1-Wire Umweltsensor

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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 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

Eine Funkbasierte Variante ist hier PanStamp_Umweltsensor zu finden

Links