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Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konventionelle Stromzähler

Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konventionelle Stromzähler
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Vorwort

Die Messung des Energieverbrauches(kWh)  und insbesondere der aktuellen Anschlussleistung(kW) ist für die Hausautomation von großem Vorteil, weil man damit insbesondere aus der Ferne einfach feststellen kann, ob auch alle Verbraucher abgeschaltet sind oder ob ein eingeschaltetes Gerät auch normal funktioniert und die erwartete Leistung verbraucht. Dazu kommt, daß man beispielsweise mit der Homematic in Verbindung mit einem Datenaufzeichnungsprogramm wie dem Historian auch Langzeitaufzeichnungen des Energieverbrauches machen kann, die für eine Optimierung des häuslichen Energieverbrauches sehr hilfreich sind.

Messprinzip

Auch für die Homematic gibt es bereits Impulsgeber, die aber nur in Verbindung mit einem speziellen Auswertegerät funktionieren. Hier wurde ein neuer Impulsgeber entwickelt, der eigenständig die rote Markierung auf der sog- Ferraris-Scheibe im Stromzähler erkennt und entsprechende Impulse über eine galvanisch getrennte S0-Schnittstelle ausgibt. Das hat den Vorteil, daß man universell für viele marktgängige Impuls-Auswertegeräte ein standardisiertes Impulssignal hat. So kann man aus dem eigenen konventionellen „alten“ Stromzähler mit Ferraris-Scheibe einen modernen Stromzähler mit S0-Impulsausgang machen. Das Messprinzip ist einfach: Die rote Markierung auf der Ferraris-Scheibe wird mittels optischem Reflexgeber erkannt und entsprechend ein Impulsausgang ein bzw. ausgeschaltet. Die Weiterverarbeitung und Zählung der Impulse erfolgt mit dem Impulszähler der eigenen Wahl. Ich verwende hiefür denin nächster Zeit verfügbaren WIFFI-logger, der insgesamt 3 Impulszählereingänge hat und so nicht nur den Hausstrom  sondern auch Solarstrom  und Gasenergie erfassen kann. Darüberhinaus wird aus dem Zeitabstand der Impulse die aktuelle Leistung in Watt errechnet und angezeigt.

Der Impulsgeber

Die Schaltung des Impulsgebers ist auf einer kleinen Platine realisiert, die mit einem hierfür speziell konstruierten Kunststoffgehäuse im 3D-Druck sehr einfach auf der Glasscheibe des Stromzählers positioniert und dort eingestellt werden kann. Mit einem Trimmpoti wird die Helligkeit der verwendeten IR-LED so justiert,  daß die Reflexlichtschranke unabhängig vom verwendeten Stromzähler immer im gleichen Helligkeits-Arbeitspunkt arbeitet. Das führt zu guter elektrischer Reproduzierbarkeit. Die Auswertung der Impulse erfolgt mit einem Schmitt-Trigger, so daß die Anfälligkeit für Störimpulse  gering ist. Den Schaltplan mit Stückliste zeigt das folgende Bild. Mit dem linken Operationsverstärker wird der Strom durch die IR-LED (Anschluss A und K)  im Reflexsensor mit dem Trimmpoti einstellbar geregelt. So wird die Beleuchtungsstärke an der Ferraris-Scheibe immer auf die gleiche IR-Helligkeit geregelt. Der Phototransistor (Anschluss C und E) misst das reflektierte Licht und mit dem nachfolgendem Operationsverstärker (Schmitt-Trigger) die LED geschaltet. Gleichzeitig schaltet der Optokoppler galvanisch getrennt das S0-Interface. Realisiert wurde die Schaltung auf einer kleinen Platine, bei der der Reflexgeber auf der Platinenunterseite eingelötet ist: Damit das Ganze auch an dem Stromzähler richtig und besonders einfach fixiert werden kann, wurde ein kleines Gehäuse für den 3D-Druck konstruiert: Damit wird die Platine gehalten und mit den dreieckigen Peilmarken kann sehr einfach der Refleximpulsgeber auf die Ferraris-Scheibe ausgerichtet werden. Mit den seitlichen Laschen  kann man den Geber mittels Tesaband auf dem Stromzählerglas zugfest fixieren. Der doppelte Haltewinkel oben im Bild ist für die Durchführung und Zugentlastung der Kabel.  Diese Zugentlastung ist besonders wichtig, weil relativ zur Gehäusegröße die Anschlusskabel doch recht stark sind und ggf. das Gehäuse dejustieren könnten. Das folgende Bild zeigt die aktuelle Konfiguration mit dem S-Schlag der Kabel für die Zugentlastung: Je nach Stromzählertyp kann man den Impulsgeber senkrecht oder horizontal auf dem Glas des Stromzählers mit Tesaband aufkleben. Mit Verwendung der Peilnasen reicht normalerweise die Genauigkeit der Justage völlig aus. Der galvanisch getrennte S0-Ausgang kann direkt an vorhandene S0-Zähler angeschaltet werden. Falls die Auswertung mit einem normalen digitalen Input eines WIFFI-logger, Homeduino,  Arduino, WeMos oder einem Rapberry erfolgen soll, ist die Beschaltung entsprechend dem folgenden Schaltschema vorzusehen:

Nachbau

Für den Nachbauer ist ein Komplett-Bausatz inkl. dem 3D-Ausdruck des Gehäuses in meinem Webshop verfügbar. Da nur relativ große Standard-Bauelemente verwendet werden, ist der Nachbau auch vom weniger versierten Elektroniker möglich. Die Bauanleitung gibt hierzu mehr Informationen.

Inbetriebnahme

Für die Inbetriebnahme ist der Impulsgeber auf die  Glasscheibe des Stromzählers so anzubringen, daß die Reflexlichtschranke auf der Platinenunterseite die Ferraris-Scheibe genau „sieht“. Dazu sind Peilmarken am Gehäuse angebracht, mit denen eine Justage einfach möglich ist. Wenn die richtige Postion erreicht ist,  dann klebt man einfach mit Tesa-Band an den seitlichen Laschen den Impulsgeber auf die Scheibe. Dieses Verfahren ist besser als eine Befestigung mit Klebepads, weil man erst in aller Ruhe justieren, den Sensor in der optimalen Postion halten kann und mit der anderen Hand das Klebeband befestigen kann. Zusätzlich kann man mit den Peilmarken am Gehäuse jederzeit überprüfen , ob die Justage noch in Ordnung ist. Die Empfindlichkeit der Anzeige stellt man mit dem Trimmpoti so ein, daß beim Durchgang der roten Markierung geschaltet wird. Achtung! Manchmal sind die Ferraris-Scheiben „vermackt“, so daß  durch optische Reflexionen an diesen „Macken“ noch zusätzlich ungewollt geschaltet wird. In diesem Fall die Empfindlichkeit runterdrehen und ggf. noch eine Feinjustage vornehmen. Die Anschlussleitungen des Impulsgeber sollten möglichst weiche Stromlitzen sein, damit die Kräfte von den Kabeln auf den Impulsgeber möglichst gering sind und keine Dejustierung erfolgt. Zur Zugentlastung sind die Drähte wie im Bild durch die offenen Löcher zu führen.

… wo gibt´s den Bausatz ?

Einen kompletten Bausatz des Impulsgebers  kann man in meinem Webshop erwerben:  Bausatz Impulsgeber mit S0-Schnittstelle

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.

Fähigkeiten

Gepostet am

29. Dezember 2016

5 Kommentare

  1. …und wie bekomme in den S0 dann in meine Homematic eingelesen ?
    Welche Geräte brauche ich dazu ?

    Danke.
    LG Hartiman

  2. Das macht wenig Sinn, weil die Infrarotdiode dauernd bestromt ist, um die Ferrarischeibe zu beleuchten.
    Aber Du mußt doch sowieso das Datensignal und Masse mit einem Auswertegerät verbinden. Dann kann man doch einfach eine zusätzliche Leitung für +5V hinzufügen, um den Impulsgeber aus der Ferne zu versorgen.

  3. Kann man den Verbrauchssensor auch batteriebetrieben nutzen?
    Das Problem:
    Mein Stromzähler befindet sich AUSSERHALB der Wohnung in einem Zählerraum.
    Stromanschluß ist dadurch unmöglich.
    Gruß, Mathias

  4. Hi Andreas,
    10k für R5 ist richtig.
    Danke für den Hinweis, ist korrigiert!

  5. Hi,
    auf dem Platinenlayout soll R5 4,7K haben. Im Schaltplan ist es aber ein 10K Widerstand. Ich nehme an, 10K sind richtig, oder?

    Gruß Andreas Pfeiffer

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