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    >> WiSens One <<

    Hallo Zusammen,

    wie bereits angekündigt, möchte ich mein neuestes Projekt vorstellen:

    >> WiSens One <<

    Die Bezeichnung habe ich gewählt, da es sich um einen Wireless Sensor handelt, das "One" steht für den ersten Wurf, vielleicht kommen ja noch weitere Varianten

    P1030993 (Medium).JPG


    Warum das Ganze?

    Der WiSens kann überall da zum Einsatz kommen, wo man gerne Sensorwerte wie z.B. Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck, Helligkeit usw. erfassen möchte, dort aber kein (Bus-)Kabel und auch kein Stromkabel liegt (z.B. im Aussenbereich). Ursprünglich sollte WiSens ein Ersatz für die Temperatur/Luftfeuchte-Sensoren meiner Billig-Wetterstation werden, die mich immer wieder durch Ungenauigkeit und ausfallende Funkverbindung geärgert haben...ich habe dann aber recht schnell festgestellt, dass in dem ganzen Projekt viel mehr Potential steckt. Mit weiteren Überlegungen kommen dann auch immer mehr Wünsche auf: präzise Messtechnik, Batteriebetrieb mit möglicht langer Laufzeit, stabile und bidirektionale Funkverbindung, Einsatz im Innen- und Aussenbereich, einfacher und modularer Aufbau, einstellbares Sendeintervall, austauschbare Sensoren, VOC-Messung, Übertragung der Batteriespannung, günstig...und ich muss sagen, dass es nicht ganz einfach war, alles unter einen Hut zu bringen.

    Was kann WiSens One?

    WiSens One liest in einstellbaren Zyklen die Werte angeschlossener I²C-Sensoren ein und schickt die Werte mitsamt der aktuellen Batteriespannung über ein 2,4Ghz-Funkmodul an einen Empfänger zur weiteren Verarbeitung (da sitze ich aktuell dran, mehr dazu in den nächsten Tagen). Durch entsprechende Stromsparmaßnahmen (Sensoren und Funkmodul werden nur bei Bedarf zugeschaltet, µC wird schlafen gelegt, effiziente Spannungswandler) benötigt das ganze Modul im "Leerlauf" weniger als 100µA, damit sind Batterielaufzeiten bis zu 3 Jahren möglich (mit zwei Mignonzellen).

    Welche Aufbauoptionen gibt es?

    WiSens One kann entweder für Batteriebetrieb oder für Betrieb mit einem externen Netzteil aufgebaut werden. Alle Komponenten werden in herkömmlicher Durchstecktechnik gelötet (Ausnahme: DC-Buchse für Netzteilbetrieb) und kann damit leicht aufgebaut werden. Bei Batteriebetrieb kommt ein Step-Up-Wandler zum Einsatz, der auch bei abnehmender Batteriespannung stets konstante 3,3V Betriebsspannung erzeugt. Für Netzteilbetrieb kommt ein Step-Down-Wandler zum Einsatz, der aus 5-36V Eingangsspannung die notwendigen 3,3V Betriebsspannung erzeugt.

    Die Platine kann entweder in ein (günstiges) ABS-Kunststoffgehäuse für Inneneinsatz oder in ein hochwertiges, IP65-geschütztes und UV-stabilisiertes Polycarbonatgehäuse zum Ausseneinsatz eingebaut werden. Die Abmessungen und Aussparungen sowie Befestigungslöcher auf der Platine sind dazu vorgesehen.
    EDIT: Bin final auf ein weiß pulverbeschichtetes Alugehäuse umgestiegen.

    Welche Sensoren können direkt gesteckt werden?

    Auf dem PCB sind bereits Steckplätze zum direkten Anschluss von gängigen Sensormodulen vorhanden:
    - Bosch BME/BMP280 (Temperatur, Luftfeuchte, Luftdruck), Bosch BMP180 (Luftdruck)
    - Sensirion SHT31 (Temperatur, Luftfeuchte)
    - MAX44009 (Helligkeit)
    - AMS Core P/C (VOC) (nur bei Betrieb mit externem Netzteil)

    Was für Hardware ist verbaut?
    wird noch ergänzt (siehe auch untenstehende Bilder)

    Programmcode?
    wird noch ergänzt

    Kann ich Platinen haben?
    Bitte aktuell keine PN's, noch laufen erste Tests der Hardware. Programm ist auch noch in Arbeit.


    Soviel erstmal für heute, den Post hier ergänze ich bei Bedarf.

    Bilder sagen mehr als Worte, hier ist der Kleine:

    Folie1.PNG
    Folie2.PNG
    Folie3.PNG
    Folie4.PNG

    Zuletzt geändert von dreamy1; 21.10.2017, 17:45.
    Viele Grüße,
    Stefan

    DIY-Bastelprojekte: || >> Smelly One << || >> BURLI << ||

    #2
    Reserviert für Projektvorstellung
    Viele Grüße,
    Stefan

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      #3
      Ganz großes Kino - bin gespannt, welche Überraschungen noch auf der Empfängerseite stecken! Danke für alle Deine Arbeit!!!
      /tom

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        #4
        Hi Stefan,

        schönes Projekt!

        Mich interessiert natürlich der Funkteil, daher nochmals die Frage nach dem Funkprotokoll wg. Einbindung in andere Systeme.

        Eine Anmerkung zu deiner Antennenkonzeption: Das Gehäuse sollte vermutlich aus Metall sein (oder geschirmt), damit diese Masse als Gegengewicht (Massefläche) zum Antennenstab wirken kann. Stabantenne ohne entsprechend große Masse ist immer kritisch, weil die Antennenresonanz sich stark verschiebt. Müsste man in Datenblatt/Appnote der Antenne nochmals nachschauen, aber normalerweise ist es so mit Plastikgehäuse ungünstig.
        Zuletzt geändert von Gast; 22.01.2017, 16:19.

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          #5
          Hallo Volker und Tom,

          danke für die Rückmeldung! Es handelt sich um das bekannte NRF24L01+ von Nordic Semi, auf dem Atmega läuft dann einfach eine passende Arduino-Bibliothek (die macht dann auch die CRC und Wiederholung bei Übertragungsfehlern, man kann die Funkleistung und den Funkkanal einstellen etc.):

          http://tmrh20.github.io/RF24/
          https://github.com/TMRh20/RF24

          Zu der Antenne: aktuell ist (noch) kein Metallgehäuse geplant, in ähnlichen Applikationen kann man mit den Funkmodul auch ohne weitere Maßnahmen und sogar mit fliegender Verdrahtung mehrere hundert Meter überbrücken. Sicher könnte man das noch weiter optimieren, ich habe als erste Maßnahmen aber schonmal auf eine abgesetzte Antenne gesetzt und die Möglichkeit, den ggf. störenden Step-Up/Down zusätzlich zu schirmen ist auch schon auf der Platine vorgesehen. Die Platine selbst ist so designt, dass möglichst viele Masseflächen da sind und sogar die Converter sind upside-down montiert, um ggf. "strahlende" Bauteile weg von der Antenne zu richten. Ob das dann alles so funktioniert wie von mir ausgedacht, werden die Reichweitentests zeigen...ich werde auf jeden Fall berichten. Habe da aber aktuell wenig Bauchweh.

          Was möchtest Du denn auf Empfängerseite einbinden? Vielleicht kann ich das dann gleich integrieren, aktuell ist eine Anbindung an KNX und ggf. Ethernet in Planung...sitze schon an der nächsten Platine :-)
          Viele Grüße,
          Stefan

          DIY-Bastelprojekte: || >> Smelly One << || >> BURLI << ||

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            #6
            Hi Stefan,

            ich fände es eleganter, wenn das Funkmodul ohne dedizierten Empfänger auskäme und eines der gängigen Funkprotokolle spräche, etwa Bluetooth Low Energy oder Z-Wave oder EnOcean. Also sowas wie der Fibaro Universalsensor, den ich hier verwende für "wireless 1-wire".

            Aber für diejenigen, die bisher nur KNX und Ethernet nutzen ist deine Lösung natürlich optimal.

            Thema Antenne: Die abgesetzte Antenne und SMA-Stecker finde ich gut, da kann jeder "seine" Antennenidee umsetzen. War nur ein Hinweis, daß diese Stabantenne in Verbindung mit dem Plastikgehäuse so nicht gedacht ist und für optimale Funktion deutlich mehr Massefläche am Antennen-Fußpunkt sehen möchte. Besser als die PCB-integrierte Mäander auf einem deiner Beispielfotos wird's aber sicherlich auch so schon funktionieren ....

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              #7
              Ich habe das ganz bewusst einfach aufgebaut - und im Hinblick auf maximale Reichweite fallen da die meisten "gängigen" Funkstandards leider schon raus. Ich bin ehrlich gesagt aber auch kein Freund von Enocean&Co und bei 1-Wire fehlt mir einfach die Genauigkeit und Flexibilität bei den Sensoren. Inwieweit man sich bei Eigenbauten mit Enocean, Z-Wave & Co dann ggf. auch noch mit Lizenzen etc. beschäftigen muss, weiß ich nicht. Mir gefallen die NRF24L01 einfach :-)

              Vorteil meiner Lösung sehe ich auch darin, dass man mit dem entsprechenden und nur einmal notwendigen Empfänger (stelle ich bald vor) dann alle Werte der Sensoren gleich direkt auf dem Bus hat. Alternativ auch per LAN-Schnittstelle z.B. in den Homeserver, Edomi, Raspberry etc....und das Wichtigste: das Ganze ist so einfach aufgebaut, dass man das nach sehr kurzer Zeit vollumfänglich verstanden hat - inclusive Software (in meinem Fall ein Arduino-Sketch).
              Viele Grüße,
              Stefan

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                #8
                Zitat von dreamy1 Beitrag anzeigen
                Was möchtest Du denn auf Empfängerseite einbinden? Vielleicht kann ich das dann gleich integrieren, aktuell ist eine Anbindung an KNX und ggf. Ethernet in Planung...sitze schon an der nächsten Platine :-)
                Mangels KNX wäre zumindest bei mir Ethernet wünschenswert, da überall im Haus vorhanden. Hier kommt smarthomeNG zum Einsatz, bei anderen FHEM, bei wieder anderen openHab oder was selbstgestricktes.

                Bleibt also die Frage nach dem Protokoll, damit man das möglichst einheitlich in solche bestehenden Lösungen integrieren kann. 'Netzwerk' mit TCP und UDP sprechen die wohl alle. Notfalls geht natürlich auch was serielles, aber sowas ist meines Wissens heutzutage 'uncool' (wenn auch praktisch) ...

                /tom

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                  #9
                  Ethernet habe ich am Empfänger schon vorgesehen, ist also kein Problem. Was dann am RJ45 gesendet wird, kann man recht einfach implementieren - die Arduino-Familie hat den Vorteil einer riesigen Community. Im einfachsten Fall gibts eine fertige Bibliothek, dann muss man nur noch "sagen" was gesendet werden soll...der Rest geht dann schon fast automatisch....
                  Viele Grüße,
                  Stefan

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                    #10
                    Cool, danke.

                    Alternativ kann man sich auch überlegen, den NRF24L01 gleich auf die Pi zu tun. Entsprechende Libraries scheint es da gemäß Tante Google sogar in Python zu geben, z.B. sowas hier - das ist zumindest bei Einsatz von SmartHomeNG hilfreich. Ist wahrscheinlich sogar die eleganteste Lösung, wenn später sowieso alles auf dem Pi verarbeitet werden soll.

                    Habe ich richtig gelesen - der NRF24 unterstützt bis zu 6 simultane Verbindungen, oder gehen da auch mehr?

                    /tom

                    Nachtrag: Oder Du lässt Dich überreden, sowas in der Art hier auf der Sensorseite einzuplanen - dann ist es völlig egal, da die Geräte dann über IP/WLAN direkt adressierbar wären. Da scheint es sogar schon mal ein ähnliches Projekt gegeben zu haben: Klick.
                    Zuletzt geändert von Tom Bombadil; 22.01.2017, 23:47.

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                      #11
                      äußerst interessant! Klingt so, wie das Teil, das ich seit 5 Jahren suche!

                      2 Fragen dazu:

                      Wenn ich das Layout soweit deuten kann, geht die Stromversorgung nur ENTWEDER über Batterie ODER über Netzteil und muss schon beim Aufbau der Platine entschieden werden, richtig?

                      Wie ist das mit den Sensoren (insbesondere Luftfeuchtigkeit und Helligkeit im IP65 Gehäuse gedacht?


                      ....und versuchen Sie nicht erst anhand der Farbe der Stichflamme zu erkennen, was Sie falsch gemacht haben!

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                        #12
                        Genau, entweder Batterie oder externes Netzteil (wobei dieses eigentlich nur benötigt wird, wenn man den VOC benötigt - da ist der Batterieverbrauch einfach zu hoch). Je nach Vorauswahl wird dann die Platine bestückt.

                        Beim IP65-Gehäuse wird die Umgebungshelligkeit per Lichtleiter zum Sensor im Inneren geleitet (die Lichtleiter habe ich noch nicht da, sind aber schon unterwegs). Ebenso die Anzeige der LEDs ("Send", "Battery Low").

                        Der Luftfeuchte-/Temperatursensor ist ebenfalls geschützt im Inneren untergebracht und kann entweder direkt unter dem Deckel platziert werden (kurze Ansprechzeit*) oder man lässt diesen einfach am bereits vorgesehenen Steckplatz (höhere Ansprechzeit*). Das "Atmen" der Umgebungsluft übernimmt eine PTFE-Filtermembran, die sowohl staub- als auch wasserdicht ist.

                        *): Die Ansprechzeit hängt vom "Totvolumen" im Gehäuseinneren bzw. am Sensor ab, welches sich mit der Umgebungsluft vermischt. In den Application Notes der Sensoren wird empfohlen, für eine möglichst kurze Ansprechzeit den Sensor z.B. mit einem O-Ring direkt an die Innenseite des Gehäusedeckels anzubringen, dort gibt es dann eine kleine Belüftungsöffnung. Diese wird dann entweder mit der o.g. Filtermembran verschlossen oder für den SHT31 gibt's dazu sogar eine fertige Filterkappe (die passt aber leider nur auf spezielle Platinen, die dafür designt sein müssen). Am Ende ist wirklich alles wasser- und staubgeschützt untergebracht, so dass man zusammen mit dem UV-stabilisierten Polycarbonatgehäuse einen "echten" Aussensensor hat, der diesen Namen auch verdient (kein Vergilben des Gehäuses, Edelstahlschrauben zur Deckelbefestigung etc.).

                        Ich mache die nächsten Tage noch ein paar Bilder, wie das dann alles fertig aussieht. Ich habe mir dazu viele Gedanken gemacht, damit am Ende alles perfekt funktioniert.
                        Zuletzt geändert von dreamy1; 23.01.2017, 10:56.
                        Viele Grüße,
                        Stefan

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                          #13
                          Zitat von Tom Bombadil Beitrag anzeigen
                          Cool, danke.

                          Alternativ kann man sich auch überlegen, den NRF24L01 gleich auf die Pi zu tun. Entsprechende Libraries scheint es da gemäß Tante Google sogar in Python zu geben, z.B. sowas hier - das ist zumindest bei Einsatz von SmartHomeNG hilfreich. Ist wahrscheinlich sogar die eleganteste Lösung, wenn später sowieso alles auf dem Pi verarbeitet werden soll.

                          Habe ich richtig gelesen - der NRF24 unterstützt bis zu 6 simultane Verbindungen, oder gehen da auch mehr?

                          /tom

                          Nachtrag: Oder Du lässt Dich überreden, sowas in der Art hier auf der Sensorseite einzuplanen - dann ist es völlig egal, da die Geräte dann über IP/WLAN direkt adressierbar wären. Da scheint es sogar schon mal ein ähnliches Projekt gegeben zu haben: Klick.
                          Der NRF24 kann als Empfänger out-of-the-box 6 Sender "bedienen", es gehen aber auch mehr. Auch für den RPi gibts fertige Anleitungen.

                          Der ESP8266 ist aufgrund der extrem hohen Stromaufnahme nicht für Batteriebetrieb geeignet und deshalb recht schnell wieder aus dem Kreis der Funkkandidaten gefallen :-(
                          Viele Grüße,
                          Stefan

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                            #14
                            Das ist ja echt interessante Entwicklung. Ich habe in die ähnliche Richtung gedacht, aber mit ESP8266 und MQTT

                            Falls jemanden interessiert, kann ich auch vorstellen.
                            Zuletzt geändert von Eugenius; 23.01.2017, 18:26.

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                              #15
                              Du Threadkaperer :-)

                              Kannst Du das bitte separat vorstellen, sonst blickt da bald keiner mehr durch :-)
                              Viele Grüße,
                              Stefan

                              DIY-Bastelprojekte: || >> Smelly One << || >> BURLI << ||

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