>> Smelly One <<

[dreamy1]

Hallo zusammen,
wenn zwei begeisterte DIY’ler zueinander finden und sich perfekt ergänzen, kann auch eine Hobbylösung ansprechend sein:

Dürfen wir vorstellen: >> Smelly One <<(Raumklimaanzeige mit Luftqualitätsmessung und RTR für den KNX-Bus)

V1.4 mit modifizierter Gira Blindabdeckung
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V1.6 mit ALU-Frontplatte und Magnetbefestigung
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Hardwaredesign: dreamy1 (Stefan) / Softwaredesign: Wagoklemme (Armin)
Aktueller Hardwarestand: V1.6

Warum „Smelly One“?
Ein kleines Wortspiel…der kleine Racker “riecht” (englisch: to smell) und erkennt “stinkige“ Luft (englisch: smelly). Und hat noch viel mehr drauf, was das Raumklima angeht – siehe unten. „One“ ist der erste Wurf, vielleicht kommt ja irgendwann noch ein Bruder hinzu.

Highlights Hardware:

• Passend für 55er Rahmenprogramm (getestet: Gira, Hager), damit universell einsetzbar (z.B. auch in Mehrfachrahmen)
• Ins PCB einrastbare Abdeckung mit gelasertem Acrylglasvorsatz / alternativ ALU-Frontplatte mit Folie und Magnetbefestigung
• VOC+CO2-Messung (Luftqualität) in ppb/ppm über professionellen, vorkalibrierten Sensor von AMS mit Staubschutzfilter
• Luftgüteampel über Lichtleiter (Grenzwerte frei einstellbar, voreingestellt sind die Empfehlungen des Bundesumweltamtes)
• Raumtemperatur/Luftfeuchtemessung (über Sensirion SHT31)
• Genauigkeit rH: +/- 2% (!), Genauigkeit Temperatur: +/- 0,2K (!)
• Taupunktberechnung
• Raumhelligkeitsmessung
• Kontrastreiches LED-TFT mit 3,7cm Diagonale zur Anzeige der Messwerte mit vielen Einstellmöglichkeiten (auch aus 1m Entfernung problemlos ablesbar!)
• NEU ab Software 1.1: RTR-Funktion mit vielen Einstellmöglichkeiten und aktueller Stellgrößenanzeige im TFT
• Automatische Helligkeitsanpassung von TFT und Luftgüteampel an die Umgebungshelligkeit (separat parametrierbar)
• Summer zur akustischen Vor-Ort-Warnung vor schlechter Luftqualität (kann mit einer Mindesthelligkeit im Raum gekoppelt werden für ungestörte Nachtruhe)
• Rein busversorgt bei nur ca. 6 mA (!) Stromaufnahme durch hocheffizientes Design (real gemessener Wert bei mittlerer Displayhelligkeit und normalem Betrieb)
• Bustrafficoptimierte Übertragung der Messwerte ins KNX-Bussystem (Hysterese für Telegramm nach Messwertänderung frei einstellbar)
• Einfache Montage auf tausendfach bewährtem, KNX-zertifiziertem Siemens Busankoppler (TPUART2) mit rückseitig geschlossenem Gehäuse zum sicheren Dauerbetrieb (keine offenen Platinenteile in der Unterputzdose)
• Programmierung erfolgt über Arduino IDE (über 3,3V-FTDI-Wandler) - auch im eingebauten Zustand problemlos jederzeit möglich!

Und hier erstmal ein paar Impressionen:
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Hardware-Changelog:
V1.4: Initial
V1.6: Change: Vorbestückung erweitert, Change: Taster auf THT umgestellt (bessere Zentrierung), Change: Summertyp, NEU: Abstandshalter TFT, NEU: Überstromschutz 20V-Schiene, NEU: Abstandshalter Lichtsensor, NEU: externer I2C-Anschluss (3.3V only)

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EDIT 27.12.2017, 11.01.2018, 02.02.2018: Bauteileliste ergänzt/revidiert:
Smelly One Bauteileliste V1.4_Rev2.pdf

EDIT 30.12.2017: Lötanleitung ergänzt (aufgrund der Dateigröße in 3 Teile gesplittet):
Smelly One Lötanleitung V1.4_Teil_1.pdf
Smelly One Lötanleitung V1.4_Teil_2.pdf
Smelly One Lötanleitung V1.4_Teil_3.pdf

EDIT2 30.12.2017: Alfred war so nett (danke nochmals!) und hat die Lötanleitung als einzelne Datei auch zum direkten Download abgelegt :
Smelly One Lötanleitung V1.4_komplett.pdf

EDIT 15.01.2018, 09.02.2018, 11.02.2018, 15.02.2020:
Wichtige Hinweise zur IBN und Programmierung ergänzt:
Smelly One V1.4_Rev.3 - WICHTIGE Hinweise zur IBN und Programmierung.pdf

EDIT 21.01.2018:
Bohrschablone für 55er Blindabdeckung (Rastnasen der Platine passen zu Gira S55 und JUNG A594-WW) ergänzt:
Smelly One Bohrschablone_V1.4_Rev1.pdf

EDIT 28.01.2020, 29.01.2020, 07.07.2020:
Für die neue Hardwarerevision V1.6 liegt eine neue Lötanleitung vor. Die oben verlinkte Inbetriebnahme- und Programmieranleitung ist weiterhin gültig.
Smelly One Lötanleitung V1.6_rev2.pdf

EDIT 07.02.2020, 24.02.2020:
Bauanleitung für die ALU-Abdeckung:
Smelly One Bauanleitung ALU-Abdeckung.pdf

[WagoKlemme]

Highlights Software:
maximale Benutzerfreundlichkeit durch User-Setup im Sketch für:

• Gruppenadressen und PA
• Freigabemöglichkeiten für: RTR, MinMax-Fenster, Piepser, Taupunkt, Luxwertanzeige, Status iAQ, RGB-LED, Blaue LED (Feuchte).
• Helligkeitsgrenzwerte für LED und TFT
• Abfragezeiten für iAQ, T/H, MinMax, Helligkeitsregelung
• Grenzwerte CO2 und VOC
• Freie Farbeinstellung Vordergrund/Hintergrund je Zeile
• Einstellung Schriftgröße

Displaygestaltung:
Hauptfenster:

• Strukturierter Aufbau durch Einteilung in 5 Zeilen.
• Die Messwerte und Einheiten können individuell platziert werden.
• Eine Meldezeile für Text und sonstige Messwerte (Lux, Taupunkt,..) in Zeile 5

MinMax-Fenster:

• Erreichbar durch Druck auf den Button
• Werte werden zurückgesetzt durch einen langen Druck auf den Button
• Fenster schließt automatisch nach einstellbarem Zeitintervall
• Anzeige von Min/Max-Werten von Temperatur und Feuchte
• Anzeige der PA
• Anzeige anderer Werte möglich

Smelly als RTR:

• Betriebsartenumschaltung und Sollwertänderung durch Druck auf den Button
• Smelly als PID-Regler, einzelne Regelglieder aktivierbar. Freie Kombinationsmöglichkeit.
• Einstellparameter Proportionalbeiwert, Integrierzeit, Arbeitspunkt, Stellungsbegrenzung Min/Max,
• Anzeige von Betriebsart und Ventilstellung im Regelbetrieb
• Fernsteuerbar durch KNX: Betriebsart, Sollwert

Ein Einsatz des Smelly One ohne Programmierkenntnisse ist möglich. Im User-Setup (selbsterklärend) sind die individuellen Einstellungen vorzunehmen. Arduino IDE zur Programmierung wird vorausgesetzt.

Installation:
- Arduino IDE lauffähig installieren
- Bibliotheken aus zip in das Verzeichnis libraries kopieren
- Smelly-Datei in IDE laden
- PA und GAs im Sketch mit eigenen Adressen füllen
- User-Setup: Gewünschte Anzeigeoptionen entsprechend anpassen

ETS: siehe hier.
Betriebsarten und Stati iAQ: siehe hier.

Viel Erfolg !!!

V. 1.4 Pixelprobleme beseitigt in Zeile 1 beim Wechsel von 1-st. auf 2 st. Zahl und umgekehrt
V. 1.2 Taupunktanzeige korrigiert
V. 1.1 RTR hinzugefügt
V. 1.0 Initial release

[dreamy1]

Noch ein paar Ergänzungen zur Hardware:

Ziel war es, eine Raumklimaanzeige mit KNX-Anbindung zu entwickeln – und zwar als optische ansprechende Komplettlösung, die einem Kaufgerät in Nichts nachsteht und nicht nach Bastelkeller aussieht. Möglichst universell passend, einfach zu löten und mit möglichst geringer Aufbauhöhe, so dass sich diese nahtlos ins vorhandene Schalterprogramm integrieren lässt.

Wie dem ein oder anderen vielleicht bekannt, stehe ich als „Schnittstelle“ zum KNX-Bus auf den bekannten Siemens Busankoppler – dieser hat den großen Vorteil, dass er neben dem bereits oben genannten Vorteil der tausendfachen Betriebsbewährung, diversen internen Schutzmechanismen und eben dem modularen Ansatz auch gleich die Montagemöglichkeiten für eine Aufsteckplatine mitbringt. Diese wird dann über eine Stiftleiste mit Strom versorgt und kann mit einem einfachen seriellen Protokoll angesprochen werden.

Das Montagekonzept wurde dahingehend optimiert, dass die Platine auch gleich den Rahmen fest an der Wand fixiert, so dass man später einfach eine Abdeckung aufrasten kann (aktuell verwende ich dazu mechanisch bearbeitete Jung Blindabdeckungen). Das gelaserte Acrylglas hat dabei rückseitig rastergravierte Diffusoren eingearbeitet (für Lichtleiter der RGB-LED und den Helligkeitssensor). Gerade beim Helligkeitssensor wird dadurch der recht scharf abgegrenzte Erfassungswinkel „erweitert“ und harmonisiert, so dass das Raumlicht optimal eingefangen wird und z.B. bei temporärem Schattenwurf durch den Bediener direkt vor dem Gerät das TFT nicht gleich extrem weit abdunkelt. Vorteil des Acrylglases ist dabei auch, dass zum einen das TFT gegen neugierige Finger geschützt wird, zum anderen eine (bis auf den Taster) frontseitig komplett geschlossene Oberfläche zur einfachen Reinigung gegeben ist. Rückseitig ist am Acrylglas noch eine per Schneideplotter gefertigte, hochwertige Farbfolie verklebt (bei mir hellgrau), die dann auch gleich die sog. „active area“ des TFT abgrenzt (keine störende schwarzen Streifen) und einen evtl. etwas unsauberen Displayausschnitt in der Blindabdeckung unsichtbar kaschiert. Für reproduzierbare und erfolgreiche Ergebnisse beim Bohren der jungfräulichen Blindabdeckungen habe ich eine spezielle Bohrschablone angefertigt, die einfach ausgedruckt und mit Tesa auf die Blindabdeckung befestigt wird. Mit einer Säulenbohrmaschine und einer Laubsäge lässt sich so innerhalb überschaubarer Zeit und mit wenig Aufwand eine professionell anmutende Blindabdeckung herstellen. Das Acrylglas habe ich nach etlichen Versuchen mit verschiedenen Klebevarianten final mit einem kaltverschweißenden Modellbaukleber fest mit der Blindabdeckung verklebt – hält bombenfest.

Der SHT31 für die Temperatur- und Luftfeuchtemessung ist durch einen kleinen Designtrick thermisch quasi von der Platine entkoppelt – durch die mäanderförmige ausgefräste Leiterbahnführung ist der Sensor rund 40mm weit von der Platine „abgesetzt“, obwohl dieser an optimaler Messposition auf der nur ca. 55x55mm großen Platine sitzt (im Bereich der unteren Lufteintrittsöffnung der Abdeckung). Dieser Kniff wurde notwendig, da sich trotz unglaublich niedrigem Leistungsbedarf der Aufsteckplatine (gerade mal 66 mW (!) incl. TFT) sich die Eigenerwärmung (v.a. des Arduino und des TFT-Backlights) deutlich merkbar am Messergebnis gezeigt hat. Durch das Konvektionskonzept (durch den BA und die von der Aufsteckplatine minimal erwärmte Luft wird oben an den Luftaustrittsöffnungen ausgestoßen und die Raumluft somit schön an den Sensoren durch den Lufteintritt im unteren Bereich „vorbeigezogen“) wird eine sehr schnelle Ansprechempfindlichkeit ohne merkliche Verzögerung erreicht. Durch die nur ca. 2mm breiten, thermisch isolierenden GFK-Mäanderstege mit sehr niedrigem Wärmespeichervermögen wird der Eigenwärmeeinfluss von Busankoppler und Aufsteckplatine optimal reduziert. Lediglich der direkte Wärmestrahlungseinfluss muss etwas kompensiert werden, dazu stehen im Programm entsprechende Korrekturfaktoren zur Verfügung.

Das TFT ist über eine bauhöhenoptimierte Buchsenleiste steckbar ausgeführt und kann für Wartungszwecke (z.B. Sensoraustausch) einfach abgenommen werden.

Beim Stromversorgungskonzept bin ich diesmal einen etwas anderen Weg gegangen: es wird nicht die 5V-Schiene des TPUART2, sondern die 20V-Schiene über die Stiftleiste am Busankoppler abgegriffen, da diese wesentlich mehr Energie liefern kann und den Betrieb eines TFT mitsamt allerlei Sensoren und einem Summer erst ermöglicht. Die 20V werden mit einem hocheffizienten Step-Down-Converter auf die 3,3V-Systemspannung der Aufsteckplatine gewandelt. Dabei wird immer nur soviel Energie aus dem Busankoppler entnommen, wie gerade benötigt wird, was zu einem sehr günstigen Eigenwärmeverhalten der Aufsteckplatine führt. Trotzdem kann per Lötjumper auf der Platine auch die 5V-Schiene des TPUART2 voreingestellt werden, wenn man z.B. auf den Summer verzichtet und ggf. die maximale Helligkeit des TFT etwas begrenzt (ist aber noch nicht getestet). Die 20V-Schiene des TPUART2 ist leider nicht so effizient wie die 5V-Schiene, das ist aber bei der insgesamt im Mittelwert doch sehr geringen Stromaufnahme des Gesamtsystems von nur ca. 6,2 mA am Bus verschmerzbar.
Ganz interessant: Der Busankoppler nimmt übrigens davon im Leerlauf (ohne Aufsteckplatine) bereits ca. 2,7 mA aus dem Bus auf (= 83mW@30,7V und damit mehr als der Smelly One selbst mit nur 66mW@30,7V). Die restlichen 41mW@30,7V fallen am Linearregler des TPUART2 bei Betrieb des Smelly One an. Insgesamt werden ab Busklemme nur rund 190mW Leistung entnommen, für mich ein sensationell niedriger Wert für ein Busgerät mit TFT und allerlei Schnickschnack. Alle oben genannten Werte sind dabei keine theoretischen Rechenwerte, sondern real im Betrieb gemessene Werte.

Anstelle des SHT31 kann übrigens auch ein BME280 verbaut werden (gibt’s im gleichen Moduldesign), aktuell läuft die Software aber nur mit dem SHT31. Und anstelle des Arduino Pro Mini kann auch ein potentes SAMD21 Board von Sparkfun bestückt werden (gleiches Pinout, ist aber noch nicht getestet).
Aufgrund der sehr ressourcenschonenden und durchdachten Programmierung durch Armin ist es gelungen, dass ein „kleiner“ Arduino Pro Mini mit gerade mal 8Mhz Taktfrequenz für die Aufgabe völlig ausreicht – selbst der Bildaufbau des TFT ist quasi in Echtzeit.

Aktuell haben wir bereits einige Smelly One‘s im Dauerbetrieb bei uns zuhause laufen. Die Platinen habe ich in der aktuellen Hardwareversion V1.4 teilweise vorbestücken lassen (alle kleinen SMD-Bauteile), so dass der Zusammenbau keine große Herausforderung ist.

Und nun seid Ihr dran mit Fragen/Lob/Kritik

[dreamy1]

Hier ein paar Bilder von der Platine:

P1040124 (Large).JPGP1040125 (Large).JPGP1040143 (Large).JPGP1040152 (Large).JPG

[BadSmiley]

sieht schick aus und der Name ist cool! Sehr schön.

[dreamy1]

Und noch ein paar Bilder von der Bearbeitung der Blindabdeckungen:

Bohrschablone.JPGP1040088 (Large).JPGAbdeckung bearbeitet_1.JPG

[dreamy1]

sieht schick aus und der Name ist cool! Sehr schön.

Vielen Dank für die Blumen :-)

[Hennessy]

Sehr, sehr schön. Überlege mir bloss, wie ich das ins Schalterdesign vom Feller (Schweiz) kriege ...

[trollmar]

Respekt! Ganz toll!!!!

[henfri]

Beeindruckend!

[dreamy1]

Danke für die positiven Rückmeldungen, auch im Namen von Armin!

[dreamy1]

Sehr, sehr schön. Überlege mir bloss, wie ich das ins Schaöterdesign vom Feller (Schweiz) kriege ...

Hmmm, solange die Platine in einen solchen Rahmen passt, ist das kein Problem. Um welches Schalterprogramm genau handelt es sich denn?

Im Anhang noch ein Bild, wie das Ganze montiert ist (die Platine wird einfach in die Öffnung eines leeren Rahmens geschoben und mit zwei Schrauben am Busankoppler befestigt):

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[concept]

Sehr, sehr schön. Überlege mir bloss, wie ich das ins Schaöterdesign vom Feller (Schweiz) kriege ...

christian, gehts dir ums design (da bin ich ratlos) oder um die befestigung? für letzteres gibts adapterbleche und die gibts hier:
https://www.knxshop4u.ch/
aber frag mich jetzt nicht nach dem genauen link

aber kannst einfach den holger anrufen, der hilft dir gerne!

[evolution]

Schaut wirklich gut aus. Respekt!

[dreamy1]

Dankeschön! Armin und ich haben da auch viel Freizeit hineingesteckt, um ein im Detail perfektes und durchdachtes Ergebnis zu haben.