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Impulsgeber für den Wasserzähler selbst gebaut

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Impulsgeber für den Wasserzähler selbst gebaut
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Warum ein Impulsgeber für den Wasserzähler so schwierig ist!

Im Rahmen der Hausautomation ist die Information über die aktuellen Verbräuche von Strom,Gas und Wasser relativ wichtig, weil diese  Signale für verschiedenste Steuerungs- und Regelmechanismen notwendig sind. Zwar gibt es heute bereits schon entsprechende Zähler mit Impulsausgängen, aber vielfach sind noch alte Geräte eingebaut, die nur mehr oder weniger aufwendig mit geeigneten Impulsgebern ausgerüstet werden können.
Bei den Stromzählern kann man mit Reflex-Lichtschranken die rote Markierung auf der Drehscheibe abtasten und als Impulssignal weiter berarbeiten. Entsprechende Fertiggeräte gibt es bereits für diese Aufgabe und im Internet kursieren auch viele Bauanleitungen zum Selbstbau.
Bei den Gaszählern ist oft schon ein Magnet im Zählwerk vorhanden, der mit einem Reedschalter als Impulsgeber sehr einfach „digitalisiert“ werden kann.
Problematisch ist die Nachrüstung der Wasserzähler, da in der Wasseruhr die Zeiger sehr klein sind und auch die Zahnscheibe eine äußerst kleine Verzahnung hat, die mit Reflexions-Lichtschranken ohne spezielle Optik kaum zu detektieren sind.
Ich habe dazu verschiedene Versuche mit einer Infrarot Reflexions-Lichtschranke gemacht, wie sie u.a. für Stromzähler verwendet werden. Diese Sensoren werden im Internet für wenige Euros als sog. Breakouts (das sind kleine Platinen) verkauft. Das Ergebnis der Versuche mit diesen Sensoren war immer, daß die Justage extrem empfindlich und eigentlich kein reproduzierbar stabiles Impulssignal erreichbar ist.
Weitere Tests mit preiswerten Lasermodulen ergaben zwar deutlich bessere Ergebnisse, aber die Laserdioden haben meist nicht lange im Dauerbetrieb gehalten! Nach dem gleichen Prinzip arbeiten professionelle Laser-Reflexionssensoren wie der  SunX EX-26B, mit dem lt. einem Internetbeitrag wohl eine Abtastung des Wasserzählers möglich sein soll.

Wenn man die  zu dem Thema veröffentlichten Artikel zusammenfaßt, dann ist die Nachrüstung des Wasserzählers offensichtlich ein relativ schwieriges Problem. Und ich kann nach den eigenen Versuchen dies nur bestätigen!

(M)ein Lösungsansatz

Geht man wieder zurück zu der Lösung, die einem normalerweise bei dieser Meßaufgabe einfällt, dann ist man wieder wieder bei der  Infrarot-Reflexions-Lichtschranke. Die hat aber beim Wasserzähler bisher nicht richtig funktioniert, weil zu kleine Zeiger  usw. zu einem zu kleinen Nutzsignal führten.

Also was kann man tun, um das Nutzsignal zu verbessern ?
1. Man kann die Fotodiode besser fokussieren entweder mit einer Optik ( zu aufwendig!) oder mit einer Lochblende.
Ich habe dafür ein längeres Röhrchen gewählt, in das die Fotodiode eingeklebt ist.
2. Man kann die roten Zeiger mit einem Licht bestrahlen, was die Komplementärfarbe hat. Bei rot wäre das grünes Licht, was mit einer entsprechenden LED einfach darstellbar ist.

Erste Versuche mit dem grünen Licht anstelle dem infrarotem Licht waren erstaunlich besser. Die Zeiger sind mit der grünen Beleuchtung fast schwarz gegenüber dem weißen Hintergrund und haben offensichtlich einen viel besseren Kontrast. Deshalb wurde auf Basis dieser beiden Ansätze der folgende Impulsgeber  konzipiert. Hier das Kochrezept zum Nachbau:

Die elektronische Hardware

Man besorgt sich eine sog. Infrarot Reflexions-Lichtschranke. Anbieter findet man u.a. bei ebay mit den Stichworten “ TCRT5000 reflective module“. Dieses Modul hat eine Infrarot LED und eine Infrarot Photodiode, die wir für unseren Einsatz entfernen müssen. Man kann sie auslöten oder einfach mit einem Seitenschneider wegklipsen. Zur besseren Signalverarbeitung müssen wir noch einen 10kOhm SMD-Widerstand  ablöten oder wegschneiden. Im folgenden Bild sind die Änderungen erkennbar:

wasser_1

Dann brauchen wir noch eine grüne 3mm-LED und einen Phototransistor vom Typ Osram „SFH 309-5“ und verschalten das ganze entsprechend dem Schaltplan im oberen Bild.

Übrigens den Schaltplan zum Modul findet man aktuell hier:
http://www.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fg04.s.alicdn.com%2Fkf%2FHT1fT8kFGpbXXagOFbXP%2F220671527%2FHT1fT8kFGpbXXagOFbXP.jpg&imgrefurl=http%3A%2F%2Fwww.alibaba.com%2Fproduct-detail%2FTCRT5000-IR-Barrier-Line-Track-sensor_1800749503.html&h=586&w=750&tbnid=BdcAZhuLe2NkWM%3A&zoom=1&docid=zZ3LYeDVN9vQ8M&ei=nObpVNuOMImiygOY14HoBg&tbm=isch&iact=rc&uact=3&dur=4230&page=3&start=112&ndsp=62&ved=0CH4QrQMwKDhk

 

Die Mechanik

Die mechanische „Verpackung“ der grünen LED und des Phototransistors ist im folgenden Bild erklärt. Für die Aufnahme des Phototransistors habe ich ein 40mm langes Messingröhrchen mit Durchmesser 6mm (Baumarkt) verwendet, das zusmmen mit der seitlich angeordneten grünen Led in eine 17er-Mutter mit Sekundenkleber eingeklebt wird. Ggf. muß das Gewinde mit einem 10er-Bohrer aufgebohrt werden. LED und Phototransistor werden entsprechend dem Schaltplan verlötet und die Leitungen mit Schrumpfschluch o.ä. isoliert. Das folgende Bild sagt mehr als viele Worte.

wasser_2

Dann probiert man den Impulsgeber aus, um die richtige Position zu finden. Ich verwende für die Abtastung den Zeiger für die Literanzeige, d.h. eine Umdrehung entsprechen ein Liter Wasser. Man muß nun die richtige Position finden, indem man mit einem Voltmeter die Spannung am Phototransistor mißt. Das schon eine etwas diffizile Arbeit, um die richtige Position mit dem größten Spannungshub pro Umdrehung zu finden. Bei mir ist der Spannungshub etwa 0.15V bei einer mittleren Spannung von etwa 2,7 V (diese Spannung hängt von der Beleuchtungsstärke und vom Phototransistor ab!) .Aber die mittlere Spannung sollte etwa zwischen 1,5 u 3,5V liegen. In dieser Position kann nun der Impulsverstärker auf dem Breakout mit dem Trimmpotentiometer so eingestellt werden, daß die grüne LED auf dem Breakout an ist und nur wenn der Zeiger am Sensor vorbeigeht für kurze Zeit aus geht.

Jetzt muß der Sensor im Schauglas der wasseruhr so fixiert werden, daß  zuverlässig und haltbar die Meßposition eingehalten wird. Man kann den Sensor einkleben, aber das könnte Probleme mit dem Wasserwerk geben. Ich habe mit einfachen Mitteln einen schweren Einsatz gebaut: Dazu wurde die Sensormutter im Schauglas mit einer Reihe von anderen Mittern zusammen geklebt, so daß der Mutterverbund spielfrei im Schauglas sitzt. Vorher habe ich das Schauglas mit Küchenfolie abgedeckt, damit der Kleber nicht am Glas haftete.  Nachdem alles stabil ausgehärtet ist, wird der Mutternverbund mit 2-Komponenten-Kleber vergossen, so daß eine stabile und schwere Scheibe entsteht.

Wasserzaehler6

Diese Scheibe bekommt noch eine Markierung, daß man sie zum Ablesen der Wasseruhr einfach entnehmen kann und daß beim Wiedereinsetzen die Meßposition sicher eingestellt ist. Das sieht zwar recht bastelmäßig aus, aber die Funktion ist gut und nicht jeder hat eine Drehbank, um sich ggf. eine schwere Metallscheibe als Aufsatz bzw. Einsatz zu basteln.

That´s it!

Viel Erfolg beim Nachbau
… und bei der Justage nie die Geduld verlieren, weil das schon etwas Fingerspitzengefühl verlangt 😉

Haftungs- und Sicherheitshinweise

Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen  eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!!

Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüberhinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich.

Ich verweise hier unbedingt auf  die  „Sicherheitshinweise und Haftungsausschluss„-Seite dieses Blogs. Auch die notwendigen Eingriffe in das Wasser- und Heizungssystem dürfen nur von ausgebildeten Fachpersonal durchgeführt werden. Es sind die geltenden Sicherheitsvorschriften und dieDVGW-Richtlinien einzuhalten.

 

Fähigkeiten

Gepostet am

21. Februar 2015

30 Kommentare

  1. Vielen Dank für deine ausführliche Anleitung.

    Ich habe mir ähnliches für meinen Stromzähler auf Basis eines ESP 12-E, einer blauen LED und einem Fotowiderstand gebaut. Somit lasse ich mir jede Umdrehung per MQTT an meine OpenHab zentrale senden und kann somit den Stromverbrauch aufzeichnen.
    Was mir bei deiner Anleitung auffällt, dass du eine grüne LED verbaut hast. Ich habe zuvor Versuche mit verschiedenen LEDs gemacht und dabei festgestellt, dass ich bei blauem Licht auf roten Flächen den größten Helligkeitsunterschied messen kann. Hierzu auch ein Link: http://www.vision-doctor.com/farbiges-licht-farbige-koerper.html

  2. … ziemlich am oberen Ende des Messingröhrchens, damit wenig Störlicht empfangen wird.

  3. Ich versuche schon lange, das Problem zu lösen. Mit Optik und allem möglichen. Jetzt werde ich dieses versuchen. Das entscheidende sind wohl die Komplementärfarben grün/rot. Darauf muss man erst mal kommen. Was mir noch nicht ganz klar ist, ist der Ort der Phototransistors. Am unteren oder oberen Ende des Messingröhrchens ?
    Vielen Dank für den Vorschlag und Gruss
    günni

  4. Hallo Danke für die Antwort.
    Habe das ganze heute Verlötet.
    Leider komme ich nicht zu deinem ergebnis…
    Habe auf der SFH bei lich 4,6V und bei „Dunkel“ 4,5V….
    Komme aber nicht auf die von die vorgeschlagenen 1,5 u 3,5V.
    Eine Idee was ich machen könnte..
    Auch das mit dem Poti bekomme ich nicht hin. Bei mir geht es Nie aus..
    Danke

  5. …extra verlöten!

  6. Kurze Frage… Mir ist das mit den Widerständen nicht ganz klar (wie am Schaltplan).
    Muss ich da nach extra verlöten oder sind die auf dem Board drauf?
    Danke
    Raphael

  7. Hi,
    Wie zuverlässig ist das System?

    Läuft alles immer noch wie am ersten Tag.
    Möchte diese Schaltung gerne einsetzen.

    Liebe Grüße

  8. Eine Frage habe ich dazu. Ich habe 4 Wasseruhren. Kaltwasser und Warmwasser jeweils in Bad und Küche. Wie bringe ich die CCU2 dazu, den Verbrauch zu erfassen? Steckdosen sind weder in Küche noch im Bad in der Nähe der Wasserzähler. Batteriebetrieb wäre da ganz toll.
    Gruß, Mathias

  9. … ja die Wasseruhr abzulesen ist eine diffizile Aufgabe. Mit besseren Reflexlichtschranken mit kleinerem Messfeld wäre das eigentlich kein Problem. Aber dann benötigt man eine geeignete Optik.

  10. Vielen Dank für die Anleitung.
    Zuerst habe ich es auch nur mit der Lichtschranke versucht. Damit bin ich aber kläglich gescheitert.
    Die Bauteile bei ebay bestellt und den Sensor nach der Beschreibung umgebaut. Es ist immer noch fissel-arbeit, aber es funktioniert.
    Heute habe ich noch eine bessere Befestigung gebaut.
    Die Software ist mit Arduino und Mysensors gelöst. Die Zukunft wird zeigen ob und wie weit die Auswertung und Zähler auseinander driften.

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