Universalsensor

Universalsensor im Innengehäuse

Universalsensor im Außengehäuse

Übersicht

Die Universalsensor-Platine ist eine Hardwareplattform um verschiedene Sensorwerte auch über unterschiedliche Übertragungsverfahren z.B. für die eigene Homeautomatisierung verfügbar zu machen.

Hier werden die unterschiedliche Platinenlayouts, welche z.B. für einen Innensensor und einen Außensensor verwendet werden können, vorgestellt.

Als Übertragungsmedien sind ein Funkmodul (CC1101) oder ein RS485 Tranceiver (LT1785 oder kompatibel) vorgesehen.

Mit dem Funkmodul ist eine Anbindung an Funksysteme im 868 Mhz oder auch 433 Mhz-Band möglich. Hiermit kann der Sensor z.B. in ein Homematic Funksystem integriert werden. Aber auch andere Funksysteme sind über eine entsprechende Firmware zu realisieren.

Mit dem RS485 Tranceiver ist z.B. auch eine Integration in das Homematic-Wired System möglich.

Das Platinenlayout der Sensoren enthält zwei Pinleisten welche Arduino-Kompatibel sind. Als Mikrocontroller ist ein Atmega 328p bestückt.

Über diese Erweiterungsports können zusätzlich eigene Sensoren oder auch Aktoren angeschlossen werden. Über eine entsprechende Firmware ist es z.B. möglich auch mehrere 1-Wire-Sensoren abzufragen und deren Werte zu übertragen.

Die Spannungsversorgung erfolgt über 2 AA bzw. AAA Batterien. Damit eine möglichst gute Ausnutzung der Batteriekapazität erzielt wird und auch damit Sensoren mit 3,3 V Spannungsversorgung benutzt werden können, kann ein MAX1724 Stepup-Converter bestückt werden. Dieser stellt eine stabile Spannungsversorgung von 3,3 V zur Verfügung. Als Mindest-Eingangsspannung sind hier dann lediglich 1,2 V notwendig. Somit ist eine Versorung auch nur aus einer Batteriezelle denkbar.

Alternativ kann eine Spannungsversorung über einen Schaltregler erfolgen. Diese Versorgung kommt bei der Bestückungsversion mit RS485-Tranceiver zum Einsatz. Aber auch bei Benutzung mit dem Funkmodul kann diese Spannungsversorgung eingesetzt werden.

Der Schaltregler erlaubt dann einen recht breiten Eingangsspannungsbreich von 7 V bis 24 V. Außerdem steht dann intern zusätzlich zu den 3,3 V eine Spannung von 5 V zur Verfügung.

Innensensor

Universalsensor-Platine für für das Innengehäuse. Hier noch ohne Bestückungsoption für RS485 und ohne bestückten SHT10 (Temperatur / Luftfeuchte)

Das Layout des Innensensors unterstützt standardmäßig folgende Sensorbestückung:

• Temperatur / Feuchte (STH10)
• Temperatur / Luftdruck (BMP180)
• Helligkeit (TSL2561)

Zusätzlich können über die zwei Pinleisten eigene Sensoren z.B. über eine Erweiterungsplatine angeschlossen werden. Als Beispiel ist hier eine Firmwareversion genannt, bei der mehrere 1-Wire Sensoren an den Sensor angeschlossen werden und abgefragt werden können. Zusätzlich zu den unterschiedlichen bestückbaren Sensoren, kann der Innensensor alternativ zum Funkmodul mit einem RS485 Tranceiver bestückt werden. Als Spannungsversorgung steht eine Batterieversorgung (1,2 - 3V) oder eine Spannungsversorgung über einen Schaltregler (7 V - 24 V zur Verfügung)

Außensensor

Universalsensor-Platine für für das Außengehäuse mit Beschreibung der I2C-Anschlussbelegung.

Die Platinengröße des Außensensors ist deutlich kompakter als der Innensensor. Daher ist in dieser Version derzeit nur das Funkmodul bestückbar. Andere Übertragungsverfahren wie z.B. RS485 müssten hier extern realisiert werden. Das Layout des Außensensors unterstützt standardmäßig folgende Sensorbestückung:

• Temperatur / Luftdruck (BMP180)
• Helligkeit (TSL2561)

Weitere Sensoren z.B. ein STH10 für Temperatur/Luftfeuchte können über den nach außen geführten I2C-Bus angeschlossen werden. Natürlich existiert auch beim Außensensor die Möglichkeit weitere Sensoren oder auch Aktoren über die beiden Pinleisten anzuschließen.

Dieser Forenbeitrag beschreibt, wie der SHT10 auch innerhalb eines Gehäuses benutzt werden kann.

Der Helligkeitssensor

SHT10 Breakout-Board für den Außensensor.

Das Außengehäuse mit Filterfolie.

Bohrvorlage für den Acrylstab im Innengehäuse.

Der Helligkeitssensor braucht zum sinnvollen Einsatz natürlich die Möglichkeit vom Umgebungslicht beleuchtet zu werden. Da der Sensor im Innengehäuse nahe der Lüftungsschlitzen sitzt, wird dieser dadurch bereits beleuchtet. Allerdings fällt hier nur wenig Licht auf den Sensor. Daher ist bei dieser Messmethode die erreichbare Auflösung sehr gering.

Die bessere Möglichkeit ist es, in die Abdeckung des Sensorgehäuses ein 5 mm großes Loch zu bohren. In das Loch wird dann ein kurzer Stift aus Acrylglas eingesetzt. Siehe Bild mit der Bohrvorlage. Achtung, das Loch ist in horizontaler Ausrichtung nicht genau mittig. Der Acrylstab hat nicht genau 5 mm Durchmesser. Es sind 5,2 mm. Man kann dennoch ein 5 mm Loch bohren. Das Einschieben des Stabes in das Loch geht dann allerdings ziemlich schwer. Vor dem Einschieben kann man den Acrylstab an der Innenseite noch leicht anfasen. Dann lässt er sich leichter in das Loch schieben. Die Länge des Acrylstabes Beträgt 17 mm.

Im Außensensor ist die ausreichende Beleuchtung bereits durch die transparente Gehäuseoberseite gewährleistet. Allerdings wird der Sensor in direkter Sonneneinstrahlung übersteuern. Daher kann hier zwischen Sensor und Deckel eine Filterfolie eingelegt werden. Die getestete Filterfolie lässt dann nur noch etwa 25% des Lichtes durch. Dadurch übersteuert der Sensor auch im Sommer bei voller Sonneneinstrahlung nicht mehr. Durch den bekannten Filterwert der Folie lässt sich so auch gut ein Umrechnungsfaktor für die Heligkeitsmessung in Lux z.B. in FHEM hinterlegen.

Eine Testreihe mit der Folie im Vergleich mit einem kommerziellen Luxmeter hat den Faktor 0,265 ergeben.

Mit Folie bekommt man mit einer Division durch 0,265 auf den aktuellen Lux-Wert:

$lux = $lum/0.265

Firmware

Firmwareupdate mit dem Raspberry Pi.

Aktuell existieren für den Sensor zwei verschiedene Firmwareversionen.

• HB-UW-Sen-THPL HB-UW-Sen-THPL-I, HB-UW-Sen-THPL-O (Version 0.14)

Homematic-Kompatibler Temperatur / Feuchte / Luftdruck / Helligkeitssensor für das Innengehäuse oder Außengehäuse

• HWB-ONEWIRE (Experimentel)

Homematic-Wired Kompatibles 1-Wire-Temperatursensor-interface

HB-UW-Sen-THPL-I und HB-UW-Sen-THPL-O unterscheiden sich nur durch die Geräte-ID. Dadurch ist es Möglich dass die Sensoren z.B. in der CCU über ein eigenes Icon verfügt.

Configtaster

Drückt man den Configtaster auf der Platine im Betrieb 1x, so startet man das Pairing. Die LED fängt langsam an zu blinken. Drückt man den Taster nun nochmal, aber deutlich länger, blinkt die LED sehr schnell (jetzt loslassen). Jetzt kann der Sensor resettet werden. Dazu drückt man den Taster erneut, bis die LED ausgeht. Der Sensor hat sich nun zurückgesetzt.

Firmwarekonfiguration

Auf einige Einstellungen des Sensors lässt sich über die Kommandozeile Einfluss nehmen. Dazu "set <sensorname> regSet <register> <wert>" eingeben.

altitude

Die Höhe des Sensors über NN in Metern. Ist ein Luftdrucksensor vorhanden, dann wird der ermittelte Druck automatisch auf Druck in NN umgerechnet.

burstRx (noch experimentell)

Hierbei bleibt der Sensor dauerhaft Empfangsbereit bei höherem Batterieverbrauch. Damit soll es möglich sein, die Sensorwerte on demand vom Sensor anzufordern.

ledMode

on die LED leuchtet, wenn der Sensor Daten überträgt, off die LED leuchtet beim Übertragen der Daten nicht

lowBatLimitTHPL

Batteriespannung, ab der die Warnung für den Batteriewechsel ausgegeben wird.

pairCentral

???

transmDevTryMax

Anzahl der Wiederholungssendungen, sofern kein ACK empfangen wurde.

Universalsensor-RS485-Version. Hier mit angeschlossenen 1-Wire Temperatursensoren

Universalsensor-RS485-Version. Hier mit optional bestückten SHT10 (Temperatur / Luftfeuchte), BMP180 (Luftdruck), TSL2561 (Helligkeit)

OTA (OverTheAir) Firmwareupdate

Die Firmware des Sensor lässt sich, sofern er den so genannten OTAU-Bootloader besitzt einfach per Funk updaten. OTA-Update = (Over The Air, -Update also per Funk)

Das Firmwareupdate funktioniert aktuell nur mit CUL/COC oder HM-CFG-USB unter Linux (Update mit CUL oder HM-CFG-USB unter Linux), mit dem "HomeMatic Firmware Update Tool" unter Windows (Update mit HM-CFG-USB unter Windows) oder mit einer CCU2. Ein set sensorname fwUpdate dateiname in der Kommandozeile von FHEM funktioniert derzeit noch nicht.

Für das Update mit flash-ota ist folgendes zu machen:

1. flash-ota herrunterladen und installieren.
2. Firmware aus dem ZIP rausholen: https://github.com/kc-GitHub/Wettersensor/archive/v0.14_beta.zip
3. flash-ota starten. Z.B. so: sudo ./flash-ota -c /dev/ttyACM0 -f <firmware-file.eq3> -s <seriennummer>
4. eine Batterie aus dem Sensor heraus nehmen, Configtaste drücken und gedrückt halten, Batterie wieder einlegen während die Configtaste weiter gedrückt bleibt.
5. Jetzt sollte der Updateprozess starten.
6. Sensor mit FHEM neu pairen. Dann erscheint auch die neue Firmwareversion in FHEM.

Weitere Firmwareupdate-Möglichkeiten

Alternativ kann der Atmega328p auf der Platine mit einem Arduino-Kompatiblen Bootloader ausgerüstet werden. Damit lässt sich dann das Firmwareupdate per USB-UART-Adapter oder auch über den UART-Anschluss von einem Raspberry Pi einspielen.

RS485-Version mit 1-Wire Temperatursensoren

Hier ist eine experimentelle Firmware mit der man derzeit die RS485-Version des Sensors in eine 1-Wire - Homematic-Wired Interface "verwandeln" kann. Weiteres ist unter HWB-1WIRE-TMP10 nachzulesen.

Inbetriebnahme

1. Batterien einlegen
2. Stelle sicher, dass das Konfigurationsmodul des Sensors "HMConfig_SenTHPL.pm" im Unterverzeichnis FHEM ist. Ist dem nicht so, lade die Datei herunter und lege sie dort ab. Danach muss FHEM neu gestartet werden ("shutdown restart" in die Kommandozeile eingeben)
   Achtung! Wer mit wget den normalen Link verwendet bekommt folgenden Fehler:
   Error loading file: /usr/share/fhem/FHEM/HMConfig_SenTHPL.pm: Unrecognized character \\xC2; marked by \<-- HERE after at master \<-- HERE near column 55 at /usr/share/fhem/FHEM/HMConfig_SenTHPL.pm line 13, <$fh> line 105.
   Darum den raw Link verwenden:
   sudo wget https://github.com/kc-GitHub/Wettersensor/raw/master/Contrib/FHEM/HMConfig_SenTHPL.pm
3. CUL in den Pairingmodus schalten
4. Configtaster auf dem Universalsensor drücken

Links

• Firmware der CC1101 (Funk) Version
• Firmware der RS485 (Wired) Version
• Schaltplan und Platinenlayout der CC1101 (Funk) Version
• Schaltplan und Platinenlayout der RS485 (Wired) Version
• Thread im FHEM-Forum
• Thread im FHEM-Forum zur Entwicklung der Wired-Firmware