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Beschreibung

Ziel dieses Projektes ist es, einen Batteriebetriebenen Temperatursensor zu bauen. 

 

Für das Projekt, müssen vorab folgende Schritte ausgeführt werden:

Für die Anforderung wird folgende Hardware benötigt:

Für den Batteriebetrieb ist es zwingend erforderlich, dass Ihr noch die Schritte aus folgender Anleitung durchführt!

Wenn alle Schritte durchgeführt wurden, können wir hier jetzt weitermachen.

Schaltplan

 

Der Schaltplan ist recht einfach aufgebaut. Wichtig ist nur, dass der Temperatursensor richtig verkabelt wird. 

Gehäuse

 

Für das Gehäuse des Temperatursensors habe ich aus dem 3D Drucker ein zweiteiliges Gehäuse gedruckt. Am oberen Ende des Gehäuses ist eine kleine Aussparung, in welche der Temperatursensor genau passt.

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Gehäuse
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Deckel
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Montage

Die Montage besteht aus mehreren Schritten. Zuerst bereiten wir das Herz des Temperatursensor vor. Auf einer Lochrasterplatine verbauen und verlöten wir alle benötigten Bauteile.

Im ersten Schritt, schneiden wir uns eine Lochrasterplatine zurecht. Von den Abmessungen  her sollte die Lochrasterplatine 5 Loch hoch sein und 30 Loch 13 breit. So passt sie zum Schluss optimal in das Gehäuse.

 

Im nächsten Schritt, werden die Bauteile [1] Temperatursensor und [2] Widerstand eingebaut und direkt Verlötet.

 

Nachdem die ersten beiden Bauteile verlötet wurden, kann das ESP-01 Modul auf die Lochrasterplatine gesetzt werden. Auch das ESP-01 Modul kann direkt verlötet werden.

 

 

Jetzt können die jeweiligen Pins mit kleinen Drahtbrücken verlötet werden. In dem rot markierten Bereich, stehen zwei Stifte, welche später mit einem Jumper(Brücke) verbunden wird. Mit der Brücke wird die Masseleitung des Temperatursensor mit dem ESP-01 Modul verbunden.

 

Das fertige Ergebnis sollte dann so aussehen.

Jetzt können wir die fertige Platine und den Batteriehalter einbauen. Beider Bauteile werden mit Heißkleber fixiert, damit sie nicht mehr herausfallen können.

 

Nachdem der Heißkleber ausgehärtet ist, müssen noch die beiden Kabelenden des Batteriehalters an die Platine angelötet werden. Direkt danach können die Batterien eingesetzt werden. Das Innere des fertigen Temperatursensor sollte zum Schluss so aussehen.


ESPEasy Device Konfiguration

Wie immer basiert diese erweitere Konfiguration auf der bereits vorab getätigten Firmware Installation mit anschließender Grundkonfiguration.

 

Folgende Devices werden benötigt:

  • Environment - DS18b20

 

  • Registerkarte "Device" auswählen
  • Über "Add" ein neues Device hinzufügen

 

Nachdem wir das Device "Environment -DS18b20" ausgewählt haben, können wir die Konfiguration durchführen:

  1. Name = Kann frei vergeben werden. Muss allerdings später in den Rules beachtet werden. Ich verwende hier "sensor"
  2. Enabled = Haken setzen, damit der Sensor auch aktiv ist.
  3. GPIO 1-Wire = Hier den "GPIO-2 (D4)" auswählen.
  4. Send to Controller = Haken setzen, damit der Sensor auch die gemessene Temperatur an den FHEM Server sendet.
  5. Interval = Auf "2 sec" setzen
  6. Value Name 1 = Kann frei vergeben werden. Muss allerdings später in den Rules beachtet werden. Ich verwende hier "temperature", da das der Standard Wert innerhalt von FHEM ist.
  7. Speichern der Konfiguration mit "Submit"
  8. Beenden der Konfiguration mit "Close"

 

Direkt nachdem die Konfiguration geschlossen wurde, müssen wir diese noch mal öffnen um weitere Einstellungen vorzunehmen.

  1. Device Resolution (*) = 12 Bit (Standardwert = 9Bit und liefert dann nur Temperaturdifferenzen von 0,5 Grad). 
  2. Error State Value = NaN
  3. Speichern der Konfiguration mit "Submit"
  4. Beenden der Konfiguration mit "Close"

 

 

* Device Resulution (Temperaturauflösung)

9 Bit = 0,5°C / 93,75 ms

10 Bit = 0,25°C / 187,5 ms

11 Bit = 0,125°C / 375 ms

12 Bit = 0,00625°C / 750 ms

 

Die Ermittlung der Temperatur benötigt je nach Temperaturauflösung entsprechend Zeit.

 

Nach dem Beenden der Konfiguration, sollte die Geräteübersicht den Temperatursensor anzeigen. Ob der Temperatursensor richtig arbeitet erkennt man an der Portadresse und an der Temperatur.

ESPEasy Rules Konfiguration

Zum Abschluss müssen noch div. Rules angelegt werden, hierzu die Registerkarte "Rules" auswählen. Wenn die Registerkarte nicht vorhanden ist, könnt Ihr hier schauen wie diese aktiviert wird.

 

[1] In den Bereich (siehe unten) kopieren.

 

[2] Hier wird 500 Millisekunden gewartet, damit der ESP genügend Zeit hat die Temperatur an den FHEM Server zu übertragen.

 

[3] Hier kann der Deep Sleep konfiguriert werden

 

[4] Speichern des Rules Set mit "Save"

Bereich "on sensor#temperatur"

Dieser Bereich wird immer aktiv, wenn der Temperatursensor eine Temperatur misst. Da der Interval im Device auf "2 sec" steht, wird dieser Bereich alle 2 Sekunden ausgelöst. Beim Auslösen wird dann kurz gewartet, damit der ESP genügend Zeit hat, um die Temperatur an den FHEM Server zu übertragen. Wenn Euer Netzwerk langsamer ist, kann hier der Wert entsprechend erhöht werden. Die Angabe ist in Millisekunden zu machen. Direkt nach der Wartezeit wird das ESP in den Deep Sleep versetzt. Die Deep Sleep Dauer kann hier auch entsprechend angepasst werden. Die Angabe ist in Sekunden zu machen.

 

Der maximale Wert ist abhängig von der eingesetzten ESPEasy Version. Älter Versionen z.B. konnten hier nur max. 71 Minuten in Deep Sleep gesetzt werden. Das entspricht einen Wert von "4260". Neuere Versionen lassen schon Werte von > 10000 zu.

on sensor#temperature do
   delay 500
   deepsleep,1800
endon

ACHTUNG!! Die Rules werden direkt nach dem Speichern aktiv, und das ESP geht entsprechend in den Deep Sleep Modus.

Wenn Ihr später noch Änderungen vornehmen möchte, dann müsst Ihr den Jumper entfernen. Danach noch kurz die Batterien vom Kontakt entfernen. Direkt danach könnt Ihr den Sensor wieder unter Strom setzen. Da der Temperatursensor jetzt keine Werte mehr liefert, geht der ESP nicht mehr in den Deep Sleep.

FHEM Integration

Sobald der Temperatursensor die ersten Werte liefert, solle das Device automatisch in FHEM erscheinen.

Strombedarf

Zum Feststellen des Strombedarfs verwende ich folgendes Messgerät:

 

Um den Strombedarf zu ermitteln, muss das Messgerät zwischen die Plus Leitung geschalten werden. 

 

Das Messegerät verfügt über eine USB Schnittstelle. Damit kann der Strombedarf am PC aufgezeichnet werden. Über diese Aufzeichnung ist es dann möglich für den Betrieb und für die Deep Sleep Phase den Strombedarf zu ermitteln.

 

Hier habe ich eine Darstellung [2], über den Strombedarf während der Temperaturmessung.

 

Wenn ich alle markierten Werte[1] zusammenzähle und diese dann durch die Anzahl der markierten Zeilen berechne, dann komme ich auf einen Durchschnittsverbrauch von ca. 68,20 mA

 

Bereinigt durch die Zeile mit dem kleinsten Wert, komme ich auf einen Durchschnittsverbrauch von ca. 74,38 mA. Die Gesamtdauer des Betriebs wäre hier ca. 4 Sekunden.

 

In dieser Darstellung[2], seht Ihr den Strombedarf während der Deep Sleep Phase.

 

Hier macht eine Durchschnittsberechnung keinen Sinn, da die Werte sich wirklich nur um ca. 0,1 µA bis 0,5 µA verändern. 

 

Als Durchschnittsverbrauch würde ich hier ca. 66 µA bis 67 µA annehmen.

Mit diesen Werten könnt Ihr dann die maximal erreichbare Batterielebensdauer errechnen. Die entsprechende Informationen und Exceltabelle findet Ihr hier:

ESP Easy Deep Sleep 

Erfahrungsberichte

Damit der ESP arbeiten kann, wird eine Spannung zwischen 2,5Volt und 3,7 Volt benötigt. Der Temperatursensor benötigt, laut Datenblatt eine Spannung von mindestens 3 Volt. Daher habe ich einen Schnelltest durchgeführt, um herauszufinden ab wann der Temperatursensor tatsächlich nicht mehr arbeitet. Der Test hat ergeben, dass bei einer Spannung von 2,65 Volt der Sensor die Arbeit einstellt. Bis dahin hat der Sensor 7975 Temperaturmessungen durchgeführt. Jede Messung, bestand aus ca. 4 Sekunden Temperaturermittlung und 60 Sekunden Deep Sleep Phase. Umgerechnet in Tage, ergibt sich hier eine Laufzeit von 5,90 Tage. Anhand dieser Erkenntnis lassen sich folgende Szenarien berechnen.

Messungen Betrieb Deep Sleep Tage Monate
7975 4 Sekunde 60 Sekunde 5,91 0,20
7975 4 Sekunden 15 Minuten 83 2,78
7975 4 Sekunden 30 Minuten 167 5,55
7975 4 Sekunden 45 Minuten 250 8,32
7975 4 Sekunden 60 Minuten 333 11,09

Da der Temperatursensor die Batterien nicht komplett leer machen kann, können diese danach noch in anderen Geräten verwendet werden.

Änderungsprotokoll

Datum Beschreibung
20.12.2020
  • Überarbeitung des Rules Sets
  • Erfahrungsbericht
09.12.2020
  • Erste Version
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