1-Wire Umweltsensor: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 20. Februar 2020, 11:20 Uhr

1-Wire Umweltsensor als Eigenbau.

Beschreibung

Plot eines sonnigen Tages

Messwerte

Sonniger Tag mit einzelnen Wolken

Der auf dem DS2450 basierende 1-Wire Umweltsensor hat die folgenden Eigenschaften:

Helligkeitserfassung per TSL250
Erfassung der solaren Einstrahlung per TSL260
Luftdruckmessung per MPXA4100A6U
Messung der Referenzspannung
1-Wire Baustein: DS2450
Temperaturmessung per DS18B20
Luftfeuchtigkeitsmessung per HIH-5030 onboard oder per Huckepackplatine
passt alles in ein ELV IP65 (Nr: G250C) Gehäuse und ist damit geeignet für den Außeneinsatz

Falls die Luftfeuchte benötigt wird, muss ein anderer (beliebiger) Messwert abgeschaltet und stattdesen per Jumpereinstellung die Referenzspannung gemessen werden. Dazu beim zugehörigen PinHeader des nicht benötigten Messwertes (A,B,C oder D) den Jumper auf D/+ setzen. Falls einzelne Messwerte nicht benötigt werden und die Sensoren nicht bestückt sind, kann ebenfalls per Jumpereinstellung der Messport des DS2450 auf Masse gezogen werden (Jumper auf D/-), um einen definierten Nullwert zu erhalten.

Falls wirklich alle Messwerte benötigt werden, kann der Feuchtesensor anstatt auf dieser Platine über die Buchsenleiste per Huckepackplatine (von TM3D.de) aufgesteckt werden.

Die Schaltung war ursprünglich geplant für eine Rolladensteuerung. In Verbindung mit dem Sonneneinfallswinkel können die Rolladen exakt auf einen Prozentwert heruntergefahren werden, so dass die Sonne gerade nicht hereinscheint, aber maximalen Lichteinfall zulässt.

Auf den abgebildeten Plots ist genau ersichtlich, welcher von einem sonnigen Tag stammt und welcher an einem relativ bewölkten Tag entstanden ist. Auch die Anzahl der Wolken an einem guten, sonnigen Tag lässt sich ablesen.

Schaltplan und Bauteilliste

Schaltplan

Platine

Bauteil	Bezeichnung	Shop	BauteilNr
D1,D2	Diode	Reichelt	BAT85
C1	Elko 47uF	Reichelt	RAD 47/16
C2	KeramikKondensator 470pF	Reichelt	KERKO 470P
C3	Keramikkondensator 100N, 10%	Reichelt	X7R-5 100N
K5	Anreihklemme 3Pol	Reichelt	AKL 055-03
K1,K2,K3,K4	Stiftleiste 1x3Pol	Reichelt	MPE 087-1-003
K6	Buchsenleiste 1x3Pol	Reichelt	MPE 094-1-003
R1	Widerstand 68K	Reichelt	METALL 68K
R2,R3	Widerstand 10K	Reichelt	METALL 10,0K
Jumper	Jumper	Reichelt	JUMPER 2,54 SW
IC1	1wire A/D Wandler	http://www.fuchs-shop.com/de/	DS2450
IC2	Lichtsensor	http://www.voelkner.de	TSL250
IC3	Sensor Solare Einstrahlung	http://www.voelkner.de	TSL260
IC4	Luftdrucksensor	http://www.voelkner.de	MPXA4-100
IC5	Luftfeuchtesensor	http://www.mouser.com	HIH-5030
IC6	Temperatursensor	http://www.fuchs-shop.com/de/	DS18B20

Das Platinenlayout (erstellt mit Target3001) ist im unten aufgeführten Forenthread angehängt.

Hinweise zum Betrieb mit FHEM

Die TSL Bausteine müssen zum korrekten Betrieb mit Sonnenschutzfolie geschützt werden. Ansonsten verursacht schon ein wenig Sonne eine Sättigung. Empfohlen wird eine gängige Sonnenschutzfolie mit 93% UV-Absorption. Wird die Platine gemäß den vorgesehenen Abmessungen in das dafür konfektionierte Gehäuse G250C eingebaut, so sind zwischen Gehäuse und Klarsichtdeckel 3 Lagen der Sonnenschutzfolie zu legen. Damit kann man nun in FHEM die Readings A,B,C,D (beim Betrieb mit dem FHEM-Modul OWAD) mittels UserReadings wie folgt umrechnen:

SolarEnergie {sprintf("%d", ReadingsVal("$name", "A",0)/0.0038073)}
Sonne {sprintf("%0.2f", ReadingsVal("$name", "A",0))}
Helligkeit {sprintf("%0.2f", ReadingsVal("$name", "B",0))}
Luftdruck {sprintf("%d", (ReadingsVal("$name", "C",0)/ReadingsVal("$name", "D",0)+0.1518)/0.001059)}

Rechenbeispiel:

Der TSL260 liefert einen Wert von 111 mV (uW/cm2) bei 940nm. Ein Mikrowatt pro Quadratźentimeter ist dasselbe wie 0,01 W/m². Die maximale Ausgangsspannung am TL260 beträgt 3,8 V, das wäre schon bei etwa 0,34 W/m² erreicht. Nehmen wir also 3 Lagen Sonnenschutzfolie mit bekannter Abschwächung, sagen wir 90%. 0,1*0,1*0,1 = 1/1000. Damit ergibt sich die solare Einstrahlung in W/m² (maximal ca. 1000 W/m² !) auf den Sensor als gemessene Spannung in V/0,0137.

Sättigung wird erreicht bei 340 W/qm, das hat man z.B. dann schon an einem bewölkten Tag, oder morgens/abends bei freiem Himmel. In diese Näherung gehen natürlich die Charakteristika der Folie ein, die muss man kennen.

Wird eine andere Sonnenschutzfolie verwendet so gelten näherungsweise folgende Formeln:

Abschwächung von 95% : V/0,0013875 -> Sättigung erreicht bei 2738 W/m²
Abschwächung von 94% : V/0,0023976 -> Sättigung erreicht bei 1584 W/m²
Abschwächung von 93% : V/0,0038073 -> Sättigung erreicht bei 998 W/m²

Weitere Hinweise

Eine funkbasierte Variante ist der PanStamp Umweltsensor.

Links

Alle Dateien in der Cloud des Autors
Thread im FHEM-Forum (Platinenlayout-Datei im ersten Beitrag)
Diskussion im FHEM Forum zur Berechnung der solaren Einstrahlung
Details zum Layoutprogram Target 3001

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 * passt alles in ein ELV IP65 (Nr: G250C) Gehäuse und ist damit geeignet für den Außeneinsatz
-Falls die Luftfeuchte benötigt wird, muss ein anderer (beliebiger) Messwert abgeschaltet und stattdesen per Jumpereinstellung die Referenzspannung gemessen werden. Falls einzelne Messwerte nicht benötigt werden und die Sensoren nicht bestückt sind, kann ebenfalls per Jumpereinstellung der Messport des DS2450 auf Masse gezogen werden, um einen definierten Nullwert zu erhalten.
+Falls die Luftfeuchte benötigt wird, muss ein anderer (beliebiger) Messwert abgeschaltet und stattdesen per Jumpereinstellung die Referenzspannung gemessen werden. Dazu beim zugehörigen PinHeader des nicht benötigten Messwertes (A,B,C oder D) den Jumper auf D/+ setzen. Falls einzelne Messwerte nicht benötigt werden und die Sensoren nicht bestückt sind, kann ebenfalls per Jumpereinstellung der Messport des DS2450 auf Masse gezogen werden (Jumper auf D/-), um einen definierten Nullwert zu erhalten.
 Falls wirklich alle Messwerte benötigt werden, kann der Feuchtesensor anstatt auf dieser Platine über die Buchsenleiste per [http://www.tm3d.de/index.php/1wire-feuchtesensor Huckepackplatine (von TM3D.de)] aufgesteckt werden.
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 [[Datei:1wire_Umweltsensor_Platine.jpg|300px|thumb|right|Platine]]
-* DS2450
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-* HIH-5030
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+|  Temperatursensor
+|  http://www.fuchs-shop.com/de/
+|  DS18B20
+|}
 Das Platinenlayout (erstellt mit Target3001) ist im unten aufgeführten Forenthread angehängt.
 == Hinweise zum Betrieb mit FHEM ==
-Einsetzbar.
+Die TSL Bausteine müssen zum korrekten Betrieb mit Sonnenschutzfolie geschützt werden. Ansonsten verursacht schon ein wenig Sonne eine Sättigung.
+Empfohlen wird eine gängige Sonnenschutzfolie mit 93% UV-Absorption.
+Wird die Platine gemäß den vorgesehenen Abmessungen in das dafür konfektionierte Gehäuse [http://www.elv.de/industrie-aufputz-gehaeuse-ip65-modell-g250c.html G250C] eingebaut, so sind zwischen Gehäuse und Klarsichtdeckel 3 Lagen der Sonnenschutzfolie zu legen.
+Damit kann man nun in FHEM die Readings A,B,C,D (beim Betrieb mit dem FHEM-Modul OWAD) mittels UserReadings wie folgt umrechnen:
+ SolarEnergie {sprintf("%d", ReadingsVal("$name", "A",0)/0.0038073)}
+ Sonne {sprintf("%0.2f", ReadingsVal("$name", "A",0))}
+ Helligkeit {sprintf("%0.2f", ReadingsVal("$name", "B",0))}
+ Luftdruck {sprintf("%d", (ReadingsVal("$name", "C",0)/ReadingsVal("$name", "D",0)+0.1518)/0.001059)}
+'''Rechenbeispiel:'''
+Der TSL260 liefert einen Wert von 111 mV (uW/cm2) bei 940nm. Ein Mikrowatt pro Quadratźentimeter ist dasselbe wie 0,01 W/m². Die maximale Ausgangsspannung am TL260 beträgt 3,8 V, das wäre schon bei etwa 0,34 W/m² erreicht. Nehmen wir also 3 Lagen Sonnenschutzfolie mit bekannter Abschwächung, sagen wir 90%. 0,1*0,1*0,1 = 1/1000.  Damit ergibt sich die solare Einstrahlung in W/m² (maximal ca. 1000 W/m² !) auf den Sensor als gemessene Spannung in V/0,0137.
+Sättigung wird erreicht bei 340 W/qm, das hat man z.B. dann schon an einem bewölkten Tag, oder morgens/abends bei freiem Himmel.
+In diese Näherung gehen natürlich die Charakteristika der Folie ein, die muss man kennen.
+Wird eine andere Sonnenschutzfolie verwendet so gelten näherungsweise folgende Formeln:
+ Abschwächung von 95% : V/0,0013875 -> Sättigung erreicht bei 2738 W/m²
+ Abschwächung von 94% : V/0,0023976 -> Sättigung erreicht bei 1584 W/m²
+ Abschwächung von 93% : V/0,0038073 -> Sättigung erreicht bei 998 W/m²
 == Weitere Hinweise ==
-Keine.
+Eine funkbasierte Variante ist der [[PanStamp Umweltsensor]].
 == Links ==
+* [https://www.diefaeuste.de/owncloud/index.php/s/OkS8nfXkAtkgQEM Alle Dateien in der Cloud des Autors]
 * [http://forum.fhem.de/index.php/topic,16896.0.html Thread im FHEM-Forum] (Platinenlayout-Datei im ersten Beitrag)
+* [http://forum.fhem.de/index.php/topic,10217.msg85238.html#msg85238 Diskussion im FHEM Forum zur Berechnung der solaren Einstrahlung]
 * Details zum Layoutprogram [http://de.wikipedia.org/wiki/Target_3001 Target 3001]
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