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Raum-Sensormodul (HW-Thread) für Temp, Hum, Pres, VOC, CO2, 1-Wire & Buzzer

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    Raum-Sensormodul (HW-Thread) für Temp, Hum, Pres, VOC, CO2, 1-Wire & Buzzer

    Raum-Sensormodul

    Front2.png

    Mit diesem Thread möchte ich die HW des Sensormoduls genauer aufzeigen. Ich möchte hier keine SW Diskussionen führen, sondern alle Punkte der HW aufzeigen, so dass man die bestehenden Firmware-Versionen nutzen kann, oder mit diesen Informationen sich selber auf den Weg machen kann, eigene Firmware zu entwickeln.

    Der ausschlaggebende Grund hierfür war mumpf der eine eigene Firmware zu diesem Modul geschrieben hat. Damit dieses Unterfangen möglich war, hatten wir regen technischen Austausch. Diesen technischen Austausch möchte ich euch hier vorstellen, damit auch andere dieses Wissen anwenden können.

    Historie
    Fangen wir vielleicht mal ganz am Anfang an. Dazu müssen wir bis Anfang 2017 zurückgehen. Damals wollte ich eine HW aufbauen mit der man die Möglichkeit hat, über eine einfache Weise typische Parameter in einem Raum zu messen (Temp, Hum, … ) Es hat sich schnell gezeigt, dass eine „hoch“ integrierte Lösung mit nur einer Platine nicht so einfach umzusetzen war. Daher bin ich dazu übergegangen das System Modular aufzubauen.
    Aus diesem Ansatz wurde dieser HW-Systemaufbau:
    1. KNX-Schnittstelle (aktuell: NCN5130)
    2. µ-Controller (aktuell: SAMD21)
    3. EEPROM (zum Speichern der KNX-Config)
    4. Prog-Taster & Prog-LED & Status-LEDKNX Raum-Sensormodul
    Raum_Sensormodul_Basis_Konzept.png

    Ich bin davon überzeugt, dass man mit diesem Aufbau 95% aller Anforderungen in einem KNX-System abdecken kann. Der ausschlaggebende Teil davon ist der µC, mit seinem 32Bit und 48MHz und einem großen RAM + Flash besitzt er alle notwendigen Voraussetzungen großes zu leisten J Dazu kommt noch, das sehr flexibel unterschiedliche Interface ansteuern kann, das wären bis zu 4 Uarts, I2C, SPI, 12Bit ADCs, …

    Daher schmeißt alle eure ProMinis, ProMicros, Leonardos, … weg und steigt in die SAMD-Welt ein. Ein anderes Projekt hier hat das wohl auch schon gemerkt J Und auch ein ESP82/32 hat in der reinen KNX-Welt (wenn es um Schnittstellen zu BT/WIFI geht, mag das falsch sein) eigentlich nichts zu suchen. Aber das ist meine Meinung, da darf jeder gerne seine eigene haben.

    An alle Einsteiger einen kleinen Rat: steigt besser gleich mit einem Arduino Zero, oder einem Nachbau in die Entwicklung, oder zum Spielen ein. Der etwas höhere Preis dafür ist absolut gerechtfertigt! Ihr werdet schneller und einfacher an euer Ziel kommen.

    Allgemein:
    Leider bin ich nur ein HW-Entwickler und habe von der Embedded SW-Entwicklung wenig Ahnung. Wenn man sich das Datenblatt des SAMD anschaut, dann steckt hier noch deutlich mehr Potential drin, als das die Arduino Welt vorgibt. Falls jemand hier mehr KnowHow besitzt und Lust hat, damit zu arbeiten, dann ist er immer Willkommen bei mir!


    Basis HW
    Seit dem Beginn im Jahre 2017 sind jetzt drei verschiedene Versionen des Moduls aufgebaut worden.
    Von links: Version1 , Version2 , Version3 (im Aufbau)
    IMG_20200309_122701.jpg

    Die Version1 läuft in kleiner Stückzahl und mit einer sehr einfachen SW seit 2 Jahren ohne Ausfälle.
    Die Version2 ist eigentlich nur ein Zwischenschritt auf Version3. Der größte Unterschied zur Version1 ist die Verwendung des 5V Reglers auf dem NCN5130.
    Auf die Version3 wurde das Layout von 2 Lagen auf 4 Lagen umgestellt/angepasst. Damit konnte das Routing und die Massepfade deutlich verbessert werden. Was in der Regel zu einem besseren EMV Verhalten führt. Dazu wurden noch zusätzliche „Ferrit Bead“ Komponenten in den KNX-Pfad eindesignt. Da der +5V Regler den CO2 Sensor + den 1-Wire Bus versorgen muss, wurde der +5V Ausgang für den 1-Wire Bus zusätzlich mit einer Diode bis 40V geschützt.


    Damit die HW ohne „gebastel“ in eine Hausinstallation aufgenommen werden kann, habe ich mich ziemlich schnell mit dem Berker Sensoreinsatz angefreundet, da dieser genau das liefert, was ich damals benötigt habe:
    • Einen Halter mit der die Platine in eine UP Dose verbaut werden kann
    • Ein System das in die bestehenden Schalterprogramme eingebunden werden kann
    • Ohne Werkzeug / „gebastel“ hergestellt/gekauft werden kann
    IMG_20200205_211543_2.jpg

    Er hat nur einen kleinen Nachteil:
    • Durch seinen mechanischen Aufbau, ist es nur begrenzt möglich, Signal über einen Stecker nach außen zu geben. Mit einem vertretbaren Aufwand konnte ich mit einem 2x4 Pinheader eine Verbindung nach außen herstellen.
    Zwischenstecker.png

    Um möglichst viele externe „Sensoren“ anschließen zu können, habe ich folgendes Pinout des Steckers definiert:


    Raum_Controller_Pinout_ZW_Stecker_Pinout.jpg

    Damit ist man in der Lage einen sehr großen Teil an Sensoren anzuschließen. Mit der zusätzlichen und unabhängigen +5V Versorgung ist man auch in der Lage, Sensoren mit hohem Stromverbrauch „auszulagern“. Das hat später den großen Vorteil, dass man diese Spannung im Fall eines KNX-Busspannungsabfall vom µC deaktivieren kann. Nur so war es ohne großen „Energiespeicher“ möglich, alle notwendigen Informationen im EEPROM zu sichern.
    Zuletzt geändert von Masifi; 12.03.2020, 15:11.

    #2
    Aktuelles System für das Raum-Sensormodul

    Anhand des oben beschriebenen Konzeptes ist der nun in der dritten Version bestehende KNX Raum-Sensormodul entstanden. Im Bild unten seht ihr die Sensoren die in der aktuellen Firmware unterstützt werden. Zur Firmware schaut euch bitte die schon bestehenden Threads an.

    Raum_Sensormodul_Übersicht.png

    *) Kleine Einschränkung hier im Bild fehlt noch die RGB-LED zur Statusanzeige. Der Baustein sitzt auf der Zwischenplatine und wird über I2C angesteuert.
    **) Dazu soll später noch eine Helligkeitsmessung über eine Photodiode mit Operationsverstärker erfolgen.


    Die bestehenden Firmware stände sind abwärts-kompatibel zu den HW-Varianten. Der volle Funktionsumfang wird nur mit der Version3 möglich sein. Genauere Informationen siehe Tabelle.
    Raum_Controller_Pinout_ZW_Stecker_Vergleichjpg.jpg




    Die verwendeten Sensoren und Bausteine können über diese I2C Adressen angesprochen werden:

    Raum_Controller_I2C_Addr.jpg
    Zuletzt geändert von Masifi; 09.03.2020, 17:49.

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      #3
      Firmware:

      hier sind alle vorhanden Firmware-Versionen aufgelistet:

      KONNEKTING:
      https://knx-user-forum.de/forum/proj...onewire-buzzer


      ETS (@mumpf):
      https://knx-user-forum.de/forum/%C3%...dul-von-masifi
      Zuletzt geändert von Masifi; 09.03.2020, 18:12.

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        #4
        Zwischenplatine / Bezugsquellen Sensoren

        Eine Übersicht ist hier zu finden:
        https://knx-user-forum.de/forum/proj...14#post1114114
        Zuletzt geändert von Masifi; 09.03.2020, 18:25.

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          #5
          Was wird alles benötigt:

          image_95213.png

          Das kommt von mir ----------------------------------------------------------------------------------------------------------
          1. Raum-Sensormodul:
          • Busankoppler on Board
          • SAMD on Board (mit USB Anbindung und bei Bedarf auch über JTAG/SWD)
          2. Zwischenplatine
          • Mit der jeweiligen Bestückung (kommt darauf an, welche Sensoren eingesetzt werden sollen)
          • Die Sensorplatinen sind hier nicht mit dabei.
          • Auf der Paltine sind der Buzzer und der RGB-Baustein für eine RGB-LED bestückt.

          Darum müsst ihr euch selber kümmern --------------------------------------------------------------------------------
          3. Sensor-Platinen
          • SHT3x
          • BME280
          • BME680
          • SCD30
          Bitte achtet darauf, dass es die richtigen Boards so wie auf den Bildern sind, denn nur diese passen später auf die Zwischenplatine und in den Berker-Sensoreinsatz.

          4. Berker-Sensoreinsatz + passende Zentralplatte

          Berker_Sensoreinsatz_Voltus.png

          https://www.voltus.de/?cl=details&anid=cab1c6621ab908812abe99168f8871d3& gclid=CjwKCAiAzJLzBRAZEiwAmZb0akt-yJg_DQgp_WbuIhxrFHw0pJJ4qVgDYJ3brdys_AELtH_3beNOFx oCypsQAvD_BwE


          Mehr eigentlich auch nicht J

          Zuletzt geändert von Masifi; 07.12.2020, 11:03.

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            #6
            Verfügbarkeit:

            Im Aufbau, einfach bei mir melden.


            Ich finde das immer etwas nervig, aber in der heutigen Zeit wohl leider notwendig:
            Hinweis:
            Alle Module werden ohne SW geliefert und wenn möglich müsstet ihr noch den Zwischenstecker selber löten (das geht mit jedem halbwegs vernünftigen Lötkolben ohne Probleme) -> damit ich keine funktionellen Systeme ausliefere und ihr für dieses System die Verantwortung selber trägt.
            Es handelt sich hier um ein DIY Produkt, das nach bestem Wissen und Gewissen dem Stand der heutigen Technik entspricht, daher tragt ihr die Verantwortung für einen dauerhaften Einsatz in eurem Eigenheim.
            Zuletzt geändert von Masifi; 07.12.2020, 11:03.

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              #7

              Wie unterscheide ich die bestehenden Versionen:

              Aktuell gibt es drei Versionen die mit den Firmware(n) unterstützt werden.

              Auf dem Bild seht hier an welcher Stelle ihr erkennen könnt, welche Version ihr erhalten habt.

              LEIDER: gibt es in der Version1 auch eine Variante die mit V2.0 bezeichnet ist. Ist das so wie auf dem Foto unten links der Fall, dann ist es für die Firmware trotzdem eine Version1. Eine Version2 ist es nur wenn die Platine wie im Bild unten (Mitte) aussieht und der Text V2.0 auch genau an dieser Stelle zu sehen ist.

              Für die meisten wird das hier kein Problem sein, da es nur sehr wenige Version1 und Version2 Platinen im Umlauf gibt!

              Versions_Übersicht.png
              Zuletzt geändert von Masifi; 12.03.2020, 14:10.

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                #8
                Dokumentation:
                • Wie wird das Sensormodul im Berker-Sensoreinsatz verbaut?
                • Wie wird die Zwischenplatine aufgebaut und mit dem Sensormodul verbunden?
                • Informationen zum Berker-Sensormodul (Zentralplatten, .. )
                • Allgemeine Hinweise und bekannte Probleme im Umgang mit dem Sensormodul
                Sensormodul HW Doku 1.8.pdf
                Angehängte Dateien
                Zuletzt geändert von Masifi; 21.05.2021, 21:01.

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                  #9
                  Eine Übersicht möglicher Varianten --> es gibt sicher noch ein paar mehr.

                  Varianten_Übersicht.jpg
                  Zuletzt geändert von Masifi; 09.09.2020, 18:36.

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                    #10
                    Hallo Matthias,
                    hast du eigentlich auch schon mit Radar-Bewegungsmeldern experimentiert? Ich denk mir nur grade so, den könnte man doch wunderbar in der Dose hinter dem Einsatz verbauen und der kann dann quasi "durch den SAMD21" nach vorn gucken.
                    Erste Suche ergaben den HD100 (einigermaßen definierte Erfassungscharakteristik) und den RCWL-0516 (billig aber undefinierte Erfassung).

                    Kommentar


                      #11
                      Hi Matthias,

                      kurzes Feedback zu Deiner Tabelle oben: Es steht 2 mal "Prog LED" drin, einmal am Pin D13 (korrekt) und einmal am Pin D3 (falsch). Da hängt der ADC dran (laut Schaubild drüber). Trotz unserer vielen technischen Diskussionen muss ich mich jetzt "outen": Was ist der ADC? Irgendwie ist der an mir vorbei gegangen...

                      Gruß, Waldemar

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                        #12
                        Zitat von mumpf Beitrag anzeigen
                        kurzes Feedback zu Deiner Tabelle oben: Es steht 2 mal "Prog LED" drin, einmal am Pin D13 (korrekt) und einmal am Pin D3 (falsch). Da hängt der ADC dran (laut Schaubild drüber)."
                        das ist schon richtig :-) die Info ging noch nicht bis zu dir. Es gibt die Möglichkeit den Pin D3 auf der Zwischenplatine als Prog_LED zu definieren. Dann sieht man die Prog-LED im verbauten Zustand.

                        InkedKNX_Sensoreinsatz_Zwischenplatine_LI_Prog.jpg

                        Zitat von mumpf Beitrag anzeigen
                        Trotz unserer vielen technischen Diskussionen muss ich mich jetzt "outen": Was ist der ADC? Irgendwie ist der an mir vorbei gegangen...
                        Das ist einfach ein freier ADC-Pin der auf die Zwischenplatine geführt wird, dort aber aktuell noch nicht verwendet wird. Es ist geplant diesen ADC-Pin später für die Raum-Helligkeitserkennung/Messung zu nutzen.

                        der ADC Pin kam erst in der Version2 (A4) und wurde wegen angepasstem Routing in Version3 (A5) geändert.

                        Raum_Controller_Pinout_ZW_Stecker_Pinout.jpg




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                          #13
                          mumpf ADC= Analog-Digital-Converter, falls das Deine Frage war...

                          Kommentar


                            #14
                            Zitat von Sonnengruesser Beitrag anzeigen
                            hast du eigentlich auch schon mit Radar-Bewegungsmeldern experimentiert?
                            Nein habe ich nicht und aktuell auch nicht geplant. Wo siehst du denn den großen Vorteil?
                            Habe nur mal einen normalen PIR Sensor mit LDR und BME680 aufgebaut der in eine 35mm UP Dose passt.

                            KNX_Präsenzmelder.png

                            Habe mir mal den Sensor des True Presence von Steinel angeschaut. Der ist aber sooo teuer >100€ das es sich aktuell nicht lohnt das nachzubauen.

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                              #15
                              Zitat von Masifi Beitrag anzeigen
                              Wo siehst du denn den großen Vorteil?
                              lässt sich optisch schön verstecken und ist grundsätzlich in der Erfassungsreichweite einstellbar. Man liest ja öfters auch von Anfragen, ob ein PIR auf max. 1m Reichweite reduziert werden kann für irgendwelche Treppen und ähnliche Einsatzzwecke. Ich hab auch einen PIR BWM, der nicht aktivieren soll wenn ich in 3m Entfernung vorbeilaufe, aber schon wenn ich drauf zu gehe (Planungsfehler am Gang).

                              Meine (kurze) Internetsuche hat nicht allzu viel brauchbares ergeben, deshalb die Frage.

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