1-Wire Umweltsensor
1-Wire Umweltsensor als Eigenbau.
Beschreibung
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. 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 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
| 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 Sonennschutzfolie 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
Keine.
Links
- Thread im FHEM-Forum (Platinenlayout-Datei im ersten Beitrag)
- Diskussion im FHEM Forum zur Berechnung der solaren Einstrahlung
- Details zum Layoutprogram Target 3001