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Wiffi-wz mit Präsenzmelder für Deckenmontage

Wiffi-wz mit Präsenzmelder für Deckenmontage

Ausgangssituation

Mittlerweile nutzen viele Homematic-User den Wiffi-wz als ideale Möglichkeit, einen Wohnraum wie beispielsweise das Wohnzimmer mit verschiedenen Sensoren zu erfassen, so daß mit diesen Signalen verschiedene Automatisierungsaufgaben gelöst werden können. Ausführliche Informationen zum Wiffi-wz findet man hier: Der WIFFI-WZ 2.0 … der Wohnzimmersensor

Normalerweise ist der Wiffi-wz in einem kubusartigen Gehäuse eingebaut und kann an geeigneter Stelle im Raum positioniert werden. Dabei ist wichtig, daß insbesondere die beiden Bewegungsmelder „freie Sicht“ im Wohnraum haben, damit auch zuverlässig eine Personenpräsenz im Raum erkannt wird.

Mittlerweile kamen von Usern verschiedene konstruktive Vorschläge für zukünftige Erweiterungen oder Veränderungen, die zwar nicht alle aber doch teilweise integriert werden konnten. Eine besondere Herausforderung war der Wunsch nach einem kompakten Rundgehäuse, das ähnlich wie ein Rauchmelder oder Präsenzmelder an der Decke beispielsweise an die Brennstelle einer Deckenlampe angebracht werden kann.

Lösungsansatz

Wenn der Wiffi-wz an der Decke montiert wird, dann reicht ein Bewegungsmelder aus, um damit eine breite Anwesenheitserfassung im Raum zu machen. Den freien Eingang für den bisher verwendeten zweiten Bewegungsmelder kann man dann umfunktionieren beispielsweise als Relaisausgang zum automatisierten Schalten einer Lampe, die vielleicht vorher an der verwendeten Deckenbrennstelle montiert war.  Natürlich kann man damit auch andere Verbraucher direkt von der CCU oder über die Webseite des Wiffi-wz schalten.

Die 5V-Spannungsversorgung des Wiffi-wz erfolgt normalerweise mit einem Stecker-Netzteil. Das kann man auch bei der Deckenmontage so beibehalten, wenn man die 5V-Versorgungsleitungen auch an die deckenseitige Montagestelle des Wiffi verlegt. Alternativ kann man auch ein geeignetes Netzteil mit zusätzlichem Relais mit dem Wiffi-wz in ein entsprechend größeres Gehäuse einbauen. Dabei ist aber unbedingt sicher zu stellen, daß eine Überhitzung des Gehäuses und/oder  Netzteils ausgeschlossen ist. Dementsprechend muß ein kleines Schaltnetzteil mit sehr gutem Wirkungsgrad verwendet werden und mit einer geeigneten elektrischen Absicherung muß eine Brandgefahr ausgeschlossen werden. Gerade weil hier mit 230V Netzspannung gearbeitet wird, sind ausreichenden Fachkenntnisse bei der Realisierung unverzichtbar. Dieser Bauvorschlag erhebt keinen Anspruch auf Fehlerfreiheit oder Konformität mit geltenden technischen Regeln. Deshalb hier auch nochmal der wichtige Hinweis auf meine Sicherheitshinweise.

Das folgende Bild zeigt den Schaltplan der von mir verwendeten Konfiguration. Das 5V-Schaltnetzteil ist ein kleines Modul , welches über eine für das Netzteil geeignete Schmelzsicherung an das 230V-Netz angeschlossen wird. Bei mir ist die Schmelzsicherung mit 100mA träge ausgelegt, aber das muß man individuell auf das verwendete Netzteilmodul abstimmen. Die 5V-Ausgangsspannung wird an die entsprechende Stromversorgungsbuchse des Wiffi-wz angeschlossen.

Anstelle des rechten Bewegungsmelders wird ein Transistor als Open-Collector Treiber für ein Schaltrelais angeschlossen. Ich habe ein 5V-Schaltrelais verwendet und entsprechend dem Schaltbild verschaltet. Das sind schon alle elektrischen Änderungen!

Rundgehäuse als 3D-Ausdruck

Die Konzeption des Gehäuses für die Deckenmontage war nicht ganz einfach, weil einerseits das Gehäuse möglichst klein sein sollte und andererseits aber eine Reihe von funktionalen Anforderungen integriert werden mußten. Am wichtigsten ist die Kühlung bzw. die Gestaltung eines geeigneten Luftführung durch das Gehäuse, weil eine Erwärmung des Gehäuses durch den beheizten Luftgütesensor unvermeidbar ist. Gleichzeitig darf diese Erwärmung aber nicht zu einer Fehlmessung des integrierten Temperatursensors führen. Zusätzlich muß der integrierte Helligkeitssensor auch ein geeignetes „Fenster“ haben, damit er die Helligkeit im Raum detektieren kann.

Das Ergebnis  ist ein zweiteiliges Rundgehäuse, bei dem eine Fassung bzw. Rosette mit einer Zentralschraube an die Decke montiert wird. Das größere Hauptgehäuse wird einfach in der Art eines  Bajonettverschlusses aufgesteckt. Die folgenden Bilder erklären dazu mehr als viele Worte.

Im Bild links die Deckenrosette mit der Zentralschraube zur Deckenmontage. Zusätzlich sind Klemmstege zur Aufnahme und Befestigung des Netzteil-Moduls und des Schaltrelais vorhanden. Rechts ist das Hauptgehäuse mit den Lüftungsschlitzen und darunter der Bohrung für die Aufnahme des Bewegungs/Präsenzmelders. Neben den Lüftungsschlitzen ist ein Lagerbock zur Verschraubung des Helligkeitssensors und des Temperatursensors. Die größeren Bohrungen links und rechts dienen zur möglichen Durchführung eines Netzkabels, falls eine Hängelampe o.ä. angeschlossen wird. Die dreieckförmigen Auflager sind für die Befestigung der Hauptplatine.

In zusammengebautem Zustand kann das Hauptgehäuse in verschieden Höhen mit der Deckenrosette zusammen verschraubt sein.

Der Ausdruck der beiden Gehäuseteile erfolgt mit einem 3D-Drucker. Ich habe weißes PLA-Material verwendet, aber das kann man natürlich auf die persönlichen Wünsche abstimmen.

Für den Ausdruck des Gehäuses auf dem eigenen 3D-Drucker gibt’s hier die aktuellen stl-Files: wiffi_lamp.zip

Einbau des Wiffi-wz

Die Sensormodule BH1750 (Helligkeitssensor) und BME280 (Temperatur, Feuchte und Luftdruck) sind normalerweise in die entsprechenden Fassunge auf der Wiffi-wz Platine eingesteckt. Da aber u.a. wegen der Thermik im Gehäuse diese Sensoren möglichst nah an die Lüftungsschlitze montiert werden sollten, sind entsprechende Leitungsverlängerungen einzulöten. Das folgende Bild zeigt die Details:

Für den linken Bewegungsmelder ist die dreipolige Steckfassung jetzt auf der Unterseite der Platine angelötet, so daß der Bewegungsmelder nun von unten eingesteckt werden kann. Der OC-Transistor ist am Anschluss des zweiten (nicht verwendeten rechten) Bewegungsmelders angelötet. Die Rosette enthält das Netzteil, das Relais und die Schmelzsicherung im Schraubgehäuse. Die 4-polige Lüsterklemme sind die Anschlüsse für 230V und für die optionale geschaltete Lampe.

Im eingebauten Zusatnd sieht das Ganze so aus:

Der beheizte und dementsprechend warme Luftgütesensor MQ135 ist etwas nach innen zu drücken, damit er keinen Kontakt mit dem Gehäuse hat und so den Gehäuse-Kunststoff möglichst wenig erwämt.

Software-Anpassung

In der aktuellen Software ab Version wiffi_wz_71 sind die notwendigen Änderungen schon integriert. Um anstelle des rechten Bewegungsmelders einen digitalen Ausgang zur Ansteuerung des Transistors zu initialisieren ist lediglich im Expertenmodus der param[34] von 0 auf 1 zu setzen. Damit ergibt sich auf der Webseite des Wiffi-wz dann eine veränderte Messwertanzeige, in der nur ein Bewegungsmelder jetzt als Präsenzmelder vorhanden ist und zusätzlich noch ein Relaisausgang verfügbar ist. Das sieht dann so aus:

Das Schaltrelais kann man genauso wie den Beeper entweder auf der Webseite des Wiffi-wz auslösen oder aber direkt von der CCU aus mit einem entsprechenden HM-Skript. Die zugehörigen Browserbefehle sind: 192.168.178.35/?relais:on:   oder 192.168.178.35/?relais:off:

Von der CCU aus kann man das Relais mit einem kleinen HM-Skript mit Senden der o.a. Browserbefehle auch schalten.

HM-Skript   
!Schaltrelais einschalten(on) bzw. ausgeschalten(off)
string befehl = "/?relais:on:";  
!string befehl = "/?relais:off:";
string IP = dom.GetObject("wz_ip").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_wz
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);

Natürlich kann man das Skript statt mit dem system.Exec Befehl auch mit analogen CuxD-Befehlen starten; das hat den Vorteil einer stabileren Arbeitsweise. Mehr dazu im Homematic-Forum.

Mit einem einfachen WebUI-Programm läßt sich mit diesem HM-skript  beispielsweise ein Bewegungsschalter realisieren, der bei Bewegung im Raum eine Lampe mit dem Relais einschaltet:

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.

Professioneller CO2-Sensor am Wohnzimmersensor WIFFI-wz

Professioneller CO2-Sensor am Wohnzimmersensor WIFFI-wz

Update 28.05.2017: Eichmöglichkeiten eingebaut

Ausgangssituation

Beim Wohnzimmersensor WIFFI-wz wird bereits die Luftqualität gemessen. Dabei ist der beheizte Luftqualitätssensor MQ135 das zentrale Messelement. Allerdings spricht dieser Sensor auf eine große Bandbreite verschiedener Schadgase an. Er hat große Toleranzen und auch die Langzeitstabilität ist nicht überragend. Aber er ist eben sehr kostengünstig und mit einigen „Klimmzügen“ in der WIFFI-wz Firmware sind auch die Schwachpunkte „erträglich“. Insbesondere mit der eingebauten Kalibrierfunktion läßt sich nach einigen Tagen „Einbrennzeit“ eine gute Erkennung der Luftqualität erzielen.

Trotzdem kam bei mir schon früh der Wunsch nach einer besseren Messmöglichkeit auf. Hilfreich war dabei, daß mit der in der Öffentlichkeit geführten CO2-Diskussion auch das Angebot an brauchbaren und bezahlbaren CO2-Sensoren mittlerweile deutlich größer ist. Relativ schnell konzentrierte sich mein Interesse  auf einen Sensor MH-Z14, der nach dem sog- NDIR-Prinzip (Non-Dispersive InfaRed) funktioniert. Hiermit möchte ich die Anpassung dieses Sensors an  den WIFFI-wz beschreiben.

Der CO2-Sensor MH-Z14

Der MH-Z14 funktioniert so, daß die Absoprtion von Infrarotlicht durch CO2-Gas gemessen wird. Da das Verfahren sehr komplex ist, wurde von einem Hersteller eine komplette Messzelle mit der entsprechenden intelligenten Auswerteelektronik in einem relativ kleinen Modul integriert. Die beiden folgenden Bilder zeigen den Sensor von der Oberseite mit der vergoldeten Messkammer und dem mittig mit einem Flies geschützten Lufteintritt. Der Messbereich ist von 0 bis 5000ppm, wobei für die Luftqualitätsmessung in Räumen eingtlich nur 1000ppm als maximaler Messwert sinnvoll ist.

Auf der Unterseite des Moduls ist ein Mikrocontroller, der die Auswertung des Messsignals macht und diese Werte als analoge und digitale Messwerte zur Weiterverarbeitung ausgibt. Wer mehr über diesen  Sensor wissen will, der findet hier weitere Informationen.

Kaufen kann man den MH-Z14 zu sehr unterschiedlichen Preisen. Aktuell am günstigsten bei Aliexpress  für etwa 20€. Am Besten per Airmail bestellen, dann hat man unter Bestellwert 22€ kein Problem mit dem Zoll.

Luftqualität und CO2-Wert

Der Zusammenhang zwischen Luftqualität und CO2-Wert ist u.a.  für die Definition von Anforderungen an Luftqualität am Arbeitsplatz oder generell in Gebäuden von zentraler Bedeutung. Hier gibt es mehr Informationen zu diesem Thema. Wichtig ist zu wissen, daß „reine“ Aussenluft etwa 400 bis 500ppm CO2 hat und „schlechte“ Raumluft etwa 1000ppm. Dazwischen bewegt sich normalerweise der Messwert. Hier die Bewertung nach DIN EN 13779:2007-09

  • 500ppm saubere Aussenluft
  • bis 800ppm hohe Raumluftqualität
  • 800 bis 1000 mittlere Raumluftqualität
  • 1000 bis 1400 mäßige Raumluftqualität
  • größer 1400 niedrige Raumluftqualität

Modifikation des WIFFI-wz

Der Umbau des WIFFI-wz vom MQ135 auf den MQ-Z14 ist ganz einfach. Zuerst wird natürlich der  MQ135 aus der Steckfassung entfernt. Danach muß der nachträglich eingelötetete 1k2-Widerstand entfernt und ein zusätzlicher 3,3 kOhm-Widerstand eingelötet werden. Das ist schon alles an Änderungen der Hauptplatine. Nun wird der der MQ-Z14 nur mit 3 Leitungen entsprechend folgendem Bild angeschlossen:

Jetzt den WIFFI-wz starten und dann auf der Seite „Expertenmodus“ den param[32] auf 3 stellen. Damit wird der MH-Z14 aktiviert und auf der Übersichtsseite des WIFFI wird der aktuelle CO2-Werrt in ppm angezeigt:

Wer den Sensor in ein speziell gestaltetes WIFFI-wz-Gehäuse einbauen möchte, für den habe ich ein Gehäuse entsprechend modifiziert. In die Gehäuse-Oberseite wird der CO-Sensor eingesteckt und mit etwa Heißkleber von unten fixiert.

Kalibrierung

Je nach Messbereich des verwendeten MH-Z14 muß der param[35] eingestellt werden. Voreingestellt ist 5000 für einen typischen Messbereich von 5000ppm. Es gibt aber auch Sensoren mit 2000ppm, die sind aber schwieriger zu beschaffen.

Zuerst wird der Sensor einige Stunden bei bester  Aussenluft betrieben, damit sich der Messwert „beruhigt“. Dann wird mit der Eingabe <IP>/?calibrate der aktuelle Messwert auf 400ppm gesetzt. Diese CO2-Konzentration hat normalerweise frische Aussenluft. Das ist dann normalerweise schon alles.

Wer die Möglichkeit eines Messwertvergleichs mit einem geeichten CO2-Messgerät hat, der kann bei möglichst „schlechter Luft“ ( >1500ppm) mit dem param[35] noch den aktuellen Messwert feinjustieren. Grössere Werte als 5000 erhöhen den Messwert und umgekehrt.

Viel Erfolg mit diesem tollen CO2-Sensor!

WIFFI-voice … Hausautomation mit Ansage

WIFFI-voice … Hausautomation mit Ansage

Firmware-Update 19.03.2017: Anpassung an neue CCU2-Firmware 

1  Wofür den WIFFI-voice ?

Die Reihe der verschiedenen WIFFIs wird mit dem WIFFI-voice folgerichtig ergänzt. Während der WIFFI-wz mit seiner Sensorik hauptsächlich für die Hauptwohnräume wie das Wohnzimmer gedacht ist, kann man den WIFFI-voice für nahezu alle anderen Räume verwenden. Dabei läßt sich der WIFFI-voice sehr gut in Verbindung mit der Homematic verwenden, aber da auch andere Datenformate wie JSON unterstützt werden, steht der Verwendung mit anderen Systemen der Hausautomation nichts entgegen. Ja sogar ganz ohne ein bestimmtes Hausautomationssystem läßt sich der WIFFI-voice verwenden, da er komplett über seine eigene Webseite fernbedienbar ist. So ist die Investition offen auch für zukünftige neue Systeme der Hausautomation.

2  Die technischen Daten

Bei der Konzeption des WIFFI-voice wurde besonderes Augenmerk darauf gelegt, daß die Kombination der Sensoren und Aktoren möglichst gut auf die Anforderungen für eine Raumüberwachung abgedeckt ist.  Dabei sollte alles in einem Gerät integriert sein, so daß „fliegende“ Gerätschaften möglichst vermieden werden. Auch ist die Verwendung kleiner Netzteile anstelle von Batterien ein wesentlicher Teil des Konzepts, weil ein regelmäßiger Batteriewechsel nicht nur nervig sondern auch teuer ist. Und schließlich wird als drahtlose Kommunikation das fast in jedem Haushalt verfügbare WLAN verwendet, welches auch nicht die 1%-Sendebegrenzung der 868Mhz-Geräte hat. Hier nun die technischen Daten:

  • einfache Einbindung ins  WLAN mit Hotspot-Funktion für Router-Dateneingabe
  • empfindlicher  Geräuschmelder mit Erkennung des Geräuschpegels sowohl als Mittelwert und Spitzenwert der letzten  3 Minuten
  • zwei Infrarot-Bewegungsmelder 90° versetzt, um einen Raum auf Bewegungen abzutasten
  • Temperaturmessung mit Temperatursensor mit DHT22 (im Lieferumfang enthalten) oder alternativ mit dem BME280 oder SHT21 ( nicht im Lieferumfang)
  • Messung der relativen Luftfeuchte mit DHT22 (im Lieferumfang enthalten) oder alternativ mit dem BME280 oder SHT21 ( nicht im Lieferumfang)
  • Berechnung der absoluten Luftfeuchtigkeit (g/m3) und der Taupunkt-Temperatur für Lüftungssteuerungen  und Schimmelwarnungen
  • zwei Eingabetaster für die Auslösung  von beliebigen Ereignissen bzw. Schalten von Aktoren über die  CCU
  • MP3-Sprachausgabe von selbst programmierbaren Ansagetexten und Geräuschsignalen von micro-SD-Karte (bis 32GB)
  • 3W-Stereo-Verstärker integriert
  • integrierter Mini-Lautsprecher
  • optionales formschönes Kubus-Gehäuse als  3D-Druck, passend für die einfache Montage von Platine und Lautsprecher
  • LED-Anzeigen für Bewegungs- und Geräuschmelder
  • Programmierung der Zugangsdaten für das häusliche WLAN einfach mit Smartphone oder Notebook
  • updatefähig über WLAN
  • alternativ zum DHT22  verwendbar: I2C-Schnittstelle für Anschluss spez. Sensoren
    wie SHT21(Temperatur & Feuchte),  BME280 (Luftdruck & Temperatur & Feuchte), BH1750 (Helligkeit)
  • optional verwendbar: USB-Schnittstelle des verwendeten WeMos mini für eigene Anpassungen mit der Arduino Entwicklungsumgebung

Die folgenden Bilder geben einen Eindruck vom „Innenleben“ des WIFFI-voice: voice_funktion Damit der WIFFI-wz auch im Zimmer eine gute Figur macht und an geeigneten Stellen optisch ansprechend platziert werden kann, wurde für optional Verwendung ein kubisches Gehäuse entwickelt. Dieses nimmt die Platine mit allen Sensoren auf und ist im 3D-Druckverfahren hergestellt. Es muß nicht nachbearbeitet werden, da bereits alle Bohrungen und Ausschnitte enthalten sind. voice_blume voice_hand Das verwendete Kunststoffmaterial ist PLA-Filament. Deshalb ist kein Betrieb im Aussenbereich mit direkter UV-Bestrahlung  möglich. Das Gehäuse ist formstabil bis ca. 60°C, was für den sinnvollen Betrieb des WIFFI-voice mit eingebautem Temperatursensor normalerweise ausreichend sein sollte. Die Oberfläche ist nicht völlig glatt sondern hat aufgrund des Herstellverfahrens eine schichtweise Struktur wie man in den beigefügten Bildern erkennen kann. Das Gehäuse hat auf der Unterseite eine gebogene eingeklipste Platte für den Mini-Lautsprecher. Seitlich sind noch ausreichende Schlitze, damit die Eigenerwärmung der Platine  mit den seitlichen  Lüftungsschlitzen abgeführt wird. Der Temperatursensor ist ganz unten montiert, damit Fehlmessungen durch thermische Effekte im Gehäuse möglichst gering sind. voice_speaker Wer Lust auf „Modding“ hat der das Gehäuse noch weiter „veredeln“ . Dazu sind die Gehäuseflächen möglichst glatt zu schleifen und ein sog. Dickschichtfüller aufzutragen (aus dem Autozubehörhandel). Dann kann man abschließend mit Acryllack die Deckschicht in der gewünschten Farbe aufbringen. Das Gehäuse ist als 3D-Ausdruck in meinem Webshop als Option für den WIFFI-voice verfügbar. Wer einen eigenen 3D-Drucker hat, der kann auch das Gehäuse selber ausdrucken. Hier die 3D-Datenfiles dazu:   WIFFI-voice Gehaeuse 3D-Files Übrigens… unter Windows 10 kann man sich das Gehäuse mit dem standardmäßig verfügbaren Programm  3D Builder ansehen und ggf. editieren bzw. anpassen.

3 Bauanleitung und Nachbau

Den WIFFI-voice gibt´s nur als Bausatz. Der Nachbau ist auch für den weniger versierten Elektroniker möglich, denn mit dem angebotenen  Komplettbausatz muß man eigentlich nur die mitgelieferte Platine bestücken und sauber verlöten. Der Mikrocontroller WeMos mini wird  bereits komplett programmiert geliefert, so daß man sich nicht mit der Arduino-Entwicklungsumgebung „auseinander setzen“ muß.  Wer das aber doch möchte, der kann das tun, denn der Source-Code ist hier veröffentlicht und mit der Arduino-IDE und der USB-Schnittstelle am WeMos lassen sich sogar  eigene Programme in den WIFFI-voice laden.   Aber man muß schon etwas Erfahrung mit dem Zusammenbau und Inbetriebnahme von elektronischen Modulen haben! Mit der detaillierten Bauanleitung kann eigentlich  wenig „schief “ gehen, wenn man sorgfältig alle Schritte ausführt, über etwas Löterfahrung und ein Multimeter verfügt.

4 Programmierung und Einstellung

Der WIFFI-voice verwendet als Mikrocontroller mit WLAN den WeMos mini mit integrierter USB-Schnittstelle. Der WeMos ist vorprogrammiert , lediglich die für das WLAN notwendigen Zugangsdaten für den heimischen Router müssen eingegeben werden. Dies kann sehr komfortabel erfolgen, indem man den WIFFI-voice als Hotspot arbeiten läßt.  Auf der eigenen Webseite des WIFFI-voice kann man dann die notwendigen Daten und Einstellungen mit einem normalen Browser durchführen. Dafür sind keinerlei Programmierkenntnisse notwendig, also alles sehr einfach und durch die Sprachausgabe des WIFFI-voice unterstützt :)) Die folgenden Schritte zeigen kochrezeptartig das Vorgehen: 1. Stromversorgung einstecken oder RESET-Taster am WeMos mini drücken. Etwa 20sec warten bis die rote LED  alle 2sec blinkt (dabei versucht der WIFFI sich ins WLAN einzuloggen, was natürlich wegen des Fehlens der Zugangsdaten noch nicht geht). Parallel informiert der WIFFI-voice den User über den Stand des  Einloggvorgangs mit entsprechenden Ansagen. 2. Dann den PROG-Taster (der Taster neben dem WeMos) etwa 2sec drücken bis die rote LED im 1sec-Takt blinkt.  Jetzt ist der WIFFI-voice im Hotspot-Modus. 3. Mit dem Smartphone oder besser Laptop  nach einem Hotspot mit dem Namen „wiffi“ suchen und die Verbindung herstellen. Da es eine gesicherte Verbindung ist, muß beim ersten Zugang das Kennwort „wiffi1234“ eingegeben werden. Danach müßte , wenn alles richtig funktioniert, eine gesicherte Verbindung zum „wiffi“ vorhanden sein. 4. Auf dem so im WLAN eingeloggten Smartphone oder Tablet in die Adresszeile des Browsers die Webseite des WIFFI-voice  aufrufen mit: 192.168.4.1/? Die Antwort sieht dann so aus: 5. Jetzt die notwendigen Eingaben in der Adresszeile des Browsers machen. Das macht man mit folgenden Befehlen, die immer mit einem Doppelpunkt abgeschlossen werden: – 192.168.4.1/?ssid:my_ssid:  dabei ist „my_ssid“ die SSID des eigenen Routers  (Achtung, die SSID darf keinen Doppelpunkt enthalten!) – 192.168.4.1/?pwd:my_pwd:  dabei ist „my_pwd“ das Router-Passwort des eigenen Routers (Achtung, das PWD darf keinen Doppelpunkt enthalten!) – 192.168.4.1/?ccu:my_ccu:  und „my_ccu“ ist die feste (!) IP der eigenen CCU1 oder CCU2 Wenn alle drei Daten richtig eingegeben sind und auf der Webseite auch richtig angezeigt werden , dann ist der WIFFI-voice startbereit und kann mit dem Befehl: – 192.168.4.1/?reset: oder dem Druck auf den RESET-Taster (am WeMos)  neu gestartet werden. Nach etwa 15 bis 30 sec blinkt die LED  solange im 2sec Takt bis der WIFFI sich im heimischen WLAN eingeloggt hat. Danach, im normalen Betrieb,  blinkt die rote LED immer dann, wenn der rechte Bewegungsmelder auslöst. Beim linken Bewegungsmelder schaltet analog die grüne LED. Jetzt kann die Webseite des WIFFI-voice im Heimnetz aufgerufen werden. Dazu schaut man im Router nach, welche IP der WIFFI bekommen hat und ruft dann einfach diese IP auf, indem man diese IP in die Adresszeile des Browsers eingibt. Oder man schreibt einfach in die Adresszeile: wiffi_voice.local.  Allerdings kann diese letzte Methode u.U. in einigen  Heimnetzen nicht erfolgreich sein. Ich persönlich verwende immer die IP, dann hat man eine eindeutige Zuordnung. Deshalb stellt man dann auch sinnvollerweise den Router so ein, daß er dem WIFFI-voice immer diese gleiche IP zuteilt. Die Antwort auf den Browseraufruf ist im folgenden Bild dargestellt. Das ist eigentlich schon alles.  Für besondere individuelle Anforderungen gibt es noch mehr Befehle, die oben im Bild aufgelistet sind. Diese Befehle sind aber nur für besondere Anwendungen und werden weiter unten erklärt. Die automatische Verbindung zur CCU wird über Systemvariablen hergestellt, deren Namen von mir vorgegeben sind (in rot). Allerdings lassen sich mit dem name-Befehl beliebige andere Namen für die Systemvariablen  definieren. Im ersten Schritt sollte man beim ersten WIFFI im Heimnetz diese Vorgabe erst mal behalten! Der WIFFI teilt über eine Systemvariable der CCU auch seine eigene Adresse mit. So ist der WIFFI ganz einfach auch über die CCU steuerbar. Darunter werden auf der WIFFI-Webseite die Sensorsignale des WIFFI-voice dargestellt.  Diese Werte werden nicht automatisch in einem festen Zeitraster aktualisiert, um das Datenaufkommen für die Signalübertragung zu begrenzen. Erst durch Aktualisierung der Webseite oder Klick auf den Link Aktualisierung der Messwerte wird die Anzeige auch aktualisiert. Vielleicht erklärt  sich ein User bereit, eine APP zur Abfrage des WIFFI-voice zu schreiben. Dann wird das Ganze noch „schöner“. Die Webseite des WIFFI-voice dient  hauptsächlich zum komfortablen Einstellen und Anschauen der Daten. Die Kommunikation mit der CCU läuft im Hintergrund völlig automatisch ab!

5 Anlernen an die CCU

Das Anlernen des WIFFI-voice an die CCU ist sehr einfach, weil für jedes Sensorsignal nur eine korrespondierende Systemvariable angelegt wird. Entsprechend der Vorgabe (rote Namen) sind folgende Systemvariablen in der CCU anzulegen: v_ip vom Typ „Zeichenkette“ v_noise_avg vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“ v_noise_peak vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“ v_Tast_links vom Typ „Logikwert“ v_Tast_rechts vom Typ „Logikwert“ v_motion_left vom Typ „Logikwert“ v_motion_right vom Typ „Logikwert“ v_temp vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“ v_hum vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“ Die Aktualisierung aller genannten  Systemvariablen erfolgt automatisch, aber nur wenn sich die Messwerte ändern. Dadurch wird vorteilhafterweise der Datenfluss stark reduziert. Will man andere Namen für die Systemvariablen verwenden, kann man diese mit dem name-Befehl ändern (siehe weiter unten). Im ersten Schritt würde ich aber erst mal alles so  lassen, weil sonst nur unnötige Fehler entstehen. Spätestens aber mit dem zweiten WIFFI-voice im Heimnetz muß dies getan werden, um eine eindeutige Zuordnung zu behalten.

6 Anzeige der LEDs

Die blaue LED zeigt mit der Leuchtintensität die Stärke des Geräusches an.  Damit die LED nicht hektisch flackert, wenn dynamische Geräusche vorhanden sind, wird dieses Signal stark „geglättet“. Die rote LED zeigt verschiedene Betriebszustände und Meldungen an. Wenn der WIFFI-voice nach dem Reset versucht sich in das WLAN einzuloggen, dann leuchtet diese LED im 2sec Takt. Wenn das Einloggen erfolgreich war, dann zeigt alle 2sec  ein regelmäßiger „Herzschlag“  den ordnungsgemäßen Betrieb an:

> Ein ganz schwacher kaum sichtbarer einfacher Blitz signalisiert, daß weder WLAN- noch CCU-Verbindung da sind. > Ein etwas längerer einfacher Blitz signalisiert eine bestehende Verbindung mit dem WLAN > Ein Doppelblitz signalisiert die Verbindung mit WLAN und CCU

Aber dabei ist zu beachten, daß diese Blitzsignale von dem Status des rechten (aus Sicht des Versorgungssteckers)   Bewegungsmelders überschrieben wird, d.h. wenn dieser  Bewegungsmelder „anschlägt“, dann leuchtet die rote LED entsprechend dem Ausgangssignal des Bewegungsmelders. Die grüne LED zeigt nur den Status des linken (aus Sicht des Versorgungssteckers)  Bewegungsmelders an. Für die CCU werden die Signale der Bewegungsmelder standardmäßig auf 1min verlängert und bei jeder weiteren Bewegung nachgetriggert. Diese Zeit kann mit dem param(0) (Expertenmodus) beliebig eingestellt werden.

7 Verwendung des Geräuschsensors

Die Mikrofonsignale werden verstärkt und eine Art Effektivwert mit einem Operationsverstärker ermittelt. Entsprechend dem Schallpegel schwankt dieser Wert zwischen 0 und etwa 3V. Dieses Signal wird dem analogen Eingang des Mikrocontroller zugeführt und von diesem ausgewertet. Wenn man dieses u.U. stark schwankende Schallpegelsignal der CCU zuführen würde, dann entstünde sehr viel Datentraffic, den die CCU u.U. nicht verarbeiten kann. Deshalb sind aktuell zwei Algorithmen zur Vorbearbeitung des Schallsignals im WIFFI-voice integriert: Mit einer Mittelwertbildung über die letzten 60sec wird ein Geräuschwert abgeleitet und als Wert zwischen 0 und 100 auf die CCU-Systemvariable  v_noise_avg übertragen. Damit lassen sich dann Schaltvorgänge oder Aktivitäten auslösen , die beispielsweise die Anwesenheit von mehreren Menschen im Raum signalisieren. Beispielsweise kann eine Lüftung eingeschaltet werden oder ein eingeschaltetes Fernsehen signalisiert werden oder, oder… Mit einer Spitzenwertmessung wird der Spitzenwert des Geräuschpegels in den letzten 60sec erfasst und als Wert zwischen 0 und 100 zur  entsprechenden CCU-Systemvariablen  v_noise_peak übertragen. Dieser Wert ist dafür geeignet, besonders schnell auf Geräuschanstieg  im Raum zu reagieren. Auslösen kann man damit beispielsweise eine Treppenhausbeleuchtung oder einfach die Anwesenheit im Raum schnell signalisieren.

8 Ausgabe von MP3_ansagen

Eine besondere  Eigenschaft des WIFFI-voice ist die flexible Ausgabe von Sprach- oder  Tonsignalen. Nicht nur eigene Meldungen können mit dem integrierten Lautsprecher ausgegeben werden, sondern beim Start des WIFFI-voice oder beim Einloggen ins WLAN werden wichtige Statusansagen gemacht, die den Nutzer so über des Zustand des Gerätes akustisch informieren. Die entsprechenden Ton- und Sprach-„Schnipsel“ können  als mp3-Files auf einer Micro-SD-Karte gespeichert werden. Für das MP3-Modul ist eine mit FAT32 zu formatierte MicroSD  (bis zu 32GB)  mit den gewünschten Ansagefiles zu programmieren. Dazu sind  die Ansage- und Geräuschfiles  im MP3 Format herunter zu laden und damit die SD-Karte zu programmieren. Wichtig ist, daß die mp3-files nicht direkt im Root-Verzeichnis der Micro-SD sondern in einem Unterverzeichnis mit dem Namen mp3 gespeichert sind. Natürlich kann man eigene Ansagefiles hinzufügen, man sollte nur darauf achten, daß die jedem Filenamen vorangestellte Nummer von 0001 bis 0255 nur einmal vorkommt. Auch sind bereits einige Files für den WIFFI-voice reserviert, so daß man sinnvollerweise immer neue Files hinzufügt. Bei bis zu 255 möglichen Files reichen die Möglichkeiten hierfür sicher aus. Hier sind die MP3-Files zum Download Mit jedem üblichen Browser kann man nun die Tonausgabe eines beliebigen abgespeicherten MP3-Files auslösen. Dazu muß man aber die dem WIFFI-voice im Router vergebene IP-Adresse wissen. Bei mir hat der WIFFI-voice  eine feste IP-Adresse 192.168.178.87 im Router zugewiesen bekommen. Dementsprechend ist der „sound“-Ausgabe-Befehl in der Adresszeile des  Browsers: 192.168.178.87/?sound: 31:1:   „1“ ist die Nummer des MP3-Files und die vorangestellte „31“ ist die Lautstärke (zwischen 0 =  leise und 31 = laut) Zur Ausgabe von Listen oder zusammengesetzten Sätzen werden einfach bis zu 27 weitere Dateinummern angehängt. Beispiel: 192.168.178.87/?sound: 31:1:2:15:18:255: Mit einer so aufgebauten Kommandozeile läßt sich der WIFFI-voice auch von der CCU mit einem entsprechenden HM-Skript steuern. Da in der CCU automatisch die aktuelle IP des WIFFI-voice in der Systemvariablen wz_ip abgelegt ist, kann man auch bei dynamischer IP-Adressenvergabe die Tonausgabe von gespeicherten mp3-Files  mit folgendem  HM-Skriptes auslösen. Zum Beispiel so: sound_skript und das zugehörige HM-Skript ist:  

HM-Skript   
!hiermit wird beim WIFFI-voice der mp3-file 0001 mit Lautstaerke 31 ausgegeben 
string befehl = "/?sound:31:1:";   
string IP = dom.GetObject("v_ip").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_voice
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);
Natürlich kann man das Skript statt mit dem system.Exec Befehl auch mit analogen CuxD-Befehlen starten; das hat den Vorteil einer stabileren Arbeitsweise. Mehr dazu im Homematic-Forum.

9 Verwendung der Bewegungsmelder

Die IR-Bewegungsmelder werden in die dreipoligen Fassungen auf der Platine eingesteckt. Vorher sind beide Einstelltrimmer in der Aufsicht erst mal ganz nach links bis zum Anschlag zu drehen. Der Jumper kann wie im Bild gesteckt werden, dann löst er aus und schaltet erst mal ab, bevor er wieder neu triggerbar ist. In der anderen Jumperposition ist der Bewegungsmelder re-triggerbar, d.h. er bleibt kontinuierlich eingeschaltet, wenn Bewegung vorliegt. Ich bevorzuge diese Position!  Mehr dazu im Datenblatt SR501 Das Potentiometer für die Einschaltdauer (im Bild unten das rechte Poti) bleibt immer auf kürzeste Zeit eingestellt, da der WIFFI-voice die Zeit automatisch auf einen auf der Expertenseite  (param 0 ) einstellbaren Wert (standardmässig  60sec) verlängert. Mit dem  linken Poti kann durch Verdrehung nach rechts die Empfindlichkeit gesteigert werden. Die Empfindlichkeit sollte aber möglichst  weit nach links gedreht sein, weil eine zu hohe Empfindlichkeit, abhängig von Toleranzen des IR-Moduls und möglichen Störeinstrahlungen des  WLAN-Moduls, manchmal zu Fehlauslösungen führen kann. Insgesamt ist die optimale Einstellung der oft sehr unruhigen IR-Bewegungsmeldern immer eine sensible und zeitaufwendige Sache, weil nach jeder Veränderung der Potentiometer die Module einige Zeit brauchen, um sich zu „beruhigen“. Ich kenne leider keine IR-Bewegungsmelder, bei denen das nicht so ähnlich ist ! In der Bauanleitung ist beschrieben, wie man die Bewegungsmelder durch einen zusätzlichen Kondensator „beruhigen“ kann. Diese Lösung ist absolut empfehlenswert, da die Melder auch leicht durch elektromagnetische Einstrahlungen ungewollt auslösen.

10 Verwendung der Tasterschalter

Im WIFFI-voice sind zwei Taster-Eingänge integriert, die sich sehr flexibel einsetzen lassen. Die Drucktaster sind im optionalen Gehäuse an der Kubus-Oberseite einfach zu bedienen. Mit entsprechenden WebUI-Programmen auf der CCU lassen sich dann alle möglichen Schaltaufgaben auf Knopfdruck erledigen, beispielsweise Raumlicht an/aus oder Fernsehen an/aus oder, oder …

11 Messung Temperatur und Feuchte

Die Messung der Raumtemperatur und der Luftfeuchte erfolgt standardmässig mit einem DHT22-Sensormodul. Die Messwerte sind dann automatisch in der CCU verfügbar mit den entsprechenden Systemvariablen v_temp und v_hum. Steuern und regeln kann man damit beispielsweise die Heizung im Raum oder die Belüftung aktivieren.

12 Schaltuhr

Die integrierte Schaltuhr ist ein nettes „Gimmick“, um unabhängig von der CCU beliebige  akustische Meldungen über das MP3-Modul auszugeben. Dazu sind mit dem alarm-Befehl auf der Webseite der WIFFI-voice die „Weckzeiten“ mit der zugehörigen MP3-Tonausgabe zu programmieren. Mehr dazu auf der Help1-Webseite des WIFFI.

13 Experteneinstellungen und Informationen

Mit folgenden Befehlen kann der WIFFI-voice  auf seiner Einstell-Webseite mit der über den Browser eingestellt oder bedient werden. Die aktuell verfügbaren Befehle lassen sich auf der Help1-Seite abrufen:

Expertenmodus

Normalerweise ist im Expertenmodus keine Einstellung notwendig!!!!! Einstellungen sollten auch nur dann vorgenommen werden, wenn man wirklich weiß, was man verändert. Im ungünstigen Fall kann der WIFFI-voice beschädigt werden und muß ggf. neu programmiert werden.

14 Datenausgabe im JSON-Format

Ein optionaler Abruf der aktuellen Sensordaten des WIFFI-voice im JSON-Format ist mit dem json-Befehl einfach möglich. Entweder man gibt im Browser den Befehl ein oder man schickt von einem Homeserver den json-Befel an den WIFFI-voice. Die zurückgeschickte Antwort ist dann etwa so :

15 Update des WIFFI-voice

1. Voraussetzung:  Ein Update des WIFFI kann ohne Demontage bzw. Geräteöffnung komplett über das WLAN erfolgen. Dabei ist der WIFFI vorher im Heimnetz über WLAN eingeloggt und seine Webseite ist mit der vom Router vergebenen IP-Adresse aufrufbar. Diese individuelle IP-Adresse wird nachfolgend als bezeichnet. Man kann die Webseite des des Wiffi-voice alternativ auch mit wiffi_voice.local aufrufen. 2. Im Browser folgenden Befehl eingeben: (immer genauestens die Schreibweise beachten !!) /?update: es geht auch wiffi_voice.local/?update: Warten bis der Browser eine Fehlermeldung zeigt oder frühestens nach ca. 20 bis 30sec). 3.Erst jetzt im Browser den Update-Assistenten mit /update aufrufen. (Achtung die jetzt andere Schreibweise ohne Fragezeichen beachten !!!!) 4. Danach zeigt der Browser ein einfaches Bild mit zwei Buttons. update Mit „Durchsuchen“ den aktuellen Update-File (extension .bin) aus dem ZIP-Update-Archiv auswählen und danach mit Druck auf den Update-Button hochladen. (nicht den ZIP-File hochladen, sonst muß das Modul eingeschickt werden !) Nach einigen Sekunden kommt ein formloses „ok“, was ein erfolgreiches Update bestätigt. Danach sind alle Daten gelöscht ( auch die WLAN-Zugangsdaten!). Der WIFFI-voice  ist auf den upgedateten Auslieferungszustand zurück gesetzt und wird nun automatisch im Hotspot-Modus mit der festen IP 192.168.4.1 neu gestartet. Dabei blinkt die LED im Hotspot-Modus sehr schnell. ( 2Hz) 5. Mit einem Smartphone oder besser Windows-Laptop kann nun eine gesicherte WLAN-Verbindung mit diesem Hotspot hergestellt werden. Der Hotspot hat den Namen wiffi und das Zugangspasswort ist wiffi1234 Hinweis: – Bei Apple-Produkten kann es beim Einloggen wegen der strikten Sicherheitseinstellungen zu Problemen kommen. Möglichst Windows-Rechner verwenden! Manchmal kann es notwendig sein, alte WIFFI-Zugänge vorher zu löschen! 6. Wenn die Verbindung hergestellt ist, kann mit Browsereingabe der Hotspot-IP 192.168.4.1 die Webseite des WIFFI-voice aufgerufen werden. Auf dieser Webseite erfolgt dann wie bei der Erstinbetriebnahme die Eingabe der Router- und CCU-Zugangsdaten (WLAN- Netzwerkname, Netzwerkschlüssel/ Passwort, CCU IP-Adresse) mit den Befehlen … 192.168.4.1/?ssid:DeinNetzwerkname: 192.168.4.1/?pwd:DeinPasswort: 192.168.4.1/?ccu:DeineCCU_IP 7.Mit der Browsereingabe 192.168.4.1/?reset: startet abschließend der WIFFI neu. Nach etwa 20sec kann im Browser mit : /? oder wiffi_voice.local die Webseite des WIFFI im Heimnetz zur Eingabe weiterer Einstellungen wieder aufgerufen werden. Hinweis: Ab der Firmwareversion wiffi_voice_27  ist das Update deutlich einfacher über die eigene Update-Webseite des WIFFI durchzuführen !

… und hier sind die neuesten Updates zum runterladen:

Zum Update das ZIP-Archiv runterladen und entpacken. Zum Update nur die *.bin-Datei verwenden.

26.10.2016: wiffi_voice_12

01.12.2016: wiffi_voice_18  Update: mp3-Ausgabe von Listen oder zusammengesetzten Sätzen,

11.12.2016: wiffi_voice_24  Sonderzeichen in Router-Zugangsdaten erlaubt, SHT21  alternativ zum DHT22 verwendbar

09.01.2017: wiffi_voice_27  Taupunktberechnung und Absolutfeuchte hinzugefügt, DHT22 Abfrage verbessert

17.01.2017: wiffi_voice_30  Update über eigene Webseite, JSON-Telegramm überarbeitet

19.03.2017: wiffi_voice_36  Anpassung der 8181-Requests an CCU2-Firmware 2.27.7

28.03.2017: wiffi_voice_37  JSON Format angepasst

16 Update der Firmware über USB

Ein Update über USB ist etwas komplizierter als über WLAN. Aber wenn beispielsweise ein neues Ersatz-WeMos-Modul verwendet werden soll, dann ist  ein Update über USB die einzige Lösung. Hier die Anleitung dafür:

  1. Aktuelle Firmware runterladen, entpacken und bin-File wegspeichern
  2. Zuerst für den WeMos den notwendigen USB-Treiber installieren: windows 32&64bit
  3. USB-Kabelverbindung PC <>  WIFFI herstellen und im Gerätemanager unter Anschlüsse (COM & LPT) nachschauen, welcher COM-Port aktiv ist
  4. Xtcom Util runterladen, entpacken und starten
  5. Fenster Tools(T) / Config Device öffnen, die aktive COM-Nummer und die Baudrate 115200 eingeben und dann Open.
  6. Danach Connect  und dann am WIFFI den Prog-Taster gedrückt halten und währenddessen am WeMos kurz den Reset-Taster drücken. Wenn erfolgreich, dann kommt Meldung Connect with target OK
  7. Fenster API Test(A) /Flash Image Download öffnen und beim Image Path den Pfad des abgespeicherten bin-Files eingeben.
  8. Dann mit dem  Download Button den Download starten. Erfolgreicher Abschluss mit Operation Succeeded!
  9. Danach startet der WIFFI. Wenn LED  im sec-Takt blinkt, dann Prog-Taster solange drücken bis Dauerleuchten.
  10. Danach startet der WIFFI neu , warten bis die LED im 0,5sec-Takt blinkt, was den Hotspot-Modus signalisisiert
  11. Im Hotspot-Modus können jetzt auf IP 192.168.4.1 wie oben beschrieben die eigenen Zugangsdaten eingegeben werden.

… und wer unbedingt selbst die Software verändern oder anpassen möchte

Die Arduino Entwicklungsumgebung für den WeMos installieren. So geht’s: HowTo install Arduino IDE Hier sind die zusätzlichen voice-libraries:  diese libraries in den library Ordner laden Hier ist der Quellcode zur privaten Nutzung:  Quellcode wiffi_voice_38

… wo gibt´s den Bausatz ?

Einen kompletten Bausatz des WIFFI-voice  kann man in meinem Webshop erwerben:  Bausatz WIFFI-voice  und hier ist die  Bauanleitung  dazu.

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.

WIFFI-pump-2… die intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe mit Heizungsüberwachung

WIFFI-pump-2… die intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe mit Heizungsüberwachung

Firmware-Update 19.03.2017:  Fix für neue CCU2-Firmware 2.27.7

Die Vorgeschichte

Ich verwende meine  intelligente Steuerung für die  Trinkwasser-Zirkulationspumpe schon seit Jahren. Dafür habe ich eine Lösung mit einem Mikrocontroller Attiny entwickelt , die sehr gut als preiswerte standalone-Lösung funktioniert. Mit einem zusätzlichen Aktor mit allerdings zusätzlichen Kosten ist die Steuerung auch in die Homematic-Hausautomation integrierbar. Diese Lösung wird als Bausatz in meinem Webshop angeboten, weil sie kostengünstig und einfach ist. Zirkulationspumpensteuerung Attiny

Das neue  WIFFI_pump-2  Konzept eröffnet aber viel mehr Möglichkeiten, die über die Funktionalität der „alten“ Zirkulationspumpen-Steuerung weit hinausgehen. Mit dem WIFFI-pump-2 wird wie bisher die intelligente Steuerung der WW-Zirkulationspumpe erreicht aber mit der jetzt verfügbaren WLAN-Anbindung ist ein Datenaustausch sowohl mit der Homematic als auch mit anderen Servern  einfach möglich. Darüberhinaus  lassen sich beim WIFFI-pump-2  zwei 1wire-Temperatursensoren anschließen , um beispielsweise  die Vor- und Rücklauftemperatur zu messen und an die Homematic zu übertragen. Zusätzlich ist sogar im Hutschienengehäuse ein lichtstarkes OLED-Minidisplay optional verfügbar. So kann man zusätzlich auch die Funktion der Heizung überwachen und mit diesen Informationen mit der Homematic  geeignete Aktionen auslösen. Der WIFFI-pump-2 löst das Vorläufermodell  WIFFI-pump ab.

Grundsätzliche Aspekte

Eine Warmwasser-Zirkulation ist ein in der Hausinstallation heute oft eingesetztes Komfortmerkmal, um an allen Zapfstellen im Haus nahezu sofort nach Aufdrehen des Wasserhahnes warmes Wasser verfügbar zu haben. Dazu verwendet man eine Ringleitung, in der eine kleine sog. Zirkulationspumpe  das warme Wasser dauernd oder nur zu bestimmmten Tagesabschnitten im Kreis pumpt. Im Hinblick auf Energieeinsparung kommt schnell der Gedanke auf, durch „intelligentere“ Steuerung das System zu verbessern.

Der erste Gedanke ist meist die Verringerung des Verbrauchs von elektrischer Leistung durch die Zirkulationspumpe. In einem typischen Einfamilienhaus hat die heute meist nur 5W. Das heißt im Dauerbetrieb verbraucht diese Pumpe übers Jahr ganze 44KWh, also mit 25ct/KWH macht das etwa 11€. Allerdings wird  meist eine Schaltuhr  verwendet, die vielleicht 12h schaltet und demnach die Verbrauchskosten auf 6€/Jahr halbiert. Für 6€/Jahr lohnt sich wohl keine  „intelligentere“ Steuerung als eine einfache Schaltuhr!

Also warum denn hier was machen??
Der Grund liegt darin, dass die eigentlichen Verluste nicht elektrisch sind, sondern die erheblichen Wärmverluste der Ringleitung. Dazu habe ich Messungen gemacht, die hier auf der Webseite nachgelesen werden können:

zirkulationspumpe-warmebedarfsgerecht-geschaltet

Das Ergebnis kann man mit wenigen Kennzahlen trendmässig beschreiben:

– Elektrische Verluste  der Zirkulationspumpe:  5W   >> Jahreskosten 11€
– Wärmeverluste  der Ringleitung ohne Schwerkraftzirkulation:  60W   >>  Jahreskosten 132€    (mit einem Absperrhahn im Rücklauf wurde die natürliche Zirkulation abgeschaltet )
– Wärmeverluste der Ringleitung mit Schwerkraftzirkulation: 128W   >>  Jahreskosten 282€ !!
– Wärmeverluste der Ringleitung mit 12h/Tag laufender Zirkulationspumpe : 562W   >>  Jahreskosten 616€ !!!

Ohne jetzt das nur als „Hausnummer“  zu wertende Ergebnis weiter im Einzelnen zu diskutieren, wird eines klar:

Eine intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe ist nicht wegen der elektrischen Energieeinsparung sinnvoll, sondern hauptsächlich wegen der damit möglichen Reduzierung der Verlustwärme !!

Das intelligentes Steuerungskonzept

Optimal ist danach, daß die Zirkulationspumpe auch nur dann läuft, wenn auch irgendwo im Haus warmes Wasser möglichst ohne Wärmeverzug gezapft werden soll. Dazu gehört erst mal eine Strategie, um den Nutzerwunsch nach warmem Wasser zu erkennen. Denkbar wäre  ein Bewegungssensor im Badezimmer oder ein  Geräuschmelder in den „Wasserräumen“. Aber oftmals geht man in diese Räume, ohne den Warmwasserhahn zu betätigen . Also doch vielleicht einen Taster in Wasserhahnnähe installieren, den man anstößt, wenn warmes Wasser benötigt wird ? Das widerspricht aber einer „intelligenten“ automatischen Bedienung!
Also vielleicht einen Sensor installieren, der den Durchfluss mißt? Zu teuer und das erfordert   einen geeigneten Sensor und einen Eingriff in die Installation… Nein, lieber nicht!

Die Lösung ist einfach und auch nicht neu: Am Vorlauf-Ausgang des Warmwasserspeichers wird einfach mit einem Temperatursensor die Temperatur gemessen. Wenn dann warmes Wasser gezapft wird, dann erhöht sich schlagartig dort die Temperatur. Diese Temperaturerhöhung wertet man mit einer Elektronik entsprechend aus und schaltet umgehend die Zirkulationspumpe ein. Diese schiebt nun das warme Wasser schnellstens in die Ringleitung, so dass bereits nach relativ kurzer Zeit  das warme Wasser an der Zapfstelle ist.  Und spätestens jetzt wird klar, daß hierfür eine Pumpe mit möglichst hoher Leistung viel besser geeignet wäre, als die heute mit Schaltuhr eingesetzten Kleinleistungs-Typen.

Abgeschaltet wird die Pumpe entweder nach 3 bis 4 Minuten ( wenn die Ringleitung gut und komplett durchspült ist) oder wenn im Rücklauf am Warmwasserspeicher die Temperatur angestiegen ist. Dazu würde allerdings noch ein zweiter Temperatursensor benötigt.

Nach mehreren Versuchen mit und ohne zweiten Temperatursensor im Rücklauf wurde die einfache Lösung mit nur einem Temperatursensor im Vorlauf praktisch umgesetzt. Die Vorteile mit einem zweiten Sensor wären nur sehr gering!

Die erste Steuerung war analog mit wenigen Bauelementen umgesetzt (siehe Link oben) und hat ein Jahr problemlos gelaufen. Allerdings hatten einige Nachbauer mit Bauteiltoleranzen der analogen Steuerung zu kämpfen, so daß der Wunsch nach einer robusteren digitalen Lösung aufkam, die zudem optional in meine Homematic-Haussteuerung gut integriert werden kann. Damit meine ich, daß die Homematic sowohl die Zirkulationspumpe einschalten kann, als auch bei selbsttätiger Einschaltung die Homematic über den Schaltzustand rückinformiert wird. (bidirektionale Einbindung).

Vielleicht wird der eine oder andere Leser die Frage stellen, warum denn nicht gleich die Zirkulationspumpe mit der Homematic steuern?
Die Antwort ist einfach, weil die aktuell verfügbaren Homematic-Temperatursensoren mit Aktualisierungsintervallen von 3 und mehr Minuten  viel zu langsam sind!

Technische Daten

Mit Verwendung des WeMos D1 mini Controllermoduls mit dem  hochintegrierten Wifi-Chip ESP8266 eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten für die kompakte Realisierung eines Steuerungsmoduls im praktischen Hutschienengehäuse. Dabei wird nicht nur die intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe nach oben beschriebenen Steuerungsprinzip möglich sondern zusätzlich werden mit dem Modul auch zwei sog. 1wire-Temperatursensoren abgefragt, deren Meßsignal an die Homematic-CCU übertragen und auf einem optionalen OLED-Minidisplay angezeigt wird.

Hier die wesentlichen Eigenschaften des WIFFI-pump-2:

  • schnelle Temperaturmessung am Warmwasser (WW)-Ausgang mit NTC und …
  • Einschalten der Zirkulationspumpe in Abhängigkeit von der WW-Temperaturerhöhung
  • Einschalten mit integrierter Internet-Wochenzeitschaltuhr mit 10 Schaltzeiten
  • beliebiges Einschalten der Zirkulationspumpe auch von der Homematic-CCU direkt
  • zusätzliche Messung von zwei Heizungstemperaturen mit optionalen 1wire-Sensoren (z.B. Vorlauf- und Rücklauftemperatur )
  • optionales lichtstarkes OLED-Minidisplay zur Anzeige  der Temperaturen
  • kompaktes Hutschienengehäuse nur 2TE
  • einfache Einstellung auf eigenen Webseiten mit dem Browser
  • WLAN-Kommunikation mit dem heimischen Router
  • automatische Kommunikation mit  der Homematic-CCU  oder unabhängiger Standalone-Betrieb
  • Update über WLAN  (OTA) auch später im verbauten Zustand
  • JSON-Datentelegramm abrufbar für die Integration in andere Systeme der Hausautomation

Die elektronische Schaltung

Die gesamte Schaltung konnte auf einer so kleinen Platine realisiert werden, daß sie in ein 2TE Hutschienengehäuse paßt. Auf der einen Seite werden die 5V-Spannungsversorgung (externes 5V-Netzteil mit mindestens  0,5A)  an die Schraubklemmen geschaltet. Auf der anderen Netzspannungsseite ist der Einschaltkontakt für die Zirkulationspumpe verfügbar. Die Statusanzeige erfolgt mit einer LED, die im Betrieb durch ein Schraubklemmenloch erkennbar ist. Diese LED-Anzeige benötigt man nur zum Anlernen und oder zur Funktionskontrolle.

wiffi_pump2_13

Die gesamte Verschaltung des Moduls zeigt das folgende Bild. Der NTC-Temperaturfühler mißt die WW-Auslauftemperatur und schaltet bei schnellen Temperaturerhöhungen am WW-Auslauf das Relais zum Einschalten der Zirkulationspumpe. Danach bleibt die Zirkulationspumpe für etwa 4min eingeschaltet, damit das warme Wasser in der WW-Zirkulationsleitung verteilt wird. Die Einschaltzeit von 4min kann an die individuellen Bedürfnisse  im sog. Expertenmodus angepasst werden. Wie das geht, ist weiter unten beschrieben. Aber die gewählten 4min sind für typische Zirkulationsleitungen ein guter Wert. Darüberhinaus können wie im Bild dargestellt sog. 1wire Temperatursensoren angeschaltet werden, mit denen ohne Eichung eine recht genaue Temperaturmessung möglich ist. Ich verwende diese Sensoren für die Messung der Vorlauftemperatur im Kesselkreis und zur Messung der Vorlauftemperatur für die Fussbodenheizung (nach dem Mischer). Aber was man letztlich damit macht,  kann man flexibel nach eigenen Bedürfnissen anpassen.

Folie13

Wichtige Anmerkung zu den 1Wire-Temperatursensoren mit dem DS18B20:
Die Sensoren werden teilweise mit unterschiedlichen Farben der Anschlussdrähte geliefert. Ich kenne aktuell folgende Versionen:
– wie Bild oben :    SCHWARZ=gnd, BLAU=data, ROT=+3.3V
– oder alternativ :  GELB = gnd,  GRÜN = data, ROT = +3.3V
– oder alternativ:   SCHWARZ = gnd,   GELB = data,  ROT = +3.3V

Der Nachbau

Zum Nachbau des WIFFI-pump habe ich einen Bausatz zusammen gestellt, der auch weniger löterfahrenen Elektronikern den Nachbau möglich macht.  Beim WeMos  D1 mini Modul müssen nur die Buchsenleisten eingelötet werden. Die wenigen restlichen Bauteile lassen sich mit meiner Bauanleitung recht schnell zusammenbauen.

wiffi_pump2_8

Den Bausatz gibt es optional auch mit den zusätzlich verwendbaren  zwei  1wire-Temperatursenoren vom Typ DS18B20. Diese Sensoren sind schon fertig mit einem 1m Kabel konfektioniert, wobei der Sensor in einer Edelstahlhülse sitzt.

Darüberhinaus gibt es optional ein lichtstarkes OLED-Minidisplay, das auch nachträglich einfach hinzugefügt werden kann. Nur das Displaymodul aufstecken, die Software erkennt automatisch das Modul. Damit das auch alles sehr professionell aussieht gibt´s zum Display einen passenden Kunststoffrahmen und eine Blende im 3D-Druck für das Hutschienengehäuse dazu.

wiffi_pump2_1

Die Inbetriebnahme

Die Steuerung sollte in einem Installationsgehäuse an einem trockenen Platz in der Nähe der Heizung untergebracht sein. Leitungslängen für die Messsignale sollten möglichst nicht länger als 3m sein. Im Hinblick auf zuverlässige Funktion sind die Messleitungen aber so kurz wie möglich zu dimensionieren. Bei den Signaleitungen sollte man immer Netzleitungen und Signalleitungen getrennt verlegen. Dazu sind alle entsprechenden Sicherheitsregeln für den Umgang mit Netzspannungen unbedingt zu berücksichtigten.

Ohne entsprechende Fachkenntnisse muß die Installation unbedingt von Fachpersonal  durchgeführt werden. Siehe auch nochmal meine Warnhinweise hierzu: Warnhinweise

Anlernen und Einstellen des WIFFI-pump-2

Für die Einstellung des Moduls muß man nur zwei Taster  betätigen:

>> den Reset-Taster an der Seite des WeMos-Moduls

>>  den Prog-Taster auf der Platine

Achtung: nie den PROG-  und RESET-Taster gleichzeitig drücken, da das Modul dann in den Programmiermodus geht und u.U. die Firmware beschädigt wird.

Im Werkszustand weiß der WIFFI-pump-2 noch nicht die Zugangsdaten des heimischen WLAN. Deshalb muß man zuerst diese Zugangsdaten einprogrammieren. Dazu braucht man ein Smartphone oder besser ein Notbook mit WLAN. Und das geht so:

>> Reset-Taster kurz drücken.

>> Nach etwa 12 sec beginnt die LED im 1sec-Takt zu blinken. Damit wird signalisiert, daß ein WLAN-Hotspot gesucht wird. Da aber noch die Zugangsdaten fehlen, macht der WIFFI-pump-2 das einige Zeit so und geht dann nach längstens nach 60sec wegen Erfolglosigkeit in den Standalone-Modus (sehr kurze Blitze im 1sec-Takt).

>>Will man aber seinen WIFFI-pump-2 an den heimischen Router anlernen , dann sollte man während der 60sec-Suchphase den Prog-Taster etwa 2sec drücken. Die LED quittiert das mit einem gleichmäßigen Blinken mit etwa 2Hz. Jetzt ist der WIFFI-pump-2 dauerhaft im sog. Hotspot-Modus. Damit stellt er einen eigenen Hotspot mit dem Namen (ssid)  wiffi auf der festen IP 192.168.4.1 zur Verfügung. Mit einem Smartphone oder besser mit einem Notebook kann man im WLAN-Modus nun mit diesem Hotspot eine gesicherte Verbindung herstellen. Das Passwort (pwd) ist wiffi1234.

>> Danach mit dem Browser die Webseite zur Einstellung  des WIFFI-pump-2  aufrufen. Diese Webseite hat die feste IP 192.168.4.1  Achtung, diese IP-Adresse hat nichts mit der späteren IP-Adresse  des WIFFI-pump-2 im Heimnetz zu tun! Also man ruft im Browser einfach folgende Adresse auf   192.168.4.1/?  und erhält als Antwort die Hotspot-Webseite des WIFFI:

>> Mit wenigen verfügbaren Befehlen kann der WIFFI-pump-2  nun an den eigenen Router und die CCU angelernt werden: (… und nie den Doppelpunkt am Ende des Befehls  vergessen!)

  • 192.168.4.1/?ssid:meineSSID:    setzt die SSID des Routers, die SSID muß weniger als 25 Zeichen haben und keine Sonderzeichen enthalten
  • 192.168.4.1/?pwd:meinPasswort:   setzt den Router WLAN-Netzwerkschlüssel   ( WPA2) , Restriktionen wie bei SSID
  • 192.168.4.1/?ccu:192.168.178.41:   setzt die Homematic CCU-IP, dafür muß die CCU eine feste IP haben. Einstellen im Router !!

>> Damit ist schon der WIFFI-pump-2 für das Heimnetz eingestellt und kann mit dem Reset-Taster neu gestartet werden. Wenn die Router-Zugangsdaten richtig eingegeben worden sind, dann müßte nach etwa 12 sec der Wiffi-pump-2 beginnen, sich beim Router einzuloggen (LED blinkt jede Sekunde).  Meist dauert das einige Sekunden, bis das Einloggen erfolgreich ist und die LED dies signalisiert, indem sie jede Sekunde einen Doppelblitz sendet. Jetzt ist der WIFFI-pump-2 im Heimnetz mit einer eigenen IP und dem Namen  wiffi_pump.local  registriert. Welche IP das genau ist, das kann man im Router nachsehen.

>> An dem regelmässigen LED-Blitz kann man die Verbindungssituation erkennen:

  • sehr kurze und schwache regelmässige Blitze im 1sec-Takt: keine WLAN-Verbindung, stand-alone Betrieb!
  • helle regelmässige Blitze im 1sec-Takt: WLAN-Verbindung hergestellt. Aber keine CCU-Verbindung vorhanden!
  • helle regelmässige Doppelblitze  im 1sec-Takt: WLAN und CCU-Verbindung vorhanden!
  • helle regelmässige Blitze im 0,5sec-Takt: im Hotspot-Modus

Wichtig: Die Funktion der temperaturabhängigen Steuerung der Zirkulationpumpe funktioniert völlig unabhängig davon, ob WLAN-Verbindung da ist oder nicht! Ein Stand Alone Betrieb ist immer gewärleistet, auch wenn die CCU oder die WLAN-Verbindung ausfällt!

>> Jetzt läßt sich die Webseite des WIFFI-pump-2 mit jedem beliebigen Browser anzeigen. Man gibt in die Adresszeile einfach nur die IP oder den Namen ein:
http://<ip-wiffi>   oder einfach wiffi_pump.local. Das folgende Bild zeigt das Ergebnis.

Dabei ist zu beachten, daß die Messwerte nur beim Aktualisieren der Webseite oder Bedienen des Buttons „Aktualisierung Messwerte“ auch aktuell sind; eine permanente Aktualisierung der Anzeige erfolgt wegen Minimierung des Datenverkehrs nicht!

Einstellen der CCU

Damit  die Sensordaten und die Zustandsinformationen des Wiffi-pump-2 automatisch an korrespondierende Systemvariable in der Homematic-CCU geschickt werden, müssen einerseits in der CCU entsprechende Systemvariablen festgelegt werden und andererseits müssen die individuellen Namen dieser Systemvariablen auch  im Wiffi-pump-2 gespeichert werden. Das Anlernen des WIFFI-pump-2 an die CCU erfolgt also ganz einfach, indem man in der CCU die folgenden vier  Systemvariablen definiert:

>> wiffi_pump_ip  vom Typ Zeichenkette

>> wiffi_pump  vom Typ Logikwert , Werte EIN und AUS

>> wiffi_ww_temp  vom Typ Zahl, Maßeinheit °C    ( Anmerkung: ich verwende diesen Sensor zur Messung der Temperatur im WW-Speicher; kann natürlich individuell geändert werden! )

>> wiffi_vorlauftemp  vom Typ Zahl, Maßeinheit°C  ( Anmerkung: ich verwende diesen Sensor zur Messung derVorlauftemperatur der Heizung; kann natürlich individuell geändert werden! )

Eine funktionierende Kommunikation zwischen dem Wiffi-pump und der CCU erfordert absolut  gleiche Benamung der Systemvariablen in der CCU und im Wiffi-pump!

Wenn notwendig kann man mit dem name-Befehl  die HM-Systemvariablen auch mit eigenen Namen versehen . Standardmässig sind die oben im Bild gezeigten Systemvariablen benannt worden. Im ersten Schritt sollte man erst mal die von mir verwendeten Namen verwenden und kann dann die Erläuterung der nächsten 4 Befehle einfach überspringen !

  • 192.168.4.1/?name:o:meine_wiffi_ip:   setzt den individuellen Namenskürzel für die  entsprechenden HM-Systemvariable, welche die IP-Adresse dese Wiffi-pump enthält.
  • 192.168.4.1/?name:1:zustand_Pumpe:   setzt den individuellen Namenskürzel für die  entsprechenden HM-Systemvariable, welche den Schaltzustand der Zirkulationspumpe enthält.
  • 192.168.4.1/?name:2:meine_Temp_A:   setzt den individuellen Namenskürzel für die  entsprechenden HM-Systemvariablen, welche die Temperatur des 1Wire-Sensors an D12 /A enthält.
  • 192.168.4.1/?name:3:meine_Temp_B:   setzt den individuellen Namenskürzel für die  entsprechenden HM-Systemvariablen, welche die Temperatur des 1Wire-Sensors an D13 /B enthält.

Und bei der Homematic immer beachten, daß für die Namen der Systemvariablen nie Sonderzeichen außer dem Tiefstrich verwendet werden. Das gibt nur Ärger !!

Die Befehle des WIFFI-pump-2

Im WIFFI-pump-2 sind eine Reihe von Befehlen integriert, mit denen der WIFFI nach den eigenen individuellene Bedürfnissen eingestellt werden kann (… aber nicht muß!). Dazu sind 3 Webseiten vorhanden, die durch Anklicken der blauen Schrift-Buttons aufgerufen werden. Die Seite Normalmodus  zeigt die Messwerte , alle relevanten Statusinformationen und die möglichen Browser-Befehle.  Mit Anklicken des EIN/AUS-Buttons kann man die Zirkulationspumpe manuell dauerhaft schalten und mit Aktualisierung der Messwerte werden die Messwerte erneut ermittelt.

Folgende Befehle können aktuell per Browsereingabe verwendet werden (Achtung nie den abschließenden Doppelpunkt vergessen !) .

Die Internet-Schaltuhr

Seht parktisch ist eine integrierte Schaltuhr mit 10 Schaltzeiten, die sich automatisch mit der aktuellen Internetzeit setzt. Die Schaltuhr kann hilfreich sein, wenn man beispielsweise in der Heizung feste Zeiten für die Desinfektion eingestellt hat. An diesen festen Zeiten kann man dann automatisch auch die Zirkulationspumpe einschalten. Zwar könnte man das auch über die Homematic machen, aber das Gerät soll auch ohne Homematic komfortabel funktionieren. Die Anwendungsmöglichkeiten einer integrierten Schaltuhr sind sicher vielfältig und müssen nicht näher erläutert werden.

Mit der Webseite „Schaltzeiten“ können insgesamt 10 Schaltsequenzen gesetzt werden. Das folgende Bild zeigt die Einstellseite:

Gesetzt werden die Schaltzeiten mit dem time-befehl in der Adresszeile des Browsers. Will man beispielsweise mit der Schaltzeit 1 die Zirkulationspumpe am Samstag (Wochentag 7) um 7h15 bis 8h15 einschalten, dann erfolgt dies mit dem Befehl in der Adresszeile des Browsers::

<ip-wiffi>/?time:1:7:0715:0815:

Weitere Erklärungen ergeben sich sicher aus dem obigen Bild der Webseite.

Der Experten-Modus

Als dritte Webseite ist der Expertenmodus vorhanden. Normalerweise sind hier keine Veränderungen durchzuführen. Und man sollte dies auch nur dann tun, wenn man weiß was man da einstellt. Ansonsten kann das Gerät u.U. danach nicht mehr funktionieren. Veränderungen von Kennwerten sind mit dem param-Befehl möglich. Wenn man beispielsweise die Laufzeit der Zirkulationspumpe von den eingestellten 240sec auf 300sec vornehmen will, dann macht man das mit dem Befehl:  <IP-wiffi>/?param:0:300:

Details zur Erläuterung der Experten-Parameter und die Liste möglicher Befehle sind im Informationsblatt der aktuellen Firmware im runterladbaren ZIP-Archiv (siehe weiter unten).

Update der Firmware über WLAN

Ein Update des WIFFI erfolgt ohne Demontage bzw. Geräteöffnung komplett über das WLAN. Dabei ist der WIFFI im Heimnetz über WLAN eingeloggt und seine Webseite ist mit der vom Router vergebenen IP-Adresse aufrufbar. Hier ist die genaue Beschreibung der Vorgehensweise als pdf-Dokument zum Runterladen :  wiffi_update_anleitung22

Hinweis: Ab der Firmwareversion wiffi_pump2_60a  ist das Update deutlich einfacher über die eigene Update-Webseite des WIFFI durchzuführen !

und hier ist die aktuelle Firmware zum Download:

diese Version wird verwendet mit und ohne 64×48- Display:

wiffi_pump_47 mit/ohne 64×48 Display
Ab 10/2016 wird als ein etwas breiteres OLED-Display mit 128×64 Pixel verwendet. Die dafür entsprechend geänderte Firmware ist:

wiffi_pump_53a mit/ohne 128×64 Display   >> besser einstellbarer Schaltalgorithmus (auch bei langsameren  Temperatursteigerungen) , Help-Funktion erweitert, PWD und SSID jetzt auch mit Sonderzeichen möglich

wiffi_pump_57a mit/ohne 128×64 Display  >> PWD und SSID mit Leerzeichen, verbesserte 1Wire-Temperaturmessung,Temperaturen mit Korrekturmöglichkeit, Update mit/ohne Erhalt der Zugangsdaten und Parameter, Parameter für Urlaubsabschaltung

wiffi_pump_60a mit/ohne 128×64 Display  >> vereinfachtes Update , zusätzliche Helpseite

wiffi_pump_61 mit/ohne 128×64 Display  >> verbessertes Verhalten bei WLAN-Störungen, Komplett-Update notwendig (siehe Update Menue)

wiffi_pump_66 mit/ohne 128×64 Display  >> Fix für neue CCU2-Firmware 2.27.7: 8181-Request angepasst, damit systemvariablen aktualisiert werden

wiffi_pump_69 mit/ohne 128×64 Display  >> JSON-Format angepasst, Bitte beachten: param[20] entsprechend der vorhandenen Hardwareversion setzen !

Zum Updaten die heruntergeladenen Zip-Archive in ein temporäres Verzeichnis entpacken und zum Update nur die *.bin Datei verwenden, nicht den  Zip-File !!!

Update der Firmware über USB

Ein Update über USB ist etwas komplizierter als über WLAN.  Aber wenn beispielsweise ein neues WeMos-Modul verwendet werden soll, dann ist  ein Update über USB die einzige Lösung.

Hier die Anleitung dafür:

  1. Aktuelle Firmware runterladen, entpacken und bin-File wegspeichern
  2. Zuerst für den WeMos den notwendigen USB-Treiber installieren: windows 32&64bit
  3. USB-Kabelverbindung PC <>  WIFFI-pump herstellen und im Gerätemanager unter Anschlüsse (COM & LPT) nachschauen, welcher COM-Port aktiv ist
  4. Xtcom Util runterladen, entpacken und starten
  5. Fenster Tools(T) / Config Device öffnen, die aktive COM-Nummer und die Baudrate 115200 eingeben und dann Open.
  6. Danach Connect  und dann am WIFFI-pump den Prog-Taster gedrückt halten und währenddessen am WeMos kurz den Reset-Taster drücken. Wenn erfolgreich, dann kommt Meldung Connect with target OK
  7. Fenster API Test(A) /Flash Image Download öffnen und beim Image Path den Pfad des abgespeicherten bin-Files eingeben.
  8. Dann mit dem  Download Button den Download starten. Erfolgreicher Abschluss mit Operation Succeeded!
  9. Danach startet der WIFFI-pump. Wenn LED  im sec-Takt blinkt, dann Prog-Taster solange drücken bis Dauerleuchten.
  10. Danach startet der WIFFI-pump neu , warten bis die LED im 0,5sec-Takt blinkt, was den Hotspot-Modus signalisisiert
  11. Im Hotspot-Modus können jetzt auf IP 192.168.4.1 wie oben beschrieben die eigenen Zugangsdaten eingegeben werden.

Rückstellen in den Werkszustand

Manchmal kann es notwendig sein, die im EEPROM abgelegten Zugangsdaten für den heimischen WLAN-Router zu löschen und den WIFFI-pump in den Auslieferungszustand zu versetzen. Hierfür wird durch 2 sec-Drücken des PROG-Tasters zuerst in den  Hotspot-Modus geschaltet, was durch schnelles Blinken der roten LED angezeigt wird. Danach hält man den PROG-Taster für mehr als  10 sec gedrückt, was mit einer langsam blinkenden LED bestätigt wird, die dann in Dauerleuchten übergeht.  Jetzt sind alle Nutzerdaten gelöscht und mit Druck auf den RESET-Taster kann wieder neu gestartet werden.

Achtung: nie den PROG-  und RESET-Taster gleichzeitig drücken, da das Modul dann in den Programmiermodus geht und u.U. die Firmware beschädigt wird.

Alternativ kann man das auch mit dem oben beschrieben factory-Befehl durchführen.

Schalten der Zirkulationspumpe mit der Homematic

Eigentlich braucht man die Zirkulationspumpe nicht von der CCU schalten, da sie ja vom WIFFI-pump-2 automatisch in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung am WW-Auslauf eingeschaltet wird.  Aber aus verschiedenen Gründen ist es dennoch sinnvoll, die Zirkulationspumpe zu bestimmten Zeiten einzuschalten. Beispielsweise wenn die Heizung zur Legionellendesinfektion zu einem bestimmten Zeitpunkt die Temperatur im WW-Speicher hochfährt, dann macht ein gleichzeitiges Spülen der Ringleitung durchaus Sinn. Oder wenn man morgens immer zu einer bestimmten Zeit duscht, dann will man nicht warten, bis nach Aufdrehen des Wasserhahnes die Zirkulationspumpe das warme Wasser erst ranbringt. In all diesen Fällen ist ein vorausschauendes zeitgesteuertes Einschalten absolut sinnvoll.

Das Einschalten erfolgt mit einem einfachen HM-Skript, das zum gewünschten Zeitpunkt die Pumpe eine bestimmte Zeit einschaltet.

HM_wiffi_prog

und hier ist das HM-Skript dazu, das in meinem Beispiel alle 15min zwischen 7h00 und 8h00 aufgerufen wird.

!hiermit wird die z_pump  für 300 sec eingeschaltet 
string befehl = "/?trigger:300:";   
string IP = dom.GetObject("wiffi_pump_ip").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_wz
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);

Man kann auch einfach mit einem Browser dies ausprobieren, indem man folgenden Befehl eingibt:

<ip-wiffi>/?trigger:300:       Danach schaltet die Zirkulationspumpe für 300sec ein.

Natürlich kann man solch einen String auch von anderen Rechnern wie Rasberry und Co. abschicken. Somit ist der WIFFI-pump sehr zukunftssicher. Vielleicht mache ich dazu mal eine einfache App . Anregungen dazu nehme ich gerne entgegen!

Die Montage des NTC-Temperatursensors

Der Temperatursensor muß am vorlaufseitigen Ausgangsrohr des Wasserspeichers so nah angebracht werden, daß bei Zapfen von warmem Wasser möglichst schnell eine Temperaturerhöhung gemessen wird. Andererseits darf der Sensor nicht zu nah am Wasserspeicher sein, weil sonst die wasserseitige Wärmeausstrahlung das Rohr immer erwärmt. Mein Erfahrungswert für die optimale Leitungsentfernung zwischen Sensor und Speicherausgang ist  etwa 40cm bis 60cm; das hängt vom Leitungsquerschnitt und den räumlichen Gegebenheiten ab. Muß man halt etwas probieren!
Test: Wenn die Zirkulationspumpe längere Zeit nicht gelaufen ist, dann sollte der geplante Anbringungsort für den Sensor höchstens handwarm sein!
Folie8

Besonders wichtig für eine gute Funktion ist natürlich eine gut entlüftete Ringleitung. Wenn hier sich Luftblasen angesammelt haben, dann ist eine effektive Pumpfunktion nicht möglich. Besonders die Schwerkraftbremse muß einwandfrei funktionieren, damit bei abgeschalteter Zirkulationspumpe auch wirklich kein Wasser zirkuliert. Prüfen kann man das folgendermaßen:
Zirkulationspumpe stromlos machen und mindestens 2 Stunden den Kreislauf abkühlen lassen. wenn  danach der Rücklauf  kalt ist und der Vorlauf nur auf dem ersten Meter handwarm, dann ist keine natürliche Zirkulation da und die Schwerkraftbremse ist in Funktion.

Danach wird die Zirkulationspumpe eingeschaltet und die Zeit gemessen, bis das warme Wasser am Rücklauf angekommen ist. Wenn nach 2 bis 5 Minuten das warme Wasser im Rücklauf angekommen ist, dann scheint der hydraulische Pumpenkreis wohl in Ordnung zu sein!

Hinweise bei Funktionsproblemen

Ein ganz einfacher Funktionstest ist nun möglich, indem man den noch nicht montierten kalten NTC-Temperatursensor zwischen den Fingern einige Sekunden anwärmt. Dann muß sofort das Relais einschalten und nach etwa 4min die Zirkulationspumpe wieder abschalten. Wenn das so funktioniert, dann funktioniert der Wiffi-pump richtig!

Wenn es nicht funktioniert, dann sind nachfolgend einige mögliche Fehlerursachen aufgelistet:

  • Ist die Leitung für den NTC-Sensor nicht länger als 1 bis 2m und liegt möglichst nicht mit anderen Kabeln nah zusammen
  • Ist das Netzteil in Ordnung ? Oft neigen Billig-Netzteile zu Störungen.
  • Ist der NTC-Sensor an einem metallischen Rohr montiert ? Kunststoffrohre funktionieren nicht !
  • Hat der NTC-Sensor guten Wämekointakt mit dem Rohr am WW-Auslauf ?
  • Ist der Sensor auch nicht zu nah am WW-Auslauf positioniert, so daß bei  Erwärmung des WW_Speichers die Erwärmung bis in das WW-Auslaufrohr einwirkt.
  • Hat die Zirkulationspumpe eine sog. Schwerkraftbremse ? Bei modernen WW-Pumpen ist das Ventil in der Pumpe. Es gibt aber auch Rückschlagventile, um ein Zirkulation bei abgeschalteter Pumpe zu verhindern.
  • Wenn die Pumpe trotzdem zu häufig schaltet, dann kann in den Experteneinstellungen der Wert param[1] erhöht werden. Typischer Einstellbereich 4 (zu empfindlich)  bis 20 ( unempfindlich). Wenn param[11] vorhanden, dann diesen Wert nicht kleiner als param[1] einstellen.

Hier noch entsprechende Hinweise von der Help2-Seite des WIFFI-pump:

… wo gibt´s den Bausatz ?

Einen kompletten Bausatz des WIFFI-pump-2  kann man in meinem Webshop erwerben: 

Bausatz WIFFI-pump-2

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 Heizungssystem dürfen nur von ausgebildeten Fachpersonal durchgeführt werden. Es sind die geltenden Sicherheitsvorschriften und die DVGW-Richtlinien einzuhalten.

Der WIFFI-WZ 2.0 … der Wohnzimmersensor

Der WIFFI-WZ 2.0 … der Wohnzimmersensor

Update 28.05.2017:  Anpassung an optionalen CO2-Sensor MH-Z14

Das ist der  WIFFI-WZ !

Der WIFFI-WZ ist das erste Modul einer Reihe von weiteren Sensor- und Aktor-Modulen, die hauptsächlich zur  Erweiterung  und  Ergänzung der Hausautomation mit der Homematic konzipiert sind.  Die WIFFI´s sind allesamt Funkmodule , die das in nahezu jedem Haushalt vorhandene gesicherte WLAN-Funknetz verwenden, um mit der Homematic-CCU zu kommunizieren.

Der WIFFI-wz bringt  8 (!)  Sensoren und einen Warnmelder unter einen Hut:IR-Bewegungsmelder links

  • IR-Bewegungsmelder rechts
  • Temperaturmessung (mit DHT22)  (BME280 alternativ verfügbar)
  • Luftfeuchtemessung (mit DHT22)  (BME280 alternativ verfügbar)
  • Luftdruckmessung (mit BMP180 oder BMP280 oder BME280 )
  • Geräuschmelder mit einstellbarer Empfindlichkeit
  • Helligkeitsmessung /Luxmeter  mit BH1750
  • Luftgütesensor  mit MQ135 oder optional mit MH-Z14
  • Beeper als akustischer Warnmelder

Zusatzlich werden aus diesen Messwerten für die Hausautomation sehr nützliche Kennwerte berechnet und an die Homematic oder andere Server übertragen:

  • Elevationswinkel der Sonne  (für Rollladen- und Beschattungssteuerung)
  • Azimutwinkel der Sonne  (für Rollladen- und Beschattungssteuerung)
  • Taupunkt-Temperatur (für scimmelvermeidung und Steuerung von Lüftungen und Entfeuchter)
  • absolute Feuchtigkeit (für scimmelvermeidung und Steuerung von Lüftungen und Entfeuchter)
  • Luftdrucktrend zur Erkennung von Wetteränderungen

Und so sieht das Gerätchen im zusammengebauten Zustand aus. Mit einer Stromversorgung über ein einfaches 5v/1A-Steckernetzteil sind keine Batterien notwendig. Das macht auch Sinn, weil ja im Wohnraum eh eine Steckdose vorhanden ist und regelmäßiger Batteriewechsel nur nervt! Darüberhinaus benötigen fast alle Gassensoren eine Beheizung, die mit Batterien gar nicht sinnvoll darstellbar ist!

Der WIFFI-WZ ist ein Selbstbauprojekt; der Bausatz dafür mit bereits programmierten Chips kann über  meinen Webshop bezogen werden. Ein mitgelieferte bebilderte Bauanleitung macht den Nachbau auch für „Nicht-Nerds“ gut machbar. Lediglich etwas Erfahrung mit Elektronik-Bauteilen und Lötkolben ist notwendig. Der WIFFI selbst ist bereits programmiert. Die Eingabe der Zugangsdaten für den heimischen WLAN-Router und der IP-Adresse der eigenen Homematic-CCU erfolgt sehr komfortabel mit einem Smartphone/Tablet oder Notebook auf der eigenen Webseite des WIFFI-WZ .

Die Vorgeschichte

Eigentlich war dieser Sensor als reiner „Wohnzimmersensor“ konzipiert, aber die Diskussion hier zeigte, daß ein großes Interesse an einem solchen Sensor besteht und  eine universelle Verwendbarkeit in jedem Raum gewissermaßen als „Raumsonde“  für viele Hausautomatisierer sehr interessant ist. Entsprechende geeignete Multifunktionssensoren gibt es zumindest für die Homematic nicht, sondern man müßte die komplexe Multifunktion mit einer Vielzahl von Einzelsensoren darstellen, was nicht nur hohe Kosten bedeutet sondern auch wegen des dann verwendeten „Gemischtwarenladens“ auch sehr unschön aussieht! So ist unter dem Pseudonym „Wohnzimmersensor“ dieser nachfolgend als WIFFI-WZ  bezeichnete Multifunktionssensor entstanden, der die Anforderungen an eine anspruchsvolle intelligente Hausautomation ausgezeichnet erfüllt.

1. Der WIFFI-WZ  … 8 (!) Sensoren unter einem Dach!

Die Anforderungen an einen Raumsensor sind bestimmt durch die Anforderungen der in diesem Raum wohnenden Menschen an Funktionalität, Komfort und Lebensqualität. Und da spielen Licht, Luft, Geräusche und Bewegungen eine zentrale Rolle. Deshalb wurde die Auswahl der notwendigen Sensoren im Hinblick auf die entsprechenden Zustandsparameter des Wohnraumes vorgenommen. Mit den Eigenschaften der verwendeten Sensoren ergeben sich daraus die Technischen Eigenschaften des WIFFI-WZ:

Lufttemperatur, Messung mit DHT22, Technische Details hier: DHT22 Daten oder alternativ mit dem BME280
Luftfeuchtigkeit, Messung mit DHT22  oder alternativ mit dem BME280
Luftqualität, Messung mit MQ135, Technische Eigenschaften hier: MQ 135 Datenblatt
Luftdruck, Messung mit BMP180, Technische Eigenschaften hier: BMP 180 Datenblatt oder alternativ mit dem BME280
Helligkeit, Messung mit BH1750,  Datenblatt hier: BH 1750 Datenblatt
Geräusche / Lautstärke:   Messung mit Elektret-Mikrofon und Auswertung mit geeigneter Schaltung
–  2 Bewegungen in zwei Raumrichtungen: nach rechts und  links. Bewegungsmelder nach dem PIR-Prinzip, Datenblatt : http://www.mpja.com/download/31227sc.pdf

Insgesamt sind das 8  Sensorsignale, die abhängig von den Veränderungen der gemessenen Signale mehr oder weniger häufig an die Homematic-Zentrale gesendet werden. Die Übertragung der Sensorsignale  an die Homematic erfolgt ausschließlich drahtlos, natürlich  mit WPA2 abgesichertem WLAN.

2. Der WIFFI-WZ …  Nachbau ganz einfach!

Damit der Nachbau auch für den weniger versierten Elektroniker möglich ist, wurde ein Komplettbausatz entwickelt. Dabei ist die Basisplatine mit dem Prozessor ESP8266-12 und den den vielen kleinen SMD-Bauelementen bereits auf der Trägerplatine verlötet. Lediglich größere Steckverbinder müssen selbst konfektioniert und verlötet werden. Sorgfalt und der fachgerechte Umgang mit dem Lötkolben sind aber
schon erforderlich!

Folie2

Alle Teile und alle zu verlötenden oder steckbaren Sensoren sind beim Bausatz schon dabei. Das Netzteil wird allerdings nicht mitgeliefert. Benötigt wird ein 5V/1A Steckernetzteil mit 5,5mm/2.1mm Hohlstecker.  Dabei sollte man beim Netzteil auf gute Qualität achten, weil diese ja immerhin im Dauerbetrieb arbeiten.  Die einschlägigen Elektronikhändler bieten hier genügend Alternativen an.

In der Bauanleitung  hier wird Schritt für Schritt der Zusammenbau erklärt.  In deutlich weniger als einer Stunde müßte normalerweise ein erfolgreicher Zusammenbau  erledigt sein.

Folie4

Mehr Infos zum Selbstbau in der WIFFI-WZ Bauanleitung ab Firmware wiffi_wz_37

3. So sieht der WIFFI-WZ im Gehäuse aus

Damit der WIFFI-wz auch im Zimmer eine gute Figur macht und an geeigneten Stellen optisch ansprechend platziert werden kann, wurde eine kubische Gehäuseform entwickelt. Diese nimmt die Platinen mit allen Sensoren auf und ist im 3D-Druckverfahren hergestellt. Es muß nicht nachbearbeitet werden, da bereits alle Bohrungen und Ausschnitte enthalten sind. Das verwendete Kunststoffmaterial ist PLA-Filament. Deshalb ist kein Betrieb im Aussenbereich oder unter sehr warmen Umgebungsbedingungen möglich. Das Gehäuse ist formstabil bis ca. 60°C, was für den sinnvollen Betrieb des WIFFI-wz mit eingebautem Temperatursensor normalerweise ausreichend sein sollte. Die Oberfläche ist nicht völlig glatt sondern hat aufgrund des Herstellverfahrens eine schichtweise Struktur wie man in den beigefügten Bildern erkennen kann.


Das Gehäuse ist unten offen, damit die Eigenerwärmung der Platine und insbesondere des beheizten Gassensors mit den rückwärtigen Lüftungsschlitzen abgeführt wird. Der Temperatursensor ist ganz unten montiert, damit Fehlmessungen durch thermische Effekte im Gehäuse möglichst gering sind.

Folie46

Man kann das Gehäuse noch weiter „veredeln“ . Dazu sind die Gehäuseflächen möglichst glatt zu schleifen und ein sog. Dickschichtfüller aufzutragen (aus dem Autozubehörhandel). Dann kann man abschließend mit Acryllack die Deckschicht in der gewünschten Farbe aufbringen. Das Gehäuse ist aus 3D-Ausdruck in meinem Webshop als Option für den WIFFI-wz verfügbar. Wer einen eigenen 3D-Drucker hat, der kann auch das Gehäuse selber ausdrucken. Hier der stl-Datenfile als Download dazu: WIFFI-wz 3D-Gehäuse  Unter Windows 10 kann man sich das Gehäuse mit dem standardmäßig verfügbaren Programm  3D Builder ansehen und ggf. editieren bzw. anpassen.

Wer die Montage im Deckengehäuse vorzieht, für den ist diese Lösung gedacht:

4. Programmierung und Einstellung

Der WIFFI hat schon einen komplett programmierten Mikrocontroller mit WLAN auf dem Board. Die bei WLAN notwendigen Zugangsdaten für den heimischen Router können sehr komfortabel eingegeben werden, indem man den WIFFI-WZ als Hotspot arbeiten läßt.  Auf der eigenen Webseite des WIFFI-WZ kann man dann die notwendigen Daten und Einstellungen mit einem Browser durchführen. Dafür sind keinerlei Programmierkenntnisse notwendig, also alles sehr einfach :)) Die folgenden Schritte zeigen kochrezeptartig das Vorgehen:

1. RESET-Taster drücken, etwa 20sec warten bis die rote LED etwa alle 2sec blinkt (dabei versucht der WIFFI sich ins WLAN einzuloggen, was natürlich wegen des Fehlens der Zugangsdaten noch nicht geht)

2. Dann den PROG-Taster etwa 2sec drücken bis die rote LED in 1sec-Takt blinkt.  Jetzt ist der WIFFI-WZ im Hotspot-Modus. Achtung: nie den PROG-  und RESET-Taster gleichzeitig drücken, da das Modul dann in den Programmiermodus geht und u.U. die Firmware beschädigt wird.

3. Mit dem Smartphone oder besser Laptop  nach einem Hotspot mit dem Namen „wiffi“ suchen und die Verbindung herstellen. Da es eine gesicherte Verbindung ist, muß beim ersten Zugang das Kennwort „wiffi1234“ eingegeben werden. Danach müßte , wenn alles richtig funktioniert, eine gesicherte Verbindung zum „wiffi“ vorhanden sein.

4. Auf dem so im WLAN eingeloggten Smartphone oder Tablet in die Adresszeile des Browsers die Webseite des WIFFI-WZ  aufrufen mit: 192.168.4.1/? Die Antwort sieht dann so aus:

5. Jetzt die notwendigen Eingaben in der Adresszeile des Browsers machen. Das macht man mit folgenden Befehlen, die immer mit einem Doppelpunkt abgeschlossen werden:
192.168.4.1/?ssid:my_ssid:  dabei ist „my_ssid“ die SSID des eigenen Routers  (Achtung, die SSID darf keinen Doppelpunkt enthalten !)
192.168.4.1/?pwd:my_pwd:  dabei ist „my_pwd“ das Router-Passwort des eigenen Routers (Achtung, das PWD darf keinen Doppelpunkt enthalten!)
192.168.4.1/?ccu:my_ccu:  und „my_ccu“ ist die feste (!) IP der eigenen CCU1 oder CCU2

Wenn alle drei Daten richtig eingegeben sind und auf der Webseite auch richtig angezeigt werden, dann ist der WIFFI-WZ startbereit und kann mit Druck auf den RESET-Taster neu gestartet werden. Nach etwa 15 bis 30 sec blinkt die LED  solange im 2sec Takt bis der WIFFI sich im heimischen WLAN eingeloggt hat. Danach, im normalen Betrieb,  blinkt die rote LED immer dann, wenn die Bewegungsmelder „anschlagen“. Jetzt kann die Webseite des WIFFI-WZ im Heimnetz aufgerufen werden. Dazu schaut man im Router nach, welche IP der WIFFI bekommen hat und ruft dann einfach diese IP auf, indem man diese IP in die Adresszeile des Browsers eingibt. Oder man schreibt einfach in die Adresszeile: wiffi_wz.local.  Allerdings kann diese letzte Methode in manchen Heimnetzen nicht erfolgreich sein. Ich persönlich verwende immer die IP, dann hat man eine eindeutige Zuordnung. Deshalb stellt man dann auch sinnvollerweise den Router so ein, daß er dem WIFFI-WZ immer diese gleiche IP zuteilt.

Das ist eigentlich schon alles.  Für besondere individuelle Anforderungen gibt es noch mehr Befehle, die oben im Bild aufgelistet sind. Diese Befehle sind aber nur für besondere Anwendungen und werden weiter unten erklärt. Die Verbindung zur CCU wird über Systemvariablen hergestellt, deren Namen von mir vorgegeben sind (in rot). Allerdings lassen sich mit dem name-Befehl beliebige andere Namen definieren. Im ersten Schritt sollte man aber diese Vorgabe erst mal behalten! Darunter werden auf dieser Webseite die Sensorsignale des WIFFI-WZ dargestellt.  Diese Werte werden nicht automatisch in einem festen Zeitraster aktualisiert, um das Datenaufkommen zu begrenzen. Erst durch Aktualisierung der Webseite oder Klick auf den Link Aktualisierung der Messwerte wird die Anzeige auch aktualisiert. Später ist eine APP geplant, welche die Daten anzeigen und möglichst als Diagramm darstellen soll. Mit Klick auf die Buzzer-Links kann man manuell den Buzzer ein- und ausschalten. Natürlich geht das auch mit der CCU mit dem unten beschriebenen Skript. Die Webseite des WIFFI-WZ ist haupsächlich zum komfortablen Einstellen und Anschauen der Daten.

Die Kommunikation mit der CCU läuft im Hintergrund völlig automatisch ab.

5. Anlernen an die CCU

Das Anlernen des WIFFI-WZ an die CCU ist sehr einfach, weil für jedes Sensorsignal nur eine korrespondierende Systemvariable angelegt wird. Entsprechend der Vorgabe (rote Namen) sind folgende Systemvariablen inder CCU anzulegen:

wz_ip vom Typ „Zeichenkette“
wz_motion_left vom Typ „Logikwert“
wz_motion_right vom Typ „Logikwert“
wz_temp vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
wz_taupunkt  vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
wz_feuchte vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“
wz_feuchte_abs  vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „g/m3“
wz_lux vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „lux“
wz_noise vom Typ „Logikwert“
wz_co2 vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit %
wz_baro vom Typ „Zahl“
wz_luftdrucktrend vom Typ „Zeichenkette“
wz_buzzer vom Typ „Logikwert“
… und wer optional die im WIFFI-wz berechneten Werte für den Sonnenstand in der CCU verwenden möchte, der muß noch zwei weitere Systemvariablen in der CCU definieren:
wz_elevation vom Typ  Zahl mit Maßeinheit °
wz_azimut  vom Typ  Zahl mit Maßeinheit °

Für die Lösung in der Deckenrosette kann man noch den Relaiszustand auslesen mit…
wz_relais vom Typ „Logikwert“

Die Aktualisierung aller genannten  Systemvariablen erfolgt automatisch, aber nur wenn sich die Messwerte ändern. Dadurch wird vorteilhafterweise der Datenfluss stark reduziert.
Anmerkung: Die oben genannten Systemvariablen sind „normale“ CCU-Systemvariablen, deren Zahl nicht wie bei den HM-Skriptvariablen auf  200 begrenzt sind !

6. Anzeige der LEDs

Die blaue LED zeigt den logischen Zustand des Geräuschmelders an. Damit kann die Empfindlichkeit mit dem Trimmpotentiometer einjustiert werden. Wenn diese LED bei völliger Ruhe gerade nicht leuchtet, ist  der Geräuschmelder richtig eingestellt. Für die CCU wird das Signal des Geräuschmelders standardmäßig auf 3min verlängert und bei jedem neuen Geräusch nachgetriggert. Die rote LED zeigt verschiedene Betriebszustände und Meldungen an. Wenn der WIFFI-WZ nach dem Reset versucht sich in das WLAN einzuloggen, dann leuchtet diese LED im 2sec Takt. Wenn das Einloggen erfolgreich war, dann zeigt alle 2sec  ein regelmäßiger „Herzschlag“  den ordnungsgemäßen Betrieb an:

> Ein ganz schwacher kaum sichtbarer einfacher Blitz signalisiert, daß weder WLAN- noch CCU-Verbindung da sind. > Ein etwas längerer einfacher Blitz signalisiert eine bestehende Verbindung mit dem WLAN > Ein Doppelblitz signalisiert die Verbindung mit WLAN und CCU

Aber dabei ist zu beachten, daß diese Blitzsignale von dem Status der Bewegungsmelder überschrieben wird, d.h. wenn einer der beiden  Bewegungsmelder „anschlägt“, dann leuchte die LED dauerhaft . Für die CCU werden die Signale der Bewegungsmelder standardmäßig auf 3min verlängert und bei jeder weiteren Bewegung nachgetriggert.

7. Auslösen des Buzzers von der Homematic-CCU

Mit jedem üblichen Browser kann man mit einem Befehl den Beeper des WIFFI-WZ für eine bestimmte Zeit einschalten. Dazu muß man aber die dem WIFFI-WZ im Router vergebene IP-Adresse wissen. Bei mir hat der WIFFI-WZ eine feste IP-Adresse 192.168.178.65 im Router zugewiesen bekommen. Dementsprechend ist der Buzzer-Befehl: 192.168.178.65/?buzzer:80:   „80“ ist Einschaltzeit des Buzzer in 0.1sec-Schritten, hier also 8,0 sec Da in der CCU auch die aktuelle IP des WIFFI-WZ in der Systemvariablen wz_ip abgelegt ist, kann man auch bei dynamischer IP-Adressenvergabe den Buzzer durch Ausführen eines geeigneten HM-Skriptes auslösen. Zum Beispiel so:
beeper_01

und das zugehörige HM-Skript ist:

HM-Skript   
!WIFFI-Beeper für 0,5 sec einschalten
string befehl = "/?buzzer:5:";   
string IP = dom.GetObject("wz_ip").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_wz
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);
Natürlich kann man das Skript statt mit dem system.Exec Befehl auch mit analogen CuxD-Befehlen starten; das hat den Vorteil einer stabileren Arbeitsweise. Mehr dazu im Homematic-Forum.

8. Hinweis für den Geräuschmelder

Die Empfindlichkeit des Geräuschmelders ist mit dem Trimmpoti auf der Grundplatine einstellbar. Dazu wird das Trimmpoti soweit verdreht , bis die schwach leuchtende blaue LED ohne Geräusch gerade verlischt. Bei Geräuschen muß sie dann angehen. Die Einstellung ist etwas sensibel. Wenn die Einstellung zu empfindlich vorgenommen wird, dann führen manchmal Sendesignale des WLAN-Chips zu ungewolltem Auslösen des Geräuschmelders. Einstellungen zu unempfindlich führen dazu, daß nur laute Signale den Geräuschmelder auslösen. Hier ist etwas Probieren angesagt, um zu einer optimalen Einstellung zu gelangen.

9. Hinweis für den Temperatur- und Feuchtigkeitssensor

Verwendet wird ein Sensor vom Typ DHT-22, der sowohl Temperatur als auch Luftfeuchte relativ genau messen kann. Bei Verwendung des WIFFI-WZ als freistehende Platine kann dieser  Sensor einfach oben auf der Bestückungsseite eingelötet werden. Für die Verwendung im Gehäuse muß eine ungewollte Erwärmung des Sensors durch die Gassensor-Beheizung des MQ135 weitestmöglich verhindert werden. Deshalb ist bei Gehäuseeinbau dieser Sensor ggf. unterhalb der Platine zu platzieren. Die beste Lösung ist allerdings immer eine von den Wärmeerzeugern auf der Platine beispielsweise über kurze Zuleitungen (10 bis 20cm) getrennte Montage. Mehr dazu in der Bauanleitung ab Firmware wiffi_wz_37. Korrekturen des Anzeigewerte der Temperatur lassen sich ggf. mit den Expertenparametern (param 4) durchführen.

10. Hinweis für die IR-Bewegungsmelder

Die IR-Bewegungsmelder werden in die dreipoligen Fassungen auf der Platine eingesteckt. Vorher sind beide Einstelltrimmer in der Aufsicht erst mal ganz nach links bis zum Anschlag zu drehen und der Jumper wie im Bild zu stecken.  Mehr dazu im Datenblatt SR501 Das Potentiometer für die Einschaltdauer (im Bild unten das rechte Poti) bleibt immer auf kürzeste Zeit eingestellt, da der WIFFI-WZ die Zeit automatisch auf einen auf der Expertenseite  einstellbaren Wert verlängert. Mit dem  linken Poti kann durch Verdrehung nach rechts die Empfindlichkeit gesteigert werden. Die Empfindlichkeit sollte aber möglichst  weit nach links gedreht sein, weil eine zu hohe Empfindlichkeit, abhängig von Toleranzen des IR-Moduls und möglichen Störeinstrahlungen des  WLAN-Moduls, manchmal zu Fehlauslösungen führen kann. Insgesamt ist die optimale Einstellung der oft sehr „zappeligen “ IR-Bewegungsmeldern immer eine sensible und zeitaufwendige Sache, weil nach jeder Veränderung der Potentiometer die Module einige Zeit brauchen, um sich zu „beruhigen“. Ich kenne leider keine IR-Bewegungsmelder, bei denen das nicht so ähnlich ist !

Update: Störsicherheit der Bewegungsmelder verbessern
Die Bewegungsmelder haben relativ große Toleranzen und neigen manchmal  zu ungewollten Auslösungen. Dazu habe ich viele Versuche gemacht, um diese Module robuster zu gestalten. En Hauptproblem ist die nicht ausreichende Störsicherheit  der Bewegungsmelder auf elektromagnetische Einstrahlungen. Gerade bei geringem Abstand zwischen Bewegungsmelder und WLAN-Sendeantenne können Aussendungen des WLAN-Moduls zu Fehlauslösungen der Bewegungsmelder  führen. Beim WIFFI-wz ist der rechte Bewegungsmelder aufgrund der Nähe zur WLAN-Antenne besonders „gefährdet“. Manchen Bewegungsmeldern macht das gar nichts aus und sie arbeiten völlig normal, andere lösen sporadisch aus. Nach positiven Versuchen mit Kupferfolie oder aluminisiertem Karton (Milchtüte) zwischen dem WeMos und dem rechten Bewegungsmelder habe ich nach praktikableren Lösungen gesucht. Die einfachste Lösung  ist das Einlöten einen 100nf Kondensators zwischen Pin 12 und Pin13 des  ICs auf der Bewegungsmelder-Platine. Siehe dazu das folgende Bild:

bew_melder_aenderung

11. Hinweis für den Luftgütesensor

Der Luftgütesensor MQ135 ist ein hochempfindlicher Sensor für die verschiedensten Schadgase im Wohnraum. Es lohnt sich , die Spezifikation anzuschauen. MQ135 datasheet Das analoge Ausgangssignal wird als Prozent- Zahl zwischen 0 und 100% mit der Systemvariablen wz_co2 angezeigt.  Dieser Prozentwert ist nicht der  CO2-Prozentwert der Luft, sondern nur eine Zahl zur relativen Bewertung der Luftqualität. Ein Wert von 100% soll „reine“ Luft signalisieren, Werte darunter sollen  die Abweichung von diesem Bestwert quantitativ darstellen. Zur Eichung benötigt man Messgase, die man normalerweise natürlich nicht zur Verfügung hat. Ich habe folgenden „Eichvorgang“ gewählt:

> der WIFFI-WZ sollte einige Stunden bereits gelaufen sein, damit eine erste Eichung sinnvoll ist. > die Temperatur sollte bei der Eichung  ungefähr 21°C und die Feuchte etwa 50% sein > dann auf der WIFFI-WZ Webseite den Befehl /?calibrate: eingeben. Dieser Wert wird dann danach als 100% gesetzt. Luftverschlechterung reduziert diesen den %-Wert

Wichtig! Das Modul braucht einige Tage „Einbrennzeit“, bis die Werte einigermaßen stabil sind. Deshalb nach einigen Tagen den Eichvorgang wiederholen. Die aktuelle Einstellung des Sensors ist so, daß er sehr empfindlich ist. Bereits die Ausatmung einiger Menschen im Raum führt zu einer Werteveränderung! Es bleibt der Kreativität des Einzelnen überlassen, wie man die Werte der Luftqualität in der Homematic einsetzt. Denbar sind automatische Warnungen, Fensterlüftungen etc.

12. Hinweis für den Helligkeitssensor

Der verwendete Helligkeitssensor BH1750 ist ein hochgenauer Helligkeitsmesser. Die Anzeige ist direkt Lux. Je nach Positionierung und Ausrichtung des Sensors verändern sich natürlich die Anzeigewerte. Bei Verwendung eines Gehäuses muß man sicher stellen, daß dieser Sensor auch die Helligkeit im Raum „sieht“. Der kleinste Helligkeitswert ist 1 Lux; deutlich kleinere Werte wären wünschenswert, können aber vom Sensor nicht gemessen werden.

13. Hinweis für den Luftdrucksensor

Zur Luftdruckmessung wird der hochgenaue Barometersensor BMP180 eingesetzt. Zur Anzeige des auf den eigenen Standort bezogenen Luftdrucks ist die Höhe über N.N. einzugeben. „Werksseitig“ sind 100m eingestellt. Andere Höhen kann man  auf der WIFFI-WZ Webseite im Expertenmodus einstellen mit dem Befehl  /?param:13:198: Dabei ist die letzte Zahl (bei mir 198m)  die ganzzahlige Höhe des eigenen Wohnortes in Metern. Als alternative Lösung wird auch die Verwendung des neuen Bosch-Moduls BME280 angeboten. Damit wird nicht nur der Luftdruck sondern auch Luftfeuchte und Lufttemperatur mit sehr hoher Genauigkeit gemessen. Die aktuelle Firmware erkennt automatisch, ob der BME280 eingesteckt ist und übernimmt die Temperatur, Feuchte und Luftdruckmessung von diesem Sensor .

14. Befehlsliste des WIFFI-WZ

Mit folgenden Befehlen kann der WIFFI-WZ auf seiner Einstell-Webseite mit der über den Browser eingestellt oder bedient werden.

15. Einstellungen im Expertenmodus

Normalerweise ist im Expertenmodus keine Einstellung notwendig!!!!! Einstellungen sollten auch nur dann vorgenommen werden, wenn man wirklich weiß, was man verändert. Im ungünstigen Fall kann der WIFFI-WZ irreparabel beschädigt werden. Hier ist die Einstellungsseite:

16. Rückstellen in Werkszustand

Manchmal kann es notwendig sein, die im EEPROM abgelegten Daten zu löschen und den WIFFI-WZ in den Auslieferungszustand zu versetzen. Hierfür wird durch 1sec-Drücken des PROG-Tasters zuerst der Hotspot-Modus eingestellt, was durch 1sec- Blinken der roten LED angezeigt wird. Danach hält man den PROG-Taster  solange gedrückt, bis die rote LED dauerhaft leuchtet. Jetzt werden die EEPROM-Daten gelöscht. Läßt man die PROG-Taste wieder los, dann startet WIFFI neu und geht automatisch in den Hotspot-Modus, um so wieder neu an den Router angelernt zu werden. Achtung: nie den PROG- und RESET-Taster gleichzeitig drücken, da das Modul dann in den Programmiermodus geht und u.U. die Firmware beschädigt wird.

17. Update des WIFFI-WZ

1. Voraussetzung:  Ein Update des WIFFI kann ohne Demontage bzw. Geräteöffnung komplett über das WLAN erfolgen. Dabei ist der WIFFI vorher im Heimnetz über WLAN eingeloggt und seine Webseite ist mit der vom Router vergebenen IP-Adresse aufrufbar. Diese individuelle IP-Adresse wird nachfolgend als bezeichnet. Man kann die Webseite des des Wiffi-WZ alternativ auch mit wiffi_wz.local aufrufen.

2. Im Browser folgenden Befehl eingeben: (immer genauestens die Schreibweise beachten !!) /?update: es geht auch wiffi_wz.local/?update: Warten bis der Browser eine Fehlermeldung zeigt (normalerweise nach ca. 20 bis 30sec).

3.Erst jetzt im Browser den Update-Assistenten mit /update aufrufen. (Achtung die jetzt andere Schreibweise beachten !!!!)

4. Danach zeigt der Browser ein einfaches Bild mit zwei Buttons. Mit „Durchsuchen“ den aktuellen Update-File (extension .bin) aus dem ZIP-Update-Archiv auswählen und danach mit Druck auf den Update-Button hochladen. Nach einigen Sekunden kommt ein formloses „ok“, was ein erfolgreiches Update bestätigt. Danach sind alle Daten gelöscht ( auch die WLAN-Zugangsdaten!). Der WIFFI-WZ ist auf den upgedateten Auslieferungszustand zurück gesetzt und wird nun automatisch im Hotspot-Modus mit der festen IP 192.168.4.1 neu gestartet. Dabei blinkt die LED im Hotspot-Modus sehr schnell. ( 2Hz)

5. Mit einem Smartphone oder besser Windows-Laptop kann nun eine gesicherte WLAN-Verbindung mit diesem Hotspot hergestellt werden. Der Hotspot hat den Namen wiffi und das Zugangspasswort ist wiffi1234 Hinweis: – Bei Apple-Produkten kann es beim Einloggen wegen der strikten Sicherheitseinstellungen zu Problemen kommen. Möglichst Windows-Rechner verwenden ! Manchmal kann es notwendig sein, alte wiffi-Zugänge vorher zu löschen!

6. Wenn die Verbindung hergestellt ist, kann mit Browsereingabe der Hotspot-IP 192.168.4.1 die Webseite des WIFFI-WZ aufgerufen werden. Auf dieser Webseite erfolgt dann wie bei der Erstinbetriebnahme die Eingabe der Router- und CCU-Zugangsdaten (WLAN- Netzwerkname, Netzwerkschlüssel/ Passwort, CCU IP-Adresse) mit den Befehlen … 192.168.4.1/?ssid:DeinNetzwerkname: 192.168.4.1/?pwd:DeinPasswort: 192.168.4.1/?ccu:DeineCCU_IP 7.Mit der Browsereingabe 192.168.4.1/?reset: startet abschließend der WIFFI neu. Nach etwa 20sec kann im Browser mit : /? oder wiffi_wz.local die Webseite des WIFFI zur Eingabe weiterer Einstellungen wieder aufgerufen werden.

Hinweis: Ab der Firmwareversion wiffi_wz_60  ist das Update deutlich einfacher über die eigene Update-Webseite des WIFFI durchzuführen !

und hier sind die neuesten Updates zum runterladen:

Zum Update das ZIP-Archiv runterladen und entpacken. Zum Update nur die *.bin-Datei aus dem zip-Archiv hochladen.

16.09.2016:  wiffi_wz_41  viele Detailverbesserungen. Wenn DHT22 verwendet, dann andere Anschlussart beachten (siehe geänderte WIFFI-wz Bauanleitung)

02.11.2016:    wiffi_wz_48  da der abgekündigte Luftdrucksensor BMP180 durch den neuen BMP280 oder BME280 ersetzt wurde,  mußte die Firmware entsprechend angepasst werden :Folgende Sensorkonfigurationen sind nun möglich:  DHT22/BMP180  oder DHT22/BMP280  oder nur  BME280 .

04.12.2016:  wiffi_wz_53  Kleine Fehler behoben: im JSON-Telegramm, Alarm abschaltbar, Messwertübertragung erst 60sec nach Reset

08.01.2017:  wiffi_wz_56  Leerzeichen in WLAN-Zugangsdaten möglich, zusätzliche Berechnung von Tautemperatur und absoluter Feuchte

17.01.2017: wiffi_wz_60  Vereinfachtes Update u.a. mit Beibehaltung der WLAN-Zugangsdaten

03.03.2017:  wiffi_wz_64  DHT22 Treiber verbessert

27.03.2017:  wiffi_wz_69  Anpassung der 8181-Requests an die neue CCU2-Firmware 2.27.2, JSON-Telegramm angepasst

29.03.2017:  wiffi_wz_70  Sonnenstandsberechnung korrigiert

27.04.2017:  wiffi_wz_71 Lösung Deckenmotage integriert, param[34] neu, Komplett-Update notwendig !

28.05.2017:  wiffi_wz_74 Änderungen für die optionale Verwendung des CO2-Sensors MH-Z14

Der DHT22 kann wie bisher angeschlossen werden oder aber nach der neuen verbesserten Anschlussart. (siehe geänderte WIFFI-wz Bauanleitung)

… und wo kann man den Bausatz bekommen?

Für den Nachbauer  habe ich einige Bausätze zusammengestellt. Diese  können bei mir bezogen werden:  WIFFI-WZ 20 Bausatz Wer vorher einen Blick in die Bauanleitung werfen möchte, bitteschön:   WIFFI-WZ Bauanleitung

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.

WIFFI-wz … der Multifunktionssensor nicht nur für´s Wohnzimmer

WIFFI-wz … der Multifunktionssensor nicht nur für´s Wohnzimmer

Der WIFFI … kurz und knapp!

Der WIFFI-wz ist das erste Modul einer Reihe von zukünftig geplanten weiteren Sensor- und Aktor-Modulen, die hauptsächlich zur  Erweiterung  und  Ergänzung der Hausautomation mit der Homematic konzipiert sind.  Die WIFFI´s sind allesamt Funkmodule , die das in nahezu jedem Haushalt vorhandene gesicherte WLAN-Funknetz verwenden, um mit der Homematic-CCU zu kommunizieren.

Der WIFFI-wz bringt  9 (!)  Sensoren und einen Warnmelder unter einen Hut:
– IR-Bewegungsmelder links
– IR-Bewegungsmelder mitte
– IR-Bewegungsmelder rechts
– Temperaturmessung (mit DHT22)
– Luftfeuchtemessung (mit DHT22)
– Luftdruckmessung (mit BMP180) (optional)
– Geräuschmelder mit einstellbarer Empfindlichkeit
– Helligkeitsmessung /Luxmeter  mit BH1750
– Luftgütesensor  (mit MQ135)
– Beeper als akustischer Warnmelder

Und so sieht das Gerätchen im zusammengebauten Zustand aus. Mit einer Stromversorgung über ein einfaches 5v/0.5A-Steckernetzteil sind keine Batterien notwendig. Das macht auch Sinn, weil ja im Wohnraum eh eine Steckdose vorhanden ist und regelmäßiger Batteriewechsel nur nervt!

Platine_wz03_schraegoben

Der WIFFI-wz ist ein Selbstbauprojekt; der Bausatz dafür mit bereits programmierten Chips kann über  meinen Webshop bezogen werden . Ein mitgelieferte bebilderte Bauanleitung macht den Nachbau auch für „Nicht-Nerds“ gut machbar. Lediglich etwas Erfahrung mit Elektronik-Bauteilen und Lötkolben ist notwendig. Die Programmierung des WIFFI  mit den Zugangsdaten für den heimischen WLAN-Router und der IP-Adrtesse der eigene Homematic-CCU erfolgt ganz einfach mit einem Smartphone oder Tablet auf der eigenen Webseite des WIFFI .

Die Vorgeschichte

Eigentlich war dieser Sensor als reiner „Wohnzimmersensor“ konzipiert, aber die Diskussion hier im Homematic-Forum : http://homematic-forum.de/forum/viewtopic.php?f=27&t=21815#p183408 zeigte, daß ein großes Interesse an einem solchen Sensor besteht und  eine universelle Verwendbarkeit in jedem Raum gewissermaßen als „Raumsonde“  für viele Hausautomatisierer sehr interessant ist. Entsprechende geeignete Multifunktionssensoren gibt es zumindest für die Homematic nicht, sondern man müßte die komplexe Multifunktion mit einer Vielzahl von Einzelsensoren darstellen, was nicht nur hohe Kosten bedeutet sondern auch wegen des dann verwendeten „Gemischtwarenladens“ auch sehr unschön aussieht!

So ist unter dem Pseudonym „Wohnzimmersensor“ dieser nachfolgend als WIFFI-wz  bezeichnete Multifunktionssensor entstanden, der die Anforderungen an eine anspruchsvolle intelligente Hausautomation ausgezeichnet erfüllt.

Der WIFFI-wz  … bis zu 9 (!) Sensoren unter einem Dach!

Die Anforderungen an einen Raumsensor sind bestimmt durch die Anforderungen der in diesem Raum wohnenden Menschen an Funktionalität, Komfort und Lebensqualität. Und da spielen Licht, Luft, Geräusche und Bewegungen eine zentrale Rolle. Deshalb wurde die Auswahl der notwendigen Sensoren im Hinblick auf die entsprechenden Zustandsparameter des Wohnraumes vorgenommen. Mit den Eigenschaften der verwendeten Snsoren ergeben sich daraus die Technischen Eigenschaften des WIFFI-wz:

Lufttemperatur, Messung mit DHT22, Technische Details hier: https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temperature/DHT22.pdf

Luftfeuchtigkeit, Messung mit DHT22, Technische Details hier: https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Temperature/DHT22.pdf

Luftqualität, Messung mit MQ135, Technische Eigenschaften hier: https://www.olimex.com/Products/Components/Sensors/SNS-MQ135/resources/SNS-MQ135.pdf

Luftdruck, Messung mit BMP180, Technische Eigenschaften hier: https://www.adafruit.com/datasheets/BST-BMP180-DS000-09.pdf

Helligkeit, Messung mit BH1750,  Datenblatt hier: http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/datasheet/ic/sensor/light/bh1750fvi-e.pdf

Geräusche / Lautstärke:   Messung mit Elektret-Mikrofon und Auswertung mit geeigneter Schaltung

–  3 Bewegungen in drei Raumbereichen : nach vorne, rechts und  links. Bewegungsmelder nach dem PIR-Prinzip, Datenblatt : http://www.mpja.com/download/31227sc.pdf

Insgesamt sind das 9  Sensorsignale, die mehr oder weniger häufig an die Homematic-Zentrale übergeben werden.

Die Übertragung der Sensorsignale  an die Homematic erfolgt ausschließlich drahtlos, natürlich  mit WPA2 abgesichertem WLAN.

Der WIFFI-wz   Nachbau ganz einfach!

Damit der Nachbau auch für den weniger versierten Elektroniker möglich ist, wurde eine einfach zu verlötende Platine entwickelt. Hier sind keine ultrakleinen  SMD-Bauelemente dabei, sondern nur „normale“ bedrahtete Bauelemente und eine ganze Reihe fertiger Module, die nur einzustecken sind. Das Ganze gibt´s als Komplettbausatz mit bereits eingelötetem und programmierten Mikrocontroller ESP8266 -12.  In der mitgelieferten Bauanleitung wird Schritt für Schritt der Zusammenbau erklärt, so daß ein erfolgreicher Nachbau relativ einfach möglich ist.

Folie1

Eine kompakte Basisplatine nimmt alle Komponenten und Sensoren des WIFFI-wz auf. Steuereinheit ist ein hochintegrierter Wifi-Chip ESP8266-12.

Die Basisplatine selbst benötigt nur sehr wenige Standardbauelemente und ist einfach zusammen zu löten. Darüberhinaus werden komplexe Module verwendet, die mit der Basisplatine verlötet oder zusammen gesteckt werden. Die beim WIFFI-wz verwendeten Bauteile und Module zeigt das folgende Bild:
Folie7

 

Mehr Infos zum Selbstbau in der Bauanleitung: WIFFI-wz Bauanleitung

3. Programmierung und Einstellung

Der WIFFI hat schon einen komplett programmierten Mikrocontroller mit WLAN auf dem Board aufgelötet. Eine aufwendige Programmierung wie bei dem Homeduino entfällt. Damit aber der WIFFI mit dem häuslichen Router Kontakt aufnehmen kann, müssen die Router-Zugangsdaten noch  im WIFFI abgelegt werden. Dazu hat der WIFFI die herausragende Eigenschaft, daß er neben der hauptsächlichen Funktion als sog. Client im WLAN zusätzlich auch einen eigenen Hotspot zur Darstellung einer eigenen Einstell-Webseite öffnen kann. Der verwendete ESP8266 Chip ist hier so programmiert, daß bei Drücken des PROG-Tasters auf der Platine, der WIFFI in den Hotspot-Modus umschaltet. Jetzt stellt er nach außen einen eigenen Hotspot mit dem Namen „wiffi“  zur Verfügung. Nach Herstellung der Verbindung mit Passworteingabe kann man auf der  (einfachen) Webseite des WIFFI die wenigen notwendigen Einstellungen vornehmen. Dafür sind keinerlei Programmierkenntnisse notwendig, also alles sehr einfach :))

Die folgenden Schritte zeigen kochrezeptartig das Vorgehen:

a. Reset-Taster drücken. WIFFI-wz piept im Werkszustand einmal etwa 1sec.

b. nach etwa 15s den Progr-Taster ca. 1sec drücken. Es piept noch einmal und die rote LED blinkt . Jetzt ist der Hotspot solange aktiviert, bis mit dem Reset-Taster dieser Zustand beendet wird.

c. Mit dem Smartphone nach einem Hotspot mit dem Namen „wiffi“ suchen und die Verbindung herstellen. Da es eine gesicherte Verbindung ist, muß das Kennwort „wiffi1234“ eingegeben werden. Danach müßte , wenn alles richtig funktioniert, eine gesicherte Verbindung zum „wiffi“ vorhanden sein.

d. Auf dem so eingeloggten Smartphone oder Tablet in die Adresszeile eines Browsers die Webseite des WIFFI aufrufen mit: 192.168.4.1/?

Die Antwort müßte etwa so aussehen wie im folgenden Bild links :

wiffi_webseite
e. Jetzt die notwendigen Eingaben mit der Adresszeile machen, wie im Beispiel im Bild oben rechts.

Dazu gibt es folgende Befehle:

192.168.4.1/?ssid:myssid: „myssid“ ist die SSID des Routers

192.168.4.1/?pwd:mypwd: „mypwd“ ist das Router-Passwor t des Routers

192.168.4.1/?ccu:myccu: „myccu“ ist die feste (!) IP der CCU1 oder CCU2

192.168.4.1/?name:wz: „wz“ ist der Name des verwendeten WIFFIs. Fürs Wohnzimmer natürlich „wz“

Das ist eigentlich schon alles. Nur der Fachmann sollte die weiter unten erläuterten  Befehle verwenden, um besondere individuelle Anforderungen zu erfüllen:

Nach der kompletten Dateneingabe mit dem Reset-Taster den normalen Betrieb des WIFFI beginnen. Nach Reset wird die rote LED und der Buzzer für 1sec Dauer aktiviert. Dann versucht der WIFFI sich in das heimische WLAN einzuloggen. Bei Erfolg entsteht wieder ein 1sec-Signal an LED und Buzzer. Um festzustellen, ob die CCU auch da ist, wird nun die IP-Adresse des WIFFI-wz an die CCU übermittelt. Wenn das auch erfolgreich ist, dann erfolgt wieder eine Bestätigung mit 1sec.-Piepton bzw. LED. Bei normalem erfolgreichen Start des WIFFI entstehen somit 3 Pieptöne/LED-Signale.

Anmerkung: Wenn der WIFFI-wz die Browserbefehle nicht annimmt , dann evtl. einen anderen Browser ausprobieren.

 

Hier noch einige Erläuterungen zum Expertenmodus:

192.168.4.1/?xpert:1: „1“ oder „0“ schaltet den Expertenmodus ein/aus, standardmäßig ist der Expertenmodus ausgeschaltet. Änderungen dieser Einstellungen sind normalerweise nicht notwendig.

192.168.4.1/?param:13:200:  Damit können bestimmte Parameter geändert werden. In diesem Beispiel wird die Höhe des Wohnortes über N.N. für das Barometer auf 200m eingestellt

Das Vorgehen zur Änderung der verfügbaren Parameter ist folgendermaßen:

Zuerst muß mit dem Befehl 192.168.4.1/?xpert:1: der Expertenmodus eingeschaltet sein. Dann ergibt sich im Browser die Anzeige links im nächsten Bild:

Die Bedeutung der Kennwerte soll an diesem Ort nur für einige wenige wichtige Parameter erläutert werden:

  • param 0 :   Haltezeit der Bewegungssensoren in sec
  • param 1 :    Haltezeit des geräuschsensors in sec
  • param 13:   Höhe über N.N. in m

Man sollte die Kennwerte aber nur ändern, wenn man genau weiß, was man tut !!  Normalerweise ist das für den erfolgreichen Betrieb nicht notwendig.

Möglich Probleme beim Einloggen in den Hotspot

Wenn man mehrere WIFFI´s verwendet, dann merkt sich das Tablet oder Smartphone nicht nur die Zugangsdaten sondern auch die MAC-Adresse des Hotspots. Deshalb kann es notwendig sein, vorher die „gemerkten“ wiffi-Zugangsdaten zu löschen und sich neu mit Kennwort anzumelden.

4. Anlernen an die CCU

Das Anlernen des WIFFI-wz an die CCU ist sehr einfach, weil für jedes Sensorsignal nur eine entsprechende Systemvariable angelegt wird. Mit dem von mir gewählten WIFFI-Namen „wz“ ergeben sich folgende 9 Systemvariablen. (Wählt man einen anderen Namen, dann muß „wz“ durch diesen anderen Namen ersetzt werden!)

wz_IP vom Typ „Zeichenkette“
wz_motion_front vom Typ „Logikwert“
wz_motion_left vom Typ „Logikwert“
wz_motion_right vom Typ „Logikwert“
wz_temp vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „°C“
wz_feuchte vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „%“
wz_lux vom Typ „Zahl“ mit Maßeinheit „lux“
wz_noise vom Typ „Logikwert“
wz_co2 vom Typ „Zahl“
wz_baro vom Typ „Zahl“

Die Aktualisierung der Systemvariablen erfolgt automatisch, aber nur wenn sich die Messwerte ändern. Dadurch wird der Datenfluss stark reduziert.

5. Rückstellen in Werkszustand

Manchmal kann es notwendig sein, die im EEPROM abgelegten Daten zu löschen und den WIFFI-wz in den Auslieferungszustand zu versetzen. Hierfür wird durch 1sec-Drücken des Prog-Tasters zuerst der Hotspot-Modus eingestellt, was durch schnelles Blinken der roten LED angezeigt wird. Danach hält man den Prog-Taster für etwa 5 sec gedrückt, was mit einem 2sec-Piepser gefolgt von 2 kurzen Pieptönen bestätigt wird. Jetzt sind alle Zugangsdaten gelöscht.

6. Auslösen des Buzzers von der Homematic-CCU

Mit jedem üblichen Browser kann man mit einem Befehl den Buzzer des WIFFI-wz für eine bestimmte Zeit einschalten. Dazu muß man aber die dem WIFFI-wz im Router vergebene IP-Adresse wissen. Bei mir hat der WIFFI-wz eine feste IP-Adresse 192.168.178.65 im Router zugewiesen bekommen. Dementsprechend ist der Buzzer-Befehl:

192.168.178.65/?buzzer:ontime:   „ontime“ ist Einschaltzeit des Buzzer in 0.1sec-Schritten

Da in der CCU auch die aktuelle IP des WIFFI-wz in der Systemvariablen wz_IP abgelegt ist, kann man auch bei dynamischer IP-Adressenvergabe den Buzzer durch Ausführen eines geeigneten HM-Skriptes auslösen. Zum Beispiel so:

beeper_01

und das zugehörige HM-Skript ist:

HM-Skript   
!hiermit wird der WIFFI-Beeper für 0,5 sec eingeschaltet 
string befehl = "/?buzzer:5:";   
string IP = dom.GetObject("wz_IP").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_wz
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);

Natürlich kann man das Skript auch mit CuxD-Befehlen starten; das hat den Vorteil einer stabileren Arbeitsweise. Mehr dazu im Homematic-Forum.

7. Hinweis für die IR-Bewegungsmelder

Die IR-Bewegungsmelder haben relativ große Fertigungsstreuungen. Mache sind sind sehr „zappelig“ und reagieren schon, wenn es auch nicht zu reagieren gibt. Auch die entsprechende kleinste Einstellung der Empfindlichkeit reicht oft nicht aus, diese Sensoren zu beruhigen. Nach etlichen Versuchen mit zusätzlichen Dämpfungskondensatoren ergab sich eine sehr gute Verbesserungslösung durch einfaches Entfernen eines kleinen Kondensators auf der Modulplatine. Wie das geht, kann man auf den folgenden Bildern erkennen:
Folie8

Darüber hinaus ist das Potentiometer für die Einschaltdauer nach links auf kleinsten Wert zu drehen, weil die Einschaltdauer bzw. Nachlaufzeit im WIFFI-wz auf etwa 60sec festgelegt ist. Das Potentiometer für die Empfindlichkeit bzw. Reichweite sollte man zu anfang auf die unempfindlichste Position ganz nach links drehen.

8. Hinweis für den Luftgütesensor

Der Luftgütesensor MQ135 ist ein hochempfindlicher Sensor für die verschiedensten Schadgase im Wohnraum. Es lohnt sich , die Spezifikation anzuschauen. Das analoge Ausgangssignal wird als Zahl zwischen 0 und 1000 mit der Systemvariablen wz_co2 angezeigt. Wichtig! Das Modul braucht einige Tage „Einbrennzeit“, bis die Werte stabil sind. Danach schaut man sich die Werte bei verschiedenen „Luftzuständen“ des Wohnraumes an und legt individuell in entsprechenden WebUI-Programmen fest, was bei Über- oder Unterschreiten bestimmter Messwerte passieren soll.

9. Hinweis für den Helligkeitssensor

Der verwendete Helligkeitssensor BH1750 ist ein hochgenaues Luxmeter. Vom 5-poligen Anschluss wird die Adressleitung nicht verwendet; deshalb das Modul auch nur in die 4-polige Buchsenleiste eingesteckt.

10. Hinweis für den Luftdrucksensor

Zur Luftdruckmessung wird der hochgenaue Barometersensor BMP180 eingesetzt. Dieser Sensor ist optional, da nicht jeder WIFFI-wz so einen Sensor zur Erkennung des Wohnraumzustandes benötigt.

… und wo kann man den Bausatz bekommen?

Für den Anfang habe ich nur einige Bausätze zusammengestellt und die können bei mir bezogen werden: https://www.stall.biz/produkt/wiffi-wz
Der Bausatzpreis ist nicht gerade niedrig, aber alle Sensoren und Module (bis auf das Gehäuse und Netzteil) sind bereits enthalten.
… und weniger als 8€ (!) für einen Sensorkanal sind schon günstig :D :D

Wer einen Blick in die Bauanleitung werfen möchte, bitteschön: Bauanleitung WIFFI-wz

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.

 

ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, WeMos …

ESP8266 mit externer WLAN-Antenne für WIFFI, WeMos …

1 Ausgangssituation

Für viele Projekte in der Hausautomation werden die sehr leistungsfähigen und preisgünstigen Mikrocontroller der ESP8266 -Reihe verwendet. Dabei gibt es Versionen mit verschiedenem Layout und  unterschiedlicher Anzahl von Ports. Sie werden mit dem ergänzenden Kürzel ESP-01  bis ESP-12 gekennzeichnet. Fast alle Versionen haben eine gedruckte Antenne auf der Modulplatine, lediglich die Versionen ESP-02 , ESP-05  und ESP07 haben eine Pigtail-Buchse als  externen WLAN-Antennenanschluss.  Allerdings haben gerade diese Versionen nur wenige Ports und sind auch nicht so verbreitet wie zum Beispiel die „Vollversion“ ESP-12. Dieser letztgenannte Typ wird in sehr kostengunstigen Lösungen für die Arduino-Entwicklungsumgebung eingesetzt. Kleine fertige Mikrocontroller mit dem ESP8266 ESP-12 heißen Wemos, Nodemcu usw.

2 Warum eine externe Antenne ?

Ganz einfach, weil gerade im Haus wegen der Wände und Betondecken die Funkabdeckung mit dem hauseigenen Router manchmal zu schwach ist! Man kann zur Problemlösung zwar Repeater o.ä. einsetzen, aber mit einer verbesserten Antenne ist meistens eine deutlich bessere Verbindung sicher gestellt. Und das ohne  stromfressende Zusatzgeräte! Dazu kommt, daß die Platinenantennen der Module nicht so überragende Sende- Empfangseigenschaften haben können, einfach weil sie einfach räumlich sehr klein sind. Mit einer größeren externen Antenne ist da einiges an Reichweite zu holen.

3 Der Umbau

So ganz einfach ist der Umbau nicht, weil die zu verändernden Teile ausgesprochen klein sind.  Auch muß eine geeignetes Equipment vorhanden sein:
>> möglichst eine Leuchtlupe,
>> Lötstation mit feiner Lötspitze ,
>> Cuttermesser o.ä.

Und natürlich benötigt man zum Umbau eine kurze Koaxleitung mit SMA-Einbaubuchse, im folgenden nur Kabelpeitsche genannt . An die SMA-Einbaubuchse kann dann eine WLAN-Antenne angeschraubt werden. Wichtig ist, daß Antennenanschluss und Kabelpeitsche auch den zueinander passenden SMA-Anschluss haben.

esp8266_antenne7

Wichtig: Es gibt zwei SMA-Steckerfamilien: die einfachen SMA-Steckverbinder als Male und Female  und die sog. RP-SMA-Steckverbinder auch als Male und Female -Ausführung. Man muß darauf achten, daß Steckeranschluss und Antennenanschluss aus der gleichen Steckerfamilie stammen, sonst passt nichts zueinander !

Bei den ESP8266 ESP-12 Chips gibt es nach meiner Kenntnis zwei verschiedene Antennenformen (feiner Mäander und grober Mäander ) , die beim folgenden Umbau in den einzelnen Schritten bildmäßig auch erläutert werden.

Los geht´s.
Erst mit dem Cuttermesser  die Leitungen der Leiterplatten-Antenne unterbrechen. Dazu schneidet man vorsichtig die Leiterbahnen an den Stellen wie im folgenden Bild gezeigt.

wiffi1

 

wemos1Dann werden die Leiterbahnen zwischen den Schnitten durch vorsichtiges Kratzen mit dem Cuttermesser wie in folgendem Bild entfernt:

wiffi2

Übrig bleibt eine Lötinsel zum Anschluss der Koaxkabel-Seele . Diese Lötinsel wird jetzt verzinnt und auch das daneben liegende Gehäuse wird zum Anschluß der Koaxkabe-Abschirmung verzinnt. Aber nicht zu lange mit dem  Lötkolben erwärmen!

wiffi3

wemos2

Jetzt wird die Kabelpeitsche mit dem konfektionierten SMA-Stecker angelötet.

wemos3

Und so sieht das ganze dann im verlöteteten Zustand aus. Die Abschirmung des Koaxkabels ist mit dem Blechgehäuse des ESP8266 verlötet, so daß dies gleichzeitig auch eine gute Zugentlastung ist.

wiffi4

wemos4

Zum Schluss mit einem Ohmmeter nachprüfen, daß beim  Koaxkabel die Seele und die Abschirmung keine ungewollte Verbindung haben und daß der Innenanschluß der SMA-Buchse auch Durchgang hat zur Lötinsel auf dem ESP8266.

Nun die Antennenbuchse in das Modulgehäuse einschrauben und die WLAN-Antenne einstecken bzw. aufschrauben so wie beim WIFFI-wz in folgendem Bild :

esp8266_antenne4

4 Das Ergebnis

Das Ergebnis war bei mir überraschend gut,  deutlich mehr als 10dB Gewinn gegenüber der Leiterplattenantenne !!  Selbst im abgelegensten Winkel meines Hauses kann ich meinen  WIFFI-wz nun platzieren ohne einen Repeater o.ä. einzusetzen. Der Aufwand hat sich gelohnt.

Viel Erfolg beim Nachbau !

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.

WIFFI-pump … die neue Zirkulationspumpensteuerung mit Heizungsüberwachung

WIFFI-pump … die neue Zirkulationspumpensteuerung mit Heizungsüberwachung

Wichtiger Hinweis:  Dieses Modul gibt es mittlerweile auch mit OLED-Display. WIFFI-pump-2

Vorgeschichte

Ich verwende eine  intelligente Steuerung für die  Trinkwasser-Zirkulationspumpe schon seit Jahren. Dafür habe ich eine Lösung mit einem Mikrocontroller Attiny entwickelt , die sehr gut als standalone-Lösung funktioniert. Mit einem zusätzlichen Aktor mit allerdings zusätzlichen Kosten ist die Steuerung auch in die Homematic-Hausautomation integrierbar. Diese Lösung wird als Bausatz in meinem Webshop auch weiterhin angeboten, weil sie kostengünstig und einfach ist. Zirkulationspumpensteuerung Attiny

Das neue  WIFFI Konzept ( WIFFI-wz … der Wohnzimmersensor )  eröffnet aber viel mehr Möglichkeiten, die über die Funktionalität der „alten“ Zirkulationspumpen-Steuerung hinausgehen. Mit dem WIFFI-pump wird wie bisher die intelligente Steuerung der WW-Zirkulationspumpe erreicht aber mit der jetzt verfügbaren WLAN-Anbindung ist ein Datenaustausch sowohl mit der Homematic als auch mit anderen Servern  einfach möglich. Darüberhinaus  lassen sich beim WIFFI-pump  zwei 1wire-Temperatursensoren anschließen , um beispielsweise  die Vor- und Rücklauftemperatur zu messen und an die Homematic zu übertragen. So kann man zusätzlich auch die Funktion der Heizung überwachen und mit diesen Informationen mit der Homematic  geeignete Aktionen auslösen.

Einige grundsätzliche Gedanken

Eine Warmwasser-Zirkulation ist ein in der Hausinstallation heute oft eingesetztes Komfortmerkmal, um an allen Zapfstellen im Haus nahezu sofort nach Aufdrehen des Wasserhahnes warmes Wasser verfügbar zu haben. Dazu verwendet man eine Ringleitung, in der eine kleine sog. Zirkulationspumpe  das warme Wasser dauernd oder nur zu bestimmmten Tagesabschnitten im Kreis pumpt. Im Hinblick auf Energieeinsparung kommt schnell der Gedanke auf, durch „intelligentere“ Steuerung das System zu verbessern.

Der erste Gedanke ist meist die Verringerung des Verbrauchs von elektrischer Leistung durch die Zirkulationspumpe. In einem typischen Einfamilienhaus hat die heute meist nur 5W. Das heißt im Dauerbetrieb verbraucht diese Pumpe übers Jahr ganze 44KWh, also mit 25ct/KWH macht das etwa 11€. Allerdings wird  meist eine Schaltuhr  verwendet, die vielleicht 12h schaltet und demnach die Verbrauchskosten auf 6€/Jahr halbiert. Für 6€/Jahr lohnt sich wohl keine  „intelligentere“ Steuerung als eine einfache Schaltuhr!

Also warum denn hier was machen??
Der Grund liegt darin, dass die eigentlichen Verluste nicht elektrisch sind, sondern die erheblichen Wärmverluste der Ringleitung. Dazu habe ich Messungen gemacht, die hier auf der Webseite nachgelesen werden können:

https://www.stall.biz/?project=zirkulationspumpe-warmebedarfsgerecht-geschaltet

Das Ergebnis kann man mit wenigen Kennzahlen trendmässig beschreiben:

– Elektrische Verluste  der Zirkulationspumpe:  5W   >> Jahreskosten 11€
– Wärmeverluste  der Ringleitung ohne Schwerkraftzirkulation:  60W   >>  Jahreskosten 132€    (mit einem Absperrhahn im Rücklauf wurde die natürliche Zirkulation abgeschaltet )
– Wärmeverluste der Ringleitung mit Schwerkraftzirkulation: 128W   >>  Jahreskosten 282€ !!
– Wärmeverluste der Ringleitung mit 12h/Tag laufender Zirkulationspumpe : 562W   >>  Jahreskosten 616€ !!!

Ohne jetzt das nur als „Hausnummer“  zu wertende Ergebnis weiter im Einzelnen zu diskutieren, wird eines klar:

Eine intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe ist nicht wegen der elektrischen Energieeinsparung sinnvoll, sondern hauptsächlich wegen der damit möglichen Reduzierung der Verlustwärme !!

Das „intelligente“ Steuerungskonzept

Optimal ist danach, daß die Zirkulationspumpe auch nur dann läuft, wenn auch irgendwo im Haus warmes Wasser möglichst ohne Wärmeverzug gezapft werden soll. Dazu gehört erst mal eine Strategie, um den Nutzerwunsch nach warmem Wasser zu erkennen. Denkbar wäre  ein Bewegungssensor im Badezimmer oder ein  Geräuschmelder in den „Wasserräumen“. Aber oftmals geht man in diese Räume, ohne den Warmwasserhahn zu betätigen . Also doch vielleicht einen Taster in Wasserhahnnähe installieren, den man anstößt, wenn warmes Wasser benötigt wird ? Das widerspricht aber einer „intelligenten“ automatischen Bedienung!
Also vielleicht einen Sensor installieren, der den Durchfluss mißt? Zu teuer und das erfordert   einen geeigneten Sensor und einen Eingriff in die Installation… Nein, lieber nicht!

Die Lösung ist einfach und auch nicht neu: Am Vorlauf-Ausgang des Warmwasserspeichers wird einfach mit einem Temperatursensor die Temperatur gemessen. Wenn dann warmes Wasser gezapft wird, dann erhöht sich schlagartig dort die Temperatur. Diese Temperaturerhöhung wertet man mit einer Elektronik entsprechend aus und schaltet umgehend die Zirkulationspumpe ein. Diese schiebt nun das warme Wasser schnellstens in die Ringleitung, so dass bereits nach relativ kurzer Zeit  das warme Wasser an der Zapfstelle ist.  Und spätestens jetzt wird klar, daß hierfür eine Pumpe mit möglichst hoher Leistung viel besser geeignet wäre, als die heute mit Schaltuhr eingesetzten Kleinleistungs-Typen.

Abgeschaltet wird die Pumpe entweder nach 3 bis 4 Minuten ( wenn die Ringleitung gut und komplett durchspült ist) oder wenn im Rücklauf am Warmwasserspeicher die Temperatur angestiegen ist. Dazu würde allerdings noch ein zweiter Temperatursensor benötigt.

Nach mehreren Versuchen mit und ohne zweiten Temperatursensor im Rücklauf wurde die einfache Lösung mit nur einem Temperatursensor im Vorlauf praktisch umgesetzt. Die Vorteile mit einem zweiten Sensor wären nur sehr gering!

Die erste Steuerung war analog mit wenigen Bauelementen umgesetzt (siehe Link oben) und hat ein Jahr problemlos gelaufen. Allerdings hatten einige Nachbauer mit Bauteiltoleranzen der analogen Steuerung zu kämpfen, so daß der Wunsch nach einer robusteren digitalen Lösung aufkam, die zudem optional in meine Homematic-Haussteuerung gut integriert werden kann. Damit meine ich, daß die Homematic sowohl die Zirkulationspumpe einschalten kann, als auch bei selbsttätiger Einschaltung die Homematic über den Schaltzustand rückinformiert wird. (bidirektionale Einbindung).

Vielleicht wird der eine oder andere Leser die Frage stellen, warum denn nicht gleich die Zirkulationspumpe mit der Homematic steuern?
Die Antwort ist einfach, weil die aktuell verfügbaren Homematic-Temperatursensoren mit Aktualisierungsintervallen von 3 und mehr Minuten  viel zu langsam sind!

Technische Daten des WIFFI-pump

Mit Verwendung des hochintegrierten Wifi-Chips ESP8266 eröffnen sich ganz neue Möglichkeiten für die kompakte Realisierung eines Steuerungsmoduls im praktischen Hutschienengehäuse. Dabei wird nicht nur die intelligente Steuerung der Zirkulationspumpe nach oben beschriebenen Steuerungsprinzip möglich sondern zusätzlich werden mit dem Modul auch zwei sog. 1wire-Temperatursensoren abgefragt und die Information an die Homematic-CCU übertragen.

Hier die wesentlichen Eigenschaften des WIFFI-pump:

  • WLAN-Kommunikation mit dem heimischen Router
  • Kommunikation mit  der Homematic-CCU  oder unabhängiger Standalone-Betrieb
  • Temperaturmessung am WW-Ausgang mit NTC und …
  • Einschalten der Zirkulationspumpe in Abhängigkeit von der WW-Temperaturerhöhung
  • Einschalten der Zirkulationspumpe auch von der CCU direkt
  • zusätzliche Messung von zwei Heizungstemperaturen mit optionalen 1wire-Sensoren (z.B. Vorlauf- und Rücklauftemperatur )
  • Hutschienengehäuse 2TE

Die Schaltung

Die gesamte Schaltung konnte auf einer so kleinen Platine realisiert werden, daß sie in ein 2TE Hutschienengehäuse paßt. Auf der einen Seite werden die 5V-Spannungsversorgung (externes 5V-Netzteil mit > 0,5A)  an die Schraubklemmen geschaltet. Auf der Netzspannungsseite ist der Einschaltkontakt für die Zirkulationspumpe verfügbar. Die Stausanzeige erfolgt mit einer LED, die im Betrieb durch ein Schraubklemmenloch erkennbar ist. Aber diese LED-Anzeige benötigt man nur zum Anlernen und oder zur Funktionskontrolle.

Folie4

Die beiden Taster auf der Platine benötigt man ebenfalls nur zum einmaligen Einstellen des WIFFI-pump.

Die gesamte Verschaltung des Moduls zeigt das folgende Bild. Der NTC-Temperaturfühler mißt die WW-Auslauftemperatur und schaltet bei schnellen Temperaturerhöhungen am WW-Auslauf das Relais zum Einschalten der Zirkulationspumpe. Danach bleibt die Zirkulationspumpe für etwa 4min eingeschaltet, damit das warme Wasser in der WW-Zirkulationsleitung verteilt wird. Die Einschaltzeit von 4min kann an die individuellen Bedürfnisse  im Expertenmodus angepasst werden. Wie das geht, ist weiter unten beschrieben. Aber die gewählten 4min sind für typische Zirkulationsleitungen ein guter Wert. Darüberhinaus können wie im Bild dargestellt sog. 1wire Temperatursensoren angeschaltet werden, mit denen ohne Eichung eine recht genaue Temperaturmessung möglich ist. Ich verwende diese Sensoren für die Messung der Vorlauftemperatur im Kesselkreis und zur Messung der Vorlauftemperatur für die Fussbodenheizung (nach dem Mischer). Aber was man damit macht,  kann  man nach eigenen Bedürfnissen festlegen.

Nachbau

Zum Nachbau des WIFFI-pump habe ich einen Bausatz zusammen gestellt, der auch weniger löterfahrenen Elektronikern den Nachbau möglich macht. Auf der Platine ist schon der komplett programmierte Chip ESP8266-12 aufgelötet, so daß diese schwierige Lötarbeit entfällt. Die restlichen Bauteile lassen sich mit meiner Bauanleitung recht schnell zusammenbauen.

Folie1

Den Bausatz gibt es auch mit den zusätzlich verwendbaren  zwei  1wire-Temperatursenoren vom Typ DS18B20. Diese Sensoren sind schon fertig mit einem 1m Kabel konfektioniert, wobei der Sensor in einer Edelstahlhülse sitzt. Mehr Informationen zum Zusammenbau in der Bauanleitung zu diesem Bausatz  in meinem Shop : Bauanleitung

Inbetriebnahme

Die Steuerung sollte in einem trockenen Installationsgehäuse möglichst in der Nähe der Heizung untergebracht sein. Leitungslängen für die Messsignale von bis zu 8m wurden ausprobiert, längere Leitungen können möglich sein. Im Hinblick auf zuverlässige Funktion sind die Leitungen aber so kurz wie möglich zu dimensionieren. Im Hinblick auf Signaleitungen sollte man immer Netzleitungen und Messleitungen möglichst  getrennt verlegen. Dazu sind alle entsprechenden Sicherheitsregeln für den Umgang mit Netzspannungen unbedingt zu berücksichtigten.

Ohne entsprechende Fachkenntnisse muß die Installation unbedingt von Fachpersonal  durchgeführt werden. Siehe auch nochmal meine Warnhinweise auf der Startseite hierzu: Warnhinweise

Wenn dann alles entsprechend dem Bild oben angeschlossen ist, kann die 5V-Versorgungsspannung eingeschaltet werden. Ist  das Modul noch nicht angelernt, dann dauert es nach dem Einschalten oder nach dem Drücken des Reset-Tasters etwa 65sec bis die rote LED mit kurzen Blitzen die richtige Funktion des Moduls signalisiert.

– Jetzt den Prog-Taster kurz drücken und das Modul geht in den Hotspot-Modus. Diese Betriebsart wird an der LED mit schnellem Blinken quittiert.

– dann mit Smartphone oder Notebook bei eingeschaltetem WLAN nach dem Hotspot mit dem Namen (ssid)  wiffi  suchen und die gesicherte Verbindung  mit dem Passwort wiffi1234 starten.

– Danach mit dem Browser die Webseite zur Einstellung  des WIFFI-pump  aufrufen. Diese Webseite hat die feste IP 192.168.4.1  Achtung, diese IP-Adresse hat nichts mit der späteren IP-Adresse  des WIFFI-pump im Heimnetz zu tun! Also man ruft im Browser einfach folgende Adresse auf   192.168.4.1/?  und erhält als Antwort die einfache Webseite des WIFFI:

links im Bild die Webseite im Werkszustand , rechts mein individuellen Einstellungen:

Mit wenigen verfügbaren Befehlen kann der WIFFI-pump an den eigenen Router und die CCU angelernt werden: (… und nicht den Doppelpunkt am Ende vergessen!)

  • 192.168.4.1/?ssid:meineSSID:    setzt die SSID des Routers, die SSID muß weniger als 17 Zeichen haben und keine Sonderzeichen enthalten
  • 192.168.4.1/?pwd:meinPasswort:   setzt den Router WLAN-Netzwerkschlüssel   ( WPA2) , Restriktionen wie bei SSID
  • 192.168.4.1/?ccu:192.168.178.2:   setzt die CCU-IP, dafür muß die CCU eine feste IP haben. Einstellen im Router !!
  • 192.168.4.1/?name:zz:  setzt den individuellen Namenskürzel für den WIFFI. Damit werden die CCU-Systemvariablen gekennzeichnet, siehe weiter unten

Wenn alle Zugangsdaten eingegeben sind, dann mit dem Reset-Taster neu starten.

Danach startet das Modul deutlich schneller. Je nach Zeitbedarf für das Einloggen in das WLAN-Netz dauert es jetzt etwa 15 bis 30sec und dann blinkt die LED wieder mit dem typischen regelmäßigen Blitzen ca. 1x/Sekunde.  Der Blitz ist jetzt im eingeloggten Zustrand deutlich länger als im nicht-eingeloggten Betriebszustand. So kann man leicht erkennen, ob WLAN-Verbindung da ist oder nicht. Die Funktion der temperatuabhängigen Steuerung der Zirkulationpumpe funktioniert aber unabhängig davon, ob WLAN-Verbindung da ist oder nicht!

Das Anlernen des WIFFI-pump an die CCU erfolgt ganz einfach, indem man die folgenden vier  Systemvariablen definiert: wiffi_systemvariable

Ich verwende als Namen für den WIFFI-pump einfach den Buchstaben z ; entsprechend ergeben sich dann die Namen der Systemvariablen im Bild oben. Die Systemvariablen bitte genauso schreiben wie im Bild! Wenn man einen anderen Namen für den WIFFI-pump verwendet, dann ist statt  z  dieser Name zu einzusetzen.

Sobald der WIFFI eingeschaltet ist überträgt er die Daten automatisch an die so definierten Systemvariablen.

Ein ganz einfacher Funktionstest ist möglich, indem man den kalten NTC-Temperatursensor mit den Fingern kurz anwärmt. Dann muß sofort das Relais einschalten und nach etwa 4min die Zirkulationspumpe wieder abschalten.

Schalten der Zirkulationspumpe mit der CCU

Eigentlich braucht man die Zirkulationspumpe nicht von der CCU schalten, da sie ja vom WIFFI-pump automatisch in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung am WW-Auslauf eingeschaltet wird.  Aber aus verschiedenen Gründen ist es dennoch sinnvoll, die Zirkulationspumpe zu bestimmten Zeiten einzuschalten. Beispielsweise wenn die Heizung zur Legionellendesinfektion zu einem bestimmten Zeitpunkt die Temperatur im WW-Speicher hochfährt, dann macht ein gleichzeitiges Spülen der Ringleitung durchaus Sinn. Oder wenn man morgens immer zu einer bestimmten Zeit duscht, dann will man nicht warten, bis nach Aufdrehen des Wasserhahnes die Zirkulationspumpe das warme Wasser erst ranbringt. In all diesen Fällen ist ein vorausschauendes zeitgesteuertes Einschalten absolut sinnvoll.

Das Einschalten erfolgt mit einem einfachen HM-Skript, das zum gewünschten Zeitpunkt die Pumpe eine bestimmte Zeit einschaltet.

HM_wiffi_prog

und hier ist das HM-Skript dazu, das in meinem Beispiel alle 15min zwischen 7h00 und 8h00 aufgerufen wird.

!hiermit wird die z_pump  für 300 sec eingeschaltet 
string befehl = "/?trigger:300:";   
string IP = dom.GetObject("z_IP").Value();  !Holt IP_adresse des WIFFI_wz
var send_data = "http://" + IP  + befehl; !Befehl zusammensetzen
 
WriteLine(send_data);
string stdout; string stderr;           !und Befehl ausgeben
system.Exec("wget -q -O - '"#send_data#"'", &stdout, &stderr);

Man kann auch einfach mit einem Browser dies ausprobieren, indem man folgenden Befehl eingibt:

<CCU_IP>/?trigger:300:       Danach schaltet die Zirkulationspumpe für 300sec ein.

Natürlich kann man solch einen String auch von anderen Rechnern wie Rasberry und Co. abschicken. Somit ist der WIFFI-pump sehr zukunftssicher. Vielleicht mache ich dazu mal eine einfache App . Anregungen dazu nehme ich gerne entgegen!

Update 06.12.2015: in der aktuellen Firmware-Version wiffi_pump_08 kann man zusätzlich mit folgendem Befehl die Zirkulationspumpe dauerhaft Ein- und Ausschalten.

<CCU_IP>/?trigger:on:   oder <CCU_IP>/?trigger:off:

 

Anbringung des NTC-Temperatursensors

Der Temperatursensor muß am vorlaufseitigen Ausgangsrohr des Wasserspeichers so nah angebracht werden, daß bei Zapfen von warmem Wasser möglichst schnell eine Temperaturerhöhung gemessen wird. Andererseits darf der Sensor nicht zu nah am Wasserspeicher sein, weil sonst die wasserseitige Wärmeausstrahlung das Rohr immer erwärmt. Mein Erfahrungswert für die optimale Leitungsentfernung zwischen Sensor und Speicherausgang ist  etwa 40cm bis 60cm; das hängt vom Leitungsquerschnitt und den räumlichen Gegebenheiten ab. Muß man halt etwas probieren!
Test: Wenn die Zirkulationspumpe längere Zeit nicht gelaufen ist, dann sollte der geplante Anbringungsort für den Sensor höchstens handwarm sein!
Folie8

Besonders wichtig für eine gute Funktion ist natürlich eine gut entlüftete Ringleitung. Wenn hier sich Luftblasen angesammelt haben, dann ist eine effektive Pumpfunktion nicht möglich. Besonders die Schwerkraftbremse muß einwandfrei funktionieren, damit bei abgeschalteter Zirkulationspumpe auch wirklich kein Wasser zirkuliert. Prüfen kann man das folgendermaßen:
Zirkulationspumpe stromlos machen und mindestens 2 Stunden den Kreislauf abkühlen lassen. wenn  danach der Rücklauf  kalt ist und der Vorlauf nur auf dem ersten Meter handwarm, dann ist keine natürliche Zirkulation da und die Schwerkraftbremse ist in Funktion.

Danach wird die Zirkulationspumpe eingeschaltet und die Zeit gemessen, bis das warme Wasser am Rücklauf angekommen ist. Wenn nach 2 bis 5 Minuten das warme Wasser im Rücklauf angekommen ist, dann scheint der hydraulische Pumpenkreis wohl in Ordnung zu sein!

Expertenmodus

Im Expertenmodus können bei Bedarf einige Parameter geändert werden. Das Vorgehen zum Ändern der Parameter zeigt das folgende Bild. Die Parameter sollten aber nur in Ausnahmefällen verändert werden und man sollte wissen, was man da tut !

wiffi_expertliste

Rückstellen in den Werkszustand

Manchmal kann es notwendig sein, die im EEPROM abgelegten Zugangsdaten für den heimischen WLAN-Router zu löschen und den WIFFI-pump in den Auslieferungszustand zu versetzen. Hierfür wird durch 1sec-Drücken des Prog-Tasters zuerst in den  Hotspot-Modus geschaltet, was durch schnelles Blinken der roten LED angezeigt wird. Danach hält man den Prog-Taster für mehr als  10 sec gedrückt, was mit einer langsam blinkender LED bestätigt wird. Jetzt ist alles gelöscht und mit Druck auf den Reset-Taster kann wieder neu gestartet werden.

 Update mit SW-Version wiffi_pump_08:

Mit der aktuellen  Firmware-Version wurde die Anzeige auf den Webseiten verbessert. Das betrifft ausdrücklich nicht die Funktion sondern die optische Präsentation der Einstellseiten. Zusätzlich sind die Einstellseiten jetzt bei bereits im Heimnetz eingeloggten Modulen unter der vom Router vergebenen  IP-Adresse im Heimnetz auch sichtbar und administrierbar. Die folgenden Bilder zeigen sowohl den Normalmodus als auch den Expertenmodus. Umgeschaltet wird einfach durch Anklicken des Textbuttons:

Webseite_neu1

Webseite_neu2

Um also beispielsweise im Expertenmodus die Ansprechempfindlichkeit des Temperatursensors( delta_temp_NTC)  zu verändern , gibt man (mit der WIFFI-IP_Adresse) ein:

http://192.168.178.66/?param:1:12:  Größere Werte machen die Ansprechempfindlichkeit geringer, kleinere Wert entsprechend größer!

Diese beiden Webseiten sind also sowohl in der Funktion als Hotspot unter der IP 192.168.4.1 (Seite gelb eingefärbt) als auch (im eingeloggten Zustand und blau eingefärbt !) unter der vom Router für den WIFFI-pump vergebenen IP-Adresse sichtbar. Zusätzlich kann man mit den Buttons EIN AUS  die Zirkulationspumpe manuell ein und ausschalten. Damit eröffnen sich zukünftig Möglichkeiten, per Smartphone-App o.ä. das WIFFI-Modul zu bedienen.

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 Heizungssystem dürfen nur von ausgebildeten Fachpersonal durchgeführt werden. Es sind die geltenden Sicherheitsvorschriften und die DVGW-Richtlinien einzuhalten.

 

 

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