab, oder ob ich was kaufen muss).

Insgesamt habe ich für den 2. Teil (Aktorseite) noch keine so detaillierte Anleitung, dass ich mir zutrauen würde das Projekt umzusetzen.
Insbesondere der Anschluss der Relais an die RPi, setzen eines Jumpers beim Relais und Spannungsversorgung des Relais ist für mich noch unübersichtlich.
Das Gleiche gilt für die Steuerung des RPi mit den GPIO-Anschlüssen.

Ich suche nach Lösungen und wäre deshalb dankbar, wenn ich Ratschläge bekommen könnte.
Falls jemand einen Vorschlag zum Einsatz eines Arduinos (ohne Lötarbeit) machen könnte, wäre das auch sehr willkommen. Allerdings müssten es dann detaillierte Anleitungen sein.
Da die Sache zumindest für mich komplex ist, werde ich versuchen, meine Fortschritte hier zu dokumentieren.

Viele Grüße
Gisbert

Pf@nne · 03 Februar 2016, 18:15:10

Moin Gisbert,

im Grunde ist es das hier was du suchst.

http://forum.fhem.de/index.php/topic,45853.0.html

Damit kannst du reichlich (>20) DS18B20 "einfangen"
Das Bestücken bekommen wir dann schon hin.

Wärest du denn in der Lage die Temperaturregelung in C++ selber zu programmieren?

Gruß
Pf@nne

Lorenz · 03 Februar 2016, 18:45:09

Hallo Gisbert,

ich arbeite auch an genau so einer Lösung. Ich habe schon in jedem Raum eine Messstelle mit einem DS18B20 an einem 1-Wire-Bus, welchen ich auch über die Heizkreis-Verteiler in den Etagen geführt habe. Für die Stellantriebe möchte die 8fach Relais-Karten mit einem DS2408 an den 1-Wire-Bus anschließen. Einen Prototypen teste ich schon erfolgreich. Jetzt mache ich mir noch Gedanken um ein vernünftiges Gehäuse.... Ich füge mal die Schaltung und eine Ansicht vom Testaufbau an.

LG

Gisbert · 03 Februar 2016, 22:03:13

Hallo,

vielen Dank für eure Anregungen.
Meine Elektrotechnik- und Programmierkenntnisse sind allerdings sehr begrenzt.
Im Grunde genommen wäre die kommerzielle Lösung von Homematic die richtige für mich. Die ist mir allerdings zu teuer, und ist aber auf der anderen Seite keine Herausforderung.

@Lorenz,
als Gehäuse schau dir mal die folgende Lösung an, in der Bucht nach folgendem Teil suchen:Homematic 8 Kanal Relais Modul auf Basis eines HM-MOD-Re-8 Schaltaktors. Es handelt sich um ein IP65-Gehäuse mit durchsichtigen Deckel, Maße 190x140x70mm. Ein solches Gehäuse findet man möglicherweise auch bei Amazon. Die Verschraubungen kann man auch kaufen, so dass man ein wasserdichtes Gehäuse erhält.

Viele Gruß
Gisbert

Lorenz · 03 Februar 2016, 22:09:47

Das Gehäuse sieht schon richtig gut aus, das schaue ich mir näher an. Danke für den Tip !
LG

Gisbert · 06 Februar 2016, 20:53:31

**Update**
Ich hab mich für die Steuerung der Stellantriebe doch für einen preisgünstigen Arduino Uno R3 entschieden anstatt eines RPi.
Die Bestellungen über Ebay und Amazon sind raus, ingesamt liege ich jetzt bei Euro 110,- incl. Strippen und Schaltkasten.
Ich bin gespannt, wenn die Teile aus Hongkong ankommen.

Gisbert · 12 Februar 2016, 09:07:36

***Update***
Nachdem ich mich mit dem Temperatursensor DS18B20 näher beschäftigt habe, habe ich festgestellt, dass man diese über Kabel direkt an den Arduino Uno anschliessen kann. Damit entfällt pro Messstelle ein 3,3V-Trafo und das Wlan-Modul ESP8266-01, was die Sache nochmals deutlich günstiger macht. Die Kabel liegen in meinem Fall schon, da die jetzigen Temperaturregler in jedem Zimmer mit einem 3-adrigen Kabel an die Stellantriebe sngeschlossen sind.
Zur Absicherung der Trafos, die ich zum Betrieb der Arduinos und der Relais benötige, und die ich ebenfalls bei Ebay aus Hongkong geordert habe (http://www.ebay.de/itm/121734485794?_trksid=p2057872.m2749.l2649&var=420732005096&ssPageName=STRK%3AMEBIDX%3AIT), habe ich primärseitig (d.h. auf der 230V-Seite) 100mA-Sicherungen vorgesehen, für den Fall dass die Trafos abfackeln sollten. Die Ware kommt aus China, da kann man sich nicht sicher sein, ob alles 100%ig gelötet ist, ganz zu schweigen davon, dass die vermutlich kein CE-Zeichen haben werden.

ak323 · 28 Februar 2016, 21:44:41

Hallo Jungs,
ich mache genau das was Ihr vorhabt auch über 1-wire und DS2408.
Meine Relaissteuerung sieht so aus wie in der Anlage.

2 davon steuern meine HKV, ein weiterer meine Außenbeleuchtung und den Weihnachtsbaum !

VG ak323

ak323 · 28 Februar 2016, 21:53:52

Zitat von: Gisbert am 03 Februar 2016, 22:03:13

@Lorenz,
als Gehäuse schau dir mal die folgende Lösung an, in der Bucht nach folgendem Teil suchen:Homematic 8 Kanal Relais Modul auf Basis eines HM-MOD-Re-8 Schaltaktors. Es handelt sich um ein IP65-Gehäuse mit durchsichtigen Deckel, Maße 190x140x70mm. Ein solches Gehäuse findet man möglicherweise auch bei Amazon. Die Verschraubungen kann man auch kaufen, so dass man ein wasserdichtes Gehäuse erhält.

Hola ! Das nenne ich mal nen Business-Case:

98€ !

HomeMatic 8-Kanal-Empfangsmodul 19,95€
8-fach Relaiskarte 7,43€
Gehäuse max. 10,00€
===================================
37,38€

Naja, muß jeder selber wissen ...

Lorenz · 29 Februar 2016, 18:06:58

Ich habe auch mittlerweile passende IP65 Gehäuse bei amazon gefunden. Da ist mit 10€ + Versand Einiges im Angebot. Das eBay Angebot ist wirklich überzogen. Ausserdem kommt bei mir nur die 1-Wire Variante zum Einsatz.

LG

Gisbert · 01 Januar 2019, 17:07:28

Hallo zusammen,

nachdem jedes Provisorium bekannterweise 20 Jahre hält, habe ich mich bereits nach 3 Jahren

entschlossen die Fertigstellung der Steuerung der Fußbodenheizung in Angriff zu nehmen, zumindest für eine Etage, und wie im Eingangsthread angekündigt, den Fortschritt hier zu dokumentieren.

Mein Aufbau:

5V, 1A-Netzteil (12V 5V Fully Isolated Switching Power Supply AC-DC Module 220V to 12V), konkret dieses. Ich hatte dieses Netzteil noch, der 12V-Ausgang habe ich nicht in Berieb genommen.
Die Temperaturerfassung habe ich mit 1-Wire-Sensoren Dallas DS18B20 realisiert. Hierzu habe ich exisitierende, nicht geschirmte Kabel (eigentlich sind das 230V-Stromkabel, natürlich jetzt ohne 230V !) vom Heizkreisverteiler zu den jeweiligen Räumen genutzt. Der Nachteil bei diesem Aufbau ist, dass man max. 2-3 Sensoren auf einem GPIO auslesen kann. Andererseits habe ich mir damit die Neuverlegung von Kabeln gespart. Die Sensoren sind an 3 GPIOs eines NodeMCU angeschlossen und werden per MQTT an Fhem geschickt. Der NodeMCU bekommt seinen Strom über einen Mikro-USB-Anschluss, der vom 5V-Netzteil gespeist wird. Als Software läuft auf dem NodeMCU ESPEasy Mega. Nachteilig ist daran, dass diese Software nur insgesamt 12 "Devices" zulässt. Da ich neben den 6 Temperaturmessungen auch noch gerne die Uptime und den WifiRSSI registrieren möchte, sind nur 4 Plätze für die Ansteuerung der elektrischen Stellantriebe über die Relais übrig. Es gibt sicher auch andere Lösungen (eigener Sketch, Porterweiterungen über I2C ..., ich habe mich dazu entschlossen einen zweiten ESP für die Steuerung der Relais einzusetzen.
Für die Steuerung des im Thread genannten 8fachen Relais zum Schalten der elektrischen Stellantriebe habe ich einen Wemos D1 Mini eingesetzt, der auch viele GPIO-Ports hat. Er läuft mit der gleichen Software ESPEasy Mega, Stromversorgung wurde auch über einen USB-Mikro-Anschluss mit 5V des Netzteils realsiert.

Durch Messungen der Raumtemperaturen hatte ich die Möglichkeit einen vernünftigen hydraulischen Abgleich für diesen Heizkreisverteiler hinzubekommen. Eigentlich wäre keine weitere Regelung mehr erforderlich, aber jetzt habe ich alles komplett, so dass ich mich an die Regelung und weitere Optimierung ranmachen kann.

Die Temperaturmessung ist leider nicht ganz ideal, da die Sensoren hinter Blinddeckeln anstelle der vorher verbauten Temperaturregler angebracht sind. Ich vermute, dass der fehlende Luftaustausch dazu führt, dass eine Mischtemepratur aus der Luft- und der Wandtemperatur gemessen wird. Für die Räume, bei denen die Messstelle an einer Innenwand liegt, ist der Fehler klein bis Null, aber bei den anderen Messstellen an einer Außenwand ist sicher ein Fehler vorhanden.

Ich werde mich dann mal mit der Steuerung beschäftigen, die im Wiki zu finden sind:
https://wiki.fhem.de/wiki/Steuerung_einer_Fussbodenheizung_mit_dem_PWM-Modul
https://wiki.fhem.de/wiki/Heizung:_Verbrauchsoptimierung,_Radiator/Fu%C3%9Fboden-Steuerung
Falls es dazu noch weitere Informationen bzw. Erfahrungen geben sollte, dann bitte ich um eine Nachricht.

Viele Grüße Gisbert

Edit:
Mit den Modulen PWM und PWMR bin ich noch leicht überfordert.
Falls jemand diese Module installiert hat, könnte derjenige seine vollständigen Definitionen (gerne auch beispielhaft für einen Teil der Definitionen) mir mitteilen?