Opensource Wettersensor (Werdegang)

spicer

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Arbeite aktuell an einem Wettersensor, welcher die Daten per Wlan sendet.
Alles fertig gekaufte ist für eigene Projekte nicht geeignet, da Rolling-Code.
Störte mich schon lange daran, dass es nichts offenes gibt.
Hänge mal einfach alles an, was ich momentan habe.
Heute wurde das haupt-PCB fertig und läuft soweit ^^Es soll über Akkus und Solar laufen.
Der MC ist ein ESP8266 nodeMCU.
Gemessen werden: Wind, Regen, Licht, Temperatur (und Temp bei der CPU), Luftfeuchtigkeit und Luftdruck

Der ganze Aufwand um den ESP herum ist: Da Energie gespart werden muss (Solar) wird der ESP alle 10min für 60sek eingeschaltet.
Da aber bei auffrischendem Wind das Steuerprogramm die Rollos einziehen können sollte, wird der ESP mit meiner Schaltung sofort aufgeweckt. Die Schaltschwelle kann mit dem Trimmpoti eingestellt werden.
Das hier eingesetzte Anemometer liefert 0.4V bis 2V. Speisung 7V-24V. Gekauft bei digikey.


Darum habe ich einen Opamp als Smitt-Trigger eingebaut. Dieser steuert eine Monostabile Kippstufe an (NAND-Tors), welche den RST Impuls nur einmalig in einer definierten Länge auftreten lässt.
Zudem wird der RST vermieden, wenn der ESP bereits läuft (GPIO13).


Bei direkter Einspeisung mit Netzteil ist das alles natürlich nicht nötig.
Die 3.3V und 12V Speisungen (Power für Sensoren) werden per GPIO14 gesteuert. Die Jumper auf dem PCB erlauben, diese über die Steuerung zuschalten oder dauernd eingeschaltet zu lassen.

Achtung: Nicht alle ESPs laufen. Dh, der Wakeup aus dem Deepsleep funzt nur bei den V2 Boards. (zumindest bei mir)
Der in der Schweiz gekaufte V3 geht nicht. Der V2 von Banggood hingegen schon.


Wenn dann die Hardware fertig montiert ist, geht's an die Konfiguration des ioBrokers.
Momentanes Problem ist hier gepostet: ioBroker MQTT one value not submitted - Let's Control It
Ist darum auch im Beta Bereich gepostet.
Auch hab ich keinerlei Erfahrung mit Solar.
Darum steht das ganze Zeug jetzt ein paar Wochen in meiner Küche und das Panel aussen an der Sonne....LOL
Das Solar-Modul ist aus China 12V max 250mA.

Gehe auf 2 in Serie geschaltete Panasonic Li-Ion Akkus (NCR18650B) mit Schutzelektronik. Zwar so nur 7.4V (max 8.4V) Ladespannung, aber der Ladestrom des Panels wird zu klein sein, um die zu überfordern (siehe ergänzend den nächsten Post!).
Die integrierte Schutzelektronik verhindert eine Überladung bzw Tiefentladung.


Die Datenübertragung vom nebenPCB (ADS1115) zum hauptPCB erfolgt per I2C. Habe das getestet und läuft problemlos bis 2m mit einem guten LAN-Kabel (Cat6 oder höher).

Den ganzen Werdegang zu dokumentieren würde hier den Rahmen sprengen.
Bei Nachbauinteresse o.ä. einfach bei mir melden.
Kann alle Erkenntnisse dazu liefern ^^


Edit:
Nach ein paar Stunden Betrieb übernahm er plötzlich auch die Daten vom DHT22.
Wissen die Götter warum.


Die rules:
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Musste heute feststellen, dass ein Solarpanel wie ich es habe nicht ausreicht.
Die Akkus gingen langsam nieder.
Werde jetzt 4 Stück davon nehmen und diese parallel zusammen hängen.
Um eventuelle zu hohe Spannungen zu vermeiden, habe ich zusätzlich eine 9.1V Zener-Diode parallel geschaltet (anstelle des Stepdown Converters am Anfang ..... das hat sich nicht bewährt).
Habe dazu ein kleines PCB gezeichnet, welches in einen gleichen Kasten passt wie schon verwendet.


Habe diese Panels: https://de.aliexpress.com/item/32873844928.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.434e4c4dpxlye0
12V 250mA
Stepdown diese: https://de.aliexpress.com/item/32721507753.html?spm=a2g0s.9042311.0.0.27424c4dJ0Q6j9
Kleine Kästen: https://de.aliexpress.com/item/3286...chweb0_0,searchweb201602_4,searchweb201603_53
Es hat sich herausgestellt, dass der Deckel des grossen Kastens https://www.bastelgarage.ch/kunststoffgehause-gehause-ip66-transparent-l?search=420017 das Wlan Signal sehr stark dämpft. Da gibt's vllt etwas gescheiteres.
 

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Habe heute den Schaltplan noch angepasst (T3001 Datei ist aktuell).
Heute Nachmittag funzte plötzlich immer weniger.
Stellte nach längerem suchen fest, dass es mir den CD4011BE gelupft hat.
Ein kleines Detail im Schaltplan.
Hatte keinen Widerstand zwischen NAND-Gatter Ausgang und RST Eingang am ESP drin.
Bei betätigen des Reset-Tasters am nodeMCU geschieht so ein Kurzschluss.
Hab's nun behoben mit einem 1k Widerstand dazwischen.
So wird der Reset immer noch ausgeführt und es fliessen weniger als 3.3mA durch's Gatter, wenn man Reset drückt.
 

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Rückschlag:
Der Reboot des ESP endet oft bei einem schnellen blinken der LED auf dem nodeMCU.
Dachte zuerst, es wäre eine schlechte Lötstelle, weil wenn ich auf den Opamp IC drückte, es dann bootete.
Auch kam es nur in der Nacht zustande (tiefere Temp).
Nach mehreren Tests muss ich aber sagen: Weiss im Moment nicht weiter. Ich habe momentan keinen Plan.
Habe auf die "alte" Version mit funzendem Modemsleep zurück gegriffen.
Siehe dazu: "haupt_pcb_deepsleep_SCH.PDF" im ersten Post.


Ein weiters Problem hat sich aus meinem Layout ergeben.
Musste eine Schraubklemmenleiste auslöten, um dem ESP den USB einstecken zu können :(


Wenigstens hat sich der "Einbau" eines 2mm Plexiglases in den Deckel des Hauptkastens als gut erwiesen.
Dämpft doch tatsächlich der Kunststoff dieses Deckels das Wlan Signal, obschon der nicht warm wurde in der Mikrowelle.
Im Anhang das kreisrunde Plexi im Deckel.


Vllt sieht jemand, wo ich einen Fehler gemacht habe.
Wie gesagt: Das ganze Theater nur, um Energie zu sparen (Solar).
Sonst wäre alles ganz einfach ^^
Die laufende bin mit WifiMan ist angehängt (für meinen 4MB ESP).


Meine Rules für die WifiMan (Modemsleep) Variante sieht so aus:


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Habe gestern einen Wlan Repeater installiert.
Seit dem funktioniert die Wlan Verbindung stabil.

Anbei noch ein verbessertes Layout. Vorallem die Anschlussklemmen sind praktischer angebracht.Auch habe ich die Lötpunkte bei den Schraubklemmen vergrössert. ...beim Anziehn der Klemmen sind oft die zukleinen Lötstellen gebrochen.


Nächster Part ist die Halterung für die 4 China-Solarpanels.
Mit den 4 Panels sollte ein dauernder Akkubetrieb möglich sein. Das kann ich aber erst nächsten Frühling bestätigen ^^
 

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Ich glaube, dem "nur blinken" beim Boot des ESP langsam auf die Schliche zu kommen.
Der OPAmp LM324 ist komplett ungeeignet.
Kein R2R und auch die Speisespannung passt nicht.
Im Mikrocontroller-Board sind viele nützliche Antworten gekommen.

Der gibt mir am Schmitt-Trigger Ausgang nur 1.9V bei High.
Der NAND des CD4011BE erkennt H aber erst ab 2.3V (bei 3.3V Vdd).
Habe mir nun LMC6484 bestellt.
Werde dann berichten.

Edit:
Habe mal die angepasste asc angehängt (mit LMC6482) und auch die aktuelle T3001. Da sind nun auch Steckklemmen drauf und nicht die Schraubklemmen, welche mir die Lötstellen verkackten bei mehrmaligen lösen/anziehen.
Zumindest die Simulation sieht schon viel besser aus als mit dem LM324.
Mit den LMC6484 funktioniert es nun.
 

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Neuste Platine. Diese steuert zusätzlich den ENABLE des ESP an, wenn die Akku-Spannung zu tief wird.
Inkl. Hysterese.
Auch wird dann der 12V_direkt abgeschaltet.
So haben die Solarpanels die grössere Change, die total entladenen Akkus wieder aufzuladen.
Hoffe so, das Bootproblem (nach Akku entladung) in den Griff zu bekommen.
Der ADC (A0) wird nun auch benutzt, um die Batteriespannung auszulesen und an den ioBroker zusenden.
Ein Fehler hatte sich auch noch eingeschlichen. Hatte einen RSV auf Masse. Dieser ist ein System interner Pin und darf nicht beschaltet werden.
Darum lief der ADC zuerst nicht.


Aktueller Schaltplan ist auch im Anhang.
Berichte dann, wenn ich das alles getestet habe.
 

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Langsam ist alles perfekt.
Ich geb nun das PCB in Auftrag.
Zum Glück hab ich heute den enable nochmal getestet.
Es stellte sich heraus, dass der Tx am UART (über 1k) ein Problem verursachte.
Der darf nicht gegen GND gezogen werden beim Boot. Scheinbar macht das der unbenutzte UART. Ein 2k2 behob das Problem.
Nun sollte alles korrekt sein.

Mind Bestellmenge ist 5.
Hab dann 4 Stk zu verschenken.
Ansonsten funzt das ganze perfekt.
Die Akkus halten 10 Tage, wenn dauernd Nacht ist ^^


Arbeite jetzt am ioBroker weiter.
Die Daten sollen für Jedermann abrufbar sein.
Da ist der Knackpunkt momentan der Port. Wenn der offen ist, kann jeder auch auf den ioBroker zugreiffen.
 

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Hier das finale PCB.
 

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Habe 4 Solarpanels (12V 250mA 145x145mm) in Parallelschaltung zum laden angeschlossen.
Um die Spannung zu begrenzen, habe ich zusätzlich noch die hier angehängte Platine entworfen.
Diese und die im Post #9 illustrierten Platinen/Schaltungen sind geprüft und in Betrieb. Funktionieren also ^^


Edit:
Das mit dem Mos-FET hat nicht so geklappt.
Habe nun eine 9.1V 12.5W Zener-Diode direkt zwischen + und - an den Solarpanels reingeschaltet. Zusätzlich noch ein 0.66 Ohm 6W Widerstand in Serie zur Zener, um den Strom ein wenig zu begrenzen.
Ohne diesen Widerstand funktionierte es in den letzten Wochen problemlos. Aber im Sommer, wenn die Sonne runterbrennt, könnte ich mir vorstellen, dass ohne sonst die Zener-Temperatur zuviel wird.
Ich denke, dass auch ein 1-2 Ohm Widerstand seinen Dienst tut. Einfach auf die Watt-Zahl achten, sonst fängt's an zu stinken ^^
Siehe dazu die Bilder "solar_U_begrenzung" im Anhang.
 

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Info: Hatte bei starkem Wind manchmal das Problem, dass der ESP gar nicht mehr aufgeweckt wurde.
Habe jetzt mal den CD4011BE durch einen CD4093BE (NANDs mit Schmitt-Trigger) ersetzt.
Zudem habe ich nun noch zusätzlich 300ms vor dem Deepsleep ein GPIO13 = 1 eingebaut. Dies sagt der Aufweckelektronik, dass das ESP ausgeschaltet ist.
Bis jetzt sieht es gut aus. Jetzt heisst es wieder abwarten, bis starker Wind aufkommt.

Die Rules sehn nun so aus:

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Da das ESP unerklärlicherweise manchmal die Wlan Verbindung verliert (aber noch läuft) habe ich die Rules im ESP angepasst.
Die sehn nun so aus:
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spicer

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Der Spannungsteiler mit den Fotowiderständen erwies sich als luftfeuchtigkeitssensibel.
Habe darum ein BH1750 im Neben-PCB eingesetzt.
 

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Der BH1750 erwies sich als noch unzuverlässiger.
Habe dann einen TSL2561 eingesetzt. Dieser hat aber mit max 40kLux eine zu kleine Range. Bei voller Sonneneinstrahlung geht dieser auf 0 Lux runter.
Werde nun wieder analog versuchen, aber diesmal mit einem Fototransistor (BPW96C).
 

chrisko

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Hier mal der Link auf mein ähnliches Projekt welches bei mir im Garten steht. Bzw. bald wieder stehen sollte. Ich muss jetzt leider das Gehäuse nochmals überarbeiten und musste auch das Batterien Schutz Board austauschen, da defekt. Über den BH1750 kann ich bisher noch nichts negatives berichten, der läuft schon bald 2 Jahre ohne Zwischenfall :) ...

Weatherstation - Wetterstation Aussen by christi_ko

Das Projekt war der Grund warum ich mir einen 3D Drucker zugelegt habe ;)
 

spicer

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Hatte mich auch mal nach nem 3D Drucker umgeschaut, um mechanische Teile herzustellen.
Je mehr ich allerdings sah, je mehr bin ich davon abgekommen.
Wenn ich das Teil nur 1-2x pro Jahr benutze, komm ich da nie so richtig rein und dann auch, wo das Teil hinstellen.
Hab mich dann entschieden, "nur" beim fräsen zu bleiben. Damit lassen sich ja auch Kunststoffteile herstellen (siehe Arcade Bartop im Selbstbau ).
 

chrisko

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Ja, das kann ich absolut verstehen, war für mich auch ein schwerer Schritt. Aber ich muss sagen, dass ich mich immernoch sehr über meinen Drucker freue, ein tolles Bastel Projekt :) und ich finde ständig neue Dinge dich ich damit drucken kann. Wenn man ihn erst mal hat, dann finden sich die Anwendungsgebiete schon ;). Der 3 Drucker ist aus meiner Sicht toll für irgendwelche Gehäuse etc. um mal was für irgendwelche Halter / Kleien Gehäuse etc. zu drucken.
Bezüglich Platz ging's / geht's mit der Fräse sehr ähnlich. Der 3D Drucker steht hier neben mir auf dem Schreibtisch aber für eine Fräse wäre der Platz aktuell auch schwierig bzw. ich habe aktuell nicht die Anwendungsfälle dafür. Selbst wenn ich DXF2GCODE geschrieben hab ...

Ist aus meiner Sicht beides ein schönes Hobby und solange man Spaß dabei hat ist alles gut.
 

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