Wie es manchmal so ist, kann ein einziges Ereignis das ganze Leben verändern. So auch die Geburt meines ersten Kindes. Das ist mit der Grund dafür, warum das basteln aktuell eine etwas niedrigere Priorität bekommen hat.

Aber natürlich gibt das Kind hin und wieder auch Anlass etwas am Haus zu verbessern. Denn aktuell ist Schlaftrainig angesagt und immer wenn abrupt das Nachttischlicht ausgeschaltet wird, ist erstmal “alarm“.

Daher war die Überlegung, das Nachtlicht nicht plötzlich auszuschalten sondern langsam auszudimmen – ähnlich wie bei einem Sonnenuntergang. In der Hoffnung, dass das Kind dadurch nicht erschrickt und das einschlafen leichter fällt.

Natürlich war schon eine kleine Lampe mit LED Leuchtmittel, welches man sogar dimmen könnte, vorhanden und an einer Steckdose angeschlossen. Und tatsächlich sind an meinem Dimmaktor noch zwei Anschlüsse frei. Jedoch hätte ich dazu diese eine schaltbare Steckdose so umverdrahten müssen, das sie eben nicht mehr über einen Schaltaktor läuft sondern über den Dimmaktor. Es wäre die einzige im Haus und irgendwie fühlte sich das nicht richtig an. Zumal ich auch alle anderen Steckdosen im Zimmer auf eine andere Phase (des 5×1.5 welches die Steckdosen speist) hätte umverdrahten müssen – das war mir zu aufwändig.

Stattdessen wollte ich die gleiche Technik nutzen, die auch schon im Garten eingesetzt wird: Zigbee.

Dann habe ich eine Wippe am Lichtschalter so programmiert das die 2-Kanal-Bedienung aktiviert wird, so dass ich einmal einen kurzen und einen langen Tastendruck auslösen kann. Die Idee:
– Der kurze Tastendruck fährt überall im Obergeschoss die Rollos runter, schaltet diverse Lichter aus und bereitet alles zum “Ins Bett gehen” vor.
– Der lange Tastendruck startet dann den Dimmvorgang. Es soll innerhalb von 5 Minuten von der maximalen Helligkeit auf “aus” gedimmt werden.

Meinem Programmierprinzip folgend habe ich in der ETS “nur” Kommunikationsobjekte für die beiden Tastenaktionen gemacht und den Rest mache ich dann im Homeserver durch eine kleine Logik:

Logik im Gira Homeserver zur Steuerung des Sonnenuntergangslichts
Logik zur Steuerung des Sonnenuntergangslichts

Bei der Ausgangsbox “geht ins Bett” werden wie beschrieben Rollos herunter gefahren und die Lichter im Flur ausgeschaltet.

Bei der Ausgangsbox “licht dimmen” bzw “licht reset” wird über “Web-Seiten abfragen” eine URL aufgerufen. Denn schon alleine aus Entwicklungs- und Testgründen (den Homeserver muss man ja bei jeder Änderung neu starten) wollte ich den ganzen Dimmvorgang nicht über Sequenzen oder ähnliches steuern, sondern einfach nur der deCONZ-API mit einem Aufruf mitteilen “stelle das Licht so und so ein und nimm dir dafür 300 Sekunden Zeit”. Das habe ich dann als PHP-Script gelöst, welches einfach auf meinem NAS liegt und auf Knopfdruck vom Homeserver aufgerufen wird.

Aufruf einer Webseite im Gira Homeserver 2
Aufruf einer Webseite im Homeserver 1
Aufruf einer Webseite im Gira Homeserver 2
Aufruf einer Webseite im Homeserver 2

Ich werte im Script noch einen GET-Paramter aus, um die Lampe auch vom gedimmten Zustand wieder auf “ungedimmt” wechseln zu können. Hier mein Script.

<?php
	header("Cache-Control: no-store, no-cache, must-revalidate, max-age=0");
	header("Cache-Control: post-check=0, pre-check=0", false);
	header("Pragma: no-cache");

	class ApiLightStateSet {
		public $bri = 0;
		public $ct = 0;
		public $on = true;
		public $colormode = "ct";
		public $transitiontime = 0;
	}
	
	$apiPath = "http://IP-DES-DECONS-GATEWAYS:8080/api";
	$apiKey = "APIKEY";
	$uid = "LAMPEN-UID";
	
	$apiPath .= "/" . $apiKey . "/lights/" . $uid . "/state";
		
	$action = $_GET["a"];
	if ($action == "dim")
	{		
		setBrightness(254, 362, 0);
		sleep(2);
		setBrightness(0, 362, 0);
		sleep(2);
		setBrightness(254, 362, 0);
		sleep(2);
		setBrightness(0, 500, 3000);
	}
	else if ($action == "res")
	{
		setBrightness(254, 362, 0);
	}
	
	function setBrightness($bri, $ct, $transitiontime)
	{
		$data = new ApiLightStateSet();
		$data->on = ($bri > 0);
		$data->bri = (int)$bri;
		$data->ct = $ct;
		$data->transitiontime = (int)$transitiontime;
		sendApiData($data);
	}
	
	function sendApiData($data)
	{
		global $apiPath;
		if ($data)
			$jsonData = json_encode($data);
		
		$curl = curl_init();
		curl_setopt($curl, CURLOPT_URL, $apiPath);
		curl_setopt($curl, CURLOPT_RETURNTRANSFER, true);
		curl_setopt($curl, CURLOPT_CUSTOMREQUEST, 'PUT');
		curl_setopt($curl, CURLOPT_POSTFIELDS, $jsonData);
		curl_setopt($curl, CURLOPT_HTTPHEADER, array('Content-Type: application/json','Content-Length: ' . strlen($jsonData)));
		$response = curl_exec($curl);		
		if ($response)
		{
			$json = json_decode($response);
			var_dump($json);
		}
		curl_close($curl);
	}
?>

Wie man erkennen kann wird beim starten des Dimmens zuerst die Lampe einmal kurz ein- und ausgeschaltet. Das ist die optische Rückmeldung, dass das Dimmen gestartet wurde.

Ergebnis: Das Licht geht nun auf Knopfdruck von hellweiß auf ein ganz dunkles warmweiß und schließlich aus. Das ganze in einer Zeit von ca. 5 Minuten.
Und so wie es aussieht, hilft es dem Kind beim einschlafen.

Vor vielen Jahren habe ich mal eine Stand-Alone Wetterstation mit Außensensor geschenkt bekommen und diese hat eigentlich auch immer gut ihren Dienst getan. Jetzt ist vor ein paar Wochen leider der Außensensor an einem Wasserschaden gestorben. Natürlich funktioniert die Wettervorhersage immer noch, aber ohne Außentemperatur ist das Gerät für mich nicht mehr “vollständig” 😉 – und schon war das nächste Projekt geboren.

Folgende Anforderungen habe ich festgelegt:

  • Möglichst größer Bildschirm (mindestens 7.5″)
  • Batteriebetrieb
  • Anbindung meiner KNX Wetterstation
  • Anzeige von Temperaturen im Haus (zur Kontrolle der Fußbodenheizung)
  • Verlässliche Wettervorhersage
  • Schönes Gehäuse, so dass man es außerhalb des Bastelzimmers aufstellen kann

Lithium Batterien

Egal ob zwei 1,5V Lithium-Batterien in Reihe oder wie in meinem Fall eine CR123(A) 3V Lithium-Batterie: mit Lithium-Batterien läuft die Station super (mit normalen Batterien nicht) und ich nutze sie für µC Anwendungen fast immer. Lithium Batterien halten nämlich ziemlich konstant eine Spannung von 3V. Ab ca. 2,7 V sind dann auch schon über 90% der Kapazität verbraucht und bei ca. 2,55 V ist sie praktisch leer. Auch kurzfristigen großen Strombedarf, wie z.B. bei WLAN oder Bluetooth Betrieb, liefern Lithium-Batterien ohne Probleme. Zusätzlich haben Lithium-Batterien auch noch eine sehr geringe Selbstentladung.

Stromverbrauch

An meinem Labornetzteil habe ich den Stromverbrauch beim Refresh gemessen:
Ingesamt dauert der Vorgang ca. 55 Sekunden.
Maximal werden 137mA gezogen, im Mittel über die 55 Sekunden sind es 41mA.
Im Deepsleep sind es aber immer noch 0,36mA, obwohl der ESP32 eigentlich nur ca. 7µA ziehen sollte. Das liegt wohl an dem Entwicklungsboard. Obwohl ich den ESP32 in Tiefschlaf versetze, scheint auf der Platine noch immer etwas Strom zu ziehen. Vermutlich werde ich die Schaltung nochmal ohne Entwicklungsboard aufbauen müssen.

Labornetzteil zur Strommessung
Labornetzteil zum Messen des Stroms

Bei 0,36mA Standby-Strom komme ich mit den 2500mAh Batterien ungefähr auf 2500mAh/0,36mA=6944h = 289 Tage
Einmal pro Stunde zieht er für eine Minute im Mittel 41mA. Das heißt ich sollte mit einer Batterie ca. 3/4 Jahr hinkommen.
Das reicht für den Anfang, aber ich werde auf jeden Fall noch eine alternative Platine bauen.

Die Software

Elektrik wäre damit (erstmal) erledigt und auch ein Gehäuse musste nicht designed werden. Aber die Software hatte es in sich. Zwar programmiere ich recht oft Microcontroller, jedoch haben die meisten Projekte keine 100 Zeilen. Dieses hier ist eines der umfangreicheren Programme auf Arduino-Basis.

Der Programmablauf ist wie folgt:

  1. WLAN Verbindung herstellen
  2. Wetterbericht von https://openweathermap.org/ holen (REST-API, Ergebnis kommt als JSON, Dienst ist für wenige Abfragen kostenlos)
  3. KNX Daten von Homeserver lesen (ab Firmware 4.7 spricht dieser auch (simples) REST)
  4. Aktuelle Uhrzeit von http://worldtimeapi.org/ holen (wird nur zur Info mit ausgegeben)
  5. Schöne, mit Informationen vollgepackte Oberfläche zeichnen
  6. ESP32 einschlafen lassen

Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus.

Wetterstation im 3D Druck Gehäuse mit EInk Bildschirm

Wie immer gibt es das Programm hier: Arduino Wetterstation Code

Beim letzten Starkregen (welcher in Deutschland ja verheerende Schäden angerichtet hat) kam auch bei uns die Kanalisation nicht mehr mit. Gott sei Dank gab es nicht so große Probleme wie anderswo, aber unsere Zisterne ist übergelaufen und dadurch ist mein Sensor in der Zisterne abgesoffen.

Durch Wasser zerstörter Zisternensensor
Durch Wasser zerstörter Zisternen-Sensor

Interessanterweise läuft der ESP8266 noch problemlos, aber die Messung liefert Mondwerte.

Mein Plan ist Elektronik und Sensor wieder zu trennen. Der Sensor wird in der Zisterne versenkt, die Elektronik kommt ins Pumpenhaus.

Wasserstandssensor auf Druckbasis mit Stromschleife
Wasserstandssensor auf Druckbasis mit Stromschleife

Doch wie bringt man einem ESP8266 bei Strom zu messen? Sicher gibt es viele Möglichkeiten, doch ich entscheide mich ganz simpel für einen (passenden) Widerstand, an dem die gewünschte Spannung abfällt.

Wir erinnern uns kurz zurück an die Schule: Da war mal was das hieß “U = I * R”
Und ich möchte das an meinem ADC, wenn der Sensor 20mA liefert eine Spannung von 3.3V anliegt. Das ist die Betriebsspannung meines ESP8266.
Das heißt: R = 3,3V / 0,020A = 165 Ohm -> Ich nehme also einen 150 Ohm Widerstand.
Bei minimaler und maximaler Wassertiefe (= Stromfluss) ergeben sich dann folgende Spannungen.
V = 0,004A * 150 Ohm = 0,6V (minimal)
V = 0,020A * 150 Ohm = 3,0V (maximal)
Das passt also, auch wenn ich nicht den ganzen Messbereich des ADC ausschöpfe!

Jetzt möchte ich den µC noch gegen Spannungen die größer als VCC (=3,3V) + 0.6V sind schützen und den Strom auf unter 0,1mA bringen. Kann ja immer mal passieren das irgendwo ein Kurzschluss entsteht oder beim Aufbau Kabel vertauscht werden.
R= (24V-(3,3V+0,6V)) / 0,0009A = 22333 Ohm -> Ich nehme also einen 27k Widerstand.

So sieht die modifizierte Schaltung nun aus:

Schaltplan des neuen Zisternen-Sensors mit Wasserdrucksensor
Schaltplan des neuen Zisternen-Elektronik mit Wasserdrucksensor.
Wichtig: Die GNDs der beiden Spannungsquellen sind verbunden! (auf dem Schaltplan nicht zu sehen)

Jetzt schaut man sich den Schaltplan an und denkt: Ok, R2 = 27kOhm, das ist also der Schutzwiderstand.
Aber sollte R3 lt. Berechnung nicht 150 Ohm sein? Warum steht im Schaltplan 50 Ohm?
Das liegt daran, das ich in die Falle meines ESP-Moduls getappt bin. Nachdem ich das so gebaut hatte und der ADC irgendwie nichts sinnvolles gemessen hat, habe ich etwas Datenblätter gewälzt und festgestellt, das die “rohen” ESP-Module – wie ich sie verwende – einen Spannungsbereich am ADC von 0-1V erwarten (trotz 3,3V Betriebsspannung). Es gibt Module da ist direkt ein Spannungsteiler eingebaut, bei meinem nackten Modul aber nicht.

Also nochmal neu gerechnet:
R = 1.0V / 0,020A = 50 Ohm -> Ich nehme also einen 51 Ohm Widerstand.
Der Schutzwiderstand bleibt gleich.
Proberechnung:
V = 0,004A * 50 Ohm = 0,2V (minimal)
V = 0,020A * 50 Ohm = 1,0V (maximal) (hier liefert der ADC dann den Wert 1023)

Neue Schaltung auf Lochrasterplatine
Neue Schaltung auf Lochrasterplatine

Man sieht meine geliebte (aber sehr labile) Wurfverkabelung, mit der ich quasi immer arbeite. 😉
Im Hintergrund ist der USB->Seriell Konverter zu sehen (zum Programmieren) und vorne links, unter der Platine ist der Step-Up-Wandler. Die Platine ist jetzt durch das aus- und einlöten diverser Bauteile ganz schön verbraten, aber muss ja auch keinen Schönheitspreis gewinnen.

Ordentlich verpackt in eine Abzweigdose die rumlag sieht es dann so aus.

Schaltung in Abzweigdose
Schaltung in Abzweigdose

Wie man sieht habe ich das Kabel vom Sensor mit einem Hohlstecker versehen, damit ich die Elektronik für Wartungszwecke leicht vom Sensor trennen kann.

Jetzt fehlt noch der angepasste Arduino Sketch:

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>

const int sensorEnable = 15; // PIN für den Transistor zum aktivieren des Step-Up-Wandlers
const byte sensorPin = A0; // ADC für den sensor
const uint16_t resistor = 51; // Eingesetzter Pull-Down Widerstand
const int maxAdcWennVoll = 472; // Prozentuale Umrechnung

ESP8266WebServer server(80); // Webserver
WiFiClient client;

              
void setup() {
  Serial.begin(115200);

  IPAddress ip(192, 168, X, Y);
  IPAddress gateway(192, 168, X, Z); 
  IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); 
  WiFi.config(ip, gateway, subnet);
  WiFi.begin("**netzwerk**", "**geheim**");

  Serial.print("Connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  Serial.print("Connected, IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());  

  server.on("/", handle_normal);
  server.on("/hs", handle_hs);
  server.on("/hs/1", handle_hs);
  server.onNotFound(handle_NotFound);  
  server.begin();
  Serial.println("http server startet");

  pinMode(sensorEnable, OUTPUT);
  digitalWrite(sensorEnable, LOW);
  
  pinMode(sensorPin, INPUT); 
}

void loop() {
  server.handleClient();
}

void handle_NotFound(){
  server.send(404, "text/plain", "Not found");
}

void handle_normal() {
  Serial.println("handle /");
  long pressure = measurePressure();  
  long percent = pressure * 100 / maxAdcWennVoll; //umrechnen auf prozent
  
  String msg = String("<!DOCTYPE html><html>") + 
    "<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">" + 
    "<link rel=\"icon\" href=\"data:,\">" + 
    "<body><h1>Zisterne Measusement Server</h1>" + 
    "<p>Use get parameter hs for homeserver</p>" + 
    "<p>Exampe: /hs/1</p>" + 
    "<br><br><p>Current pressure: " + String(pressure) + "</p>" + 
    "<br><br><p>Current percent: " + String(percent) + "</p>" + 
    "</body></html>\r\n" ;
  server.send(200, "text/html", msg); 
}

void handle_hs() {
  Serial.println("handle /hs");
  long pressure = measurePressure();
  long percent = pressure * 100 / maxAdcWennVoll; //umrechnen auf prozent
  String msg = String("D=" + String(percent) + "\r\n");
  server.send(200, "text/html", msg); 
} 

int measurePressure() {
  Serial.println("setting 24v on");
  digitalWrite(sensorEnable, HIGH);
  delay(5*1000); //auf sensor warten
  
  Serial.println("start measuring");
  int myValue = doMeasure(); 
  Serial.println("done measuring");
  
  Serial.println("setting 24v off");
  digitalWrite(sensorEnable, LOW);
  return myValue;
}

int32_t doMeasure() {
  float minAdc = 0.004 * resistor * 1024;
  float maxAdc = 0.020 * resistor * 1024;
  
  int adc = 0;
  for (byte i = 0; i < 3; i++)
  {
    int m = analogRead(sensorPin);
    Serial.println("adc" + String(m));
    adc += m;    
    delay(10);
  }
  adc = adc / 3;
  int32_t value = (adc - minAdc) * int32_t(1023) / (maxAdc - minAdc);
  if (value > 1023) value = 1023;
  else if (value < 0) value = 0;
  return  value;
}

Ich hoffe das diese Version jetzt rebust genug ist und der China-Sensor auch ein paar Jahre durchhält.

Wie ja alle wissen ist das Arbeiten in der Wohnung mit einer Flex oder Kreissäge nicht wirklich zu empfehlen, da die Staub- und Dreckentwicklung enorm ist. Aus diesen Grund wollte ich schon immer eine Werkstatt für die “groben” Arbeiten haben.

In meiner Garage ist auch extra ein Raum dafür abgetrennt, dieser ist jedoch nicht beheizt, so dass das Arbeiten im Winter nur mit dicker Jacke möglich wäre – ein unhaltbarer Zustand! 😉

Infrarot Heizungen

Und da meine Garage nicht, oder nur wenig gedämmt ist, habe ich nach kurzer Recherche ausrechnen können, dass ich ca. 1200-1400 Watt haben sollte.

Infrarotheizung Panael an Decke montiert
Infrarotheizung an Decke montiert
Steckdosen in Werkstatt an der Decke für die Infrarotheizungen
Steckdosen in Werkstatt

Nachdem das geschafft war, ging es an die Steuerung. Diese sollte natürlich über den KNX Bus stattfinden. Ich musste also erstmal die Temperatur der Werkstatt messen und an den Homeserver übertragen.

Temperatur Messung

Um die Temperatur zu messen habe ich den Sensor aus der Garage wiederverwendet. Dieser hat regelmäßig seine Firmware nach dem Tiefschlaf nicht mehr wieder gefunden und leider muss ich sagen, das der eingebaute Lüfter es auch nicht geschafft hat die Temperatur in der Garage spührbar zu reduzieren, also wird der jetzt recycelt.

Ich habe dann eine neue Firmware drauf gespielt die ich vom Zisternen-Sensor übernommen habe und somit von PUSH auf PULL umgestellt.

#include <ESP8266WiFi.h>
#include <ESP8266WebServer.h>
#include <DHT.h>
#define DHTTYPE DHT22

const int DHTPin = 2;
ESP8266WebServer server(80); // Webserver
WiFiClient client;
DHT dht(DHTPin, DHTTYPE);

struct measureData{
  float temp;
  float humi;
};

void setup() {
  Serial.begin(115200);

  IPAddress ip(192, 168, X, Y);
  IPAddress gateway(192, 168, X, Y); 
  IPAddress subnet(255, 255, 255, 0); 
  WiFi.config(ip, gateway, subnet);
  WiFi.begin("<SSID>", "<PASSWORD>");

  Serial.print("Connecting");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) {
    delay(500);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  Serial.print("Connected, IP address: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());  

  server.on("/", handle_normal);
  server.on("/hs", handle_hs);
  server.on("/hs/1", handle_hs);
  server.onNotFound(handle_NotFound);  
  server.begin();
  Serial.println("http server startet");

  dht.begin();
  Serial.println("dht startet");
}

void loop() {
  server.handleClient();
}

void handle_NotFound(){
  server.send(404, "text/plain", "Not found");
}

void handle_normal() {
  Serial.println("handle /");
  struct measureData measureData = getMeasureData();
  String msg = String("<!DOCTYPE html><html>") + 
    "<head><meta name=\"viewport\" content=\"width=device-width, initial-scale=1\">" + 
    "<link rel=\"icon\" href=\"data:,\">" + 
    "<body><h1>Werkstatt Temperature Server</h1>" + 
    "<p>Use get parameter hs for homeserver</p>" + 
    "<p>Exampe: /hs/1</p>" + 
    "<br><br><p>Current temp: " + String(measureData.temp) + "</p>" + 
    "<br><p>Current humi: " + String(measureData.humi) + "</p>" + 
    "</body></html>\r\n" ;
  server.send(200, "text/html", msg); 
}

void handle_hs() {
  Serial.println("handle /hs");
  struct measureData measureData = getMeasureData();
  String msg = String("T=" + String(measureData.temp) + "\r\n");
  server.send(200, "text/html", msg); 
} 

struct measureData getMeasureData() {
    float h, t;
    struct measureData measureData;

    delay(4000);
    h = dht.readHumidity();
    t = dht.readTemperature();
    Serial.println(t);
    Serial.println(h);        
        
    if (!isnan(t)) {
      measureData.temp = t;
    }
    if (!isnan(h)) {
      measureData.humi = h;
    }
    return measureData;
}

Und natürlich wollte ich jetzt erstmal prüfen, ob das alles denn auch funktioniert. Dazu habe ich dann den Sensor provisorisch zusammen mit einem Oldschool-Analog-Thermometer in der Werkstatt platziert.

Temperatursensor in Werkstatt
Neuer Temperatursensor in Werkstatt
Thermometer in Werkstatt
Analoges Thermometer in Werkstatt

Und siehe da: Der Sensor vertut sich um gut 2-3 Grad – so geht das aber nicht!

Schaltungsüberarbeitung

Und dann ging die Suche los:
Zunächst einmal habe ich die Schaltung überarbeitet und einen Pull-Up Wiederstand (4.7k) sowie den im Datenblatt des DHT22 aufgeführten 100nF Kondensator eingefügt.

Überarbeitete Sensorschaltung auf Lachrasterplatine Oberseite
Überarbeiteter Sensor Oberseite
Überarbeitete Sensorschaltung auf Lachrasterplatine Unterseite
Überarbeiteter Sensor Unterseite

Ich weiß nicht genau was von den Maßnahmen geholfen hat, aber nachdem ich den überarbeiteten Sensor so in der Werkstatt aufgestellt hatte, deckte sich die Messung 1zu1 mit dem analogen Thermometer.

KNX Anbindung

Die Anbindung an den Homeserver findet auf die gleiche Weise statt, wie schon bei der Zisterne. Ich habe ein KO angelegt und mitteils Webseitenaufruf wird der Wert von der Webseite des ESP gelesen.

Webseitenaufruf IP-Adresse
Webseitenaufruf IP
Webseitenaufruf URL
Webseitenaufruf URL
Webseitenaufruf Werte auslesen
Webseitenaufruf Werte

Der Webseitenaufruf wird dann mittels Logik einmal pro Minute wiederholt.

Die Logik

Und zum Schluß musste noch eine Logik her, welche die gemessene Temperatur mit der Wunschtemperatur vergleicht und unter Berücksichtigung von Pufferwerten dann die Steckdosen für die Heizungen an- bzw abschaltet.

Homserver Logik zur Steuerung der Heizungssteckdosen abhängig von der Wunschtemperatur und gemessenen Temperatur
Homeserver Logik zur Steuerung der Werkstattheizung

Wie schon angekündigt hat mein letzter Raspberry mit meiner Zigbee-Steuerung seine SD-Karte zerlegt – was ja immer ein Damoklesschwert über dem Kopf eines jeden ist, der die kleinen PCs mit SD-Karte betreibt und dort auch Datenbanken o.ä. drauf laufen lässt.

Da die PIs ab Version 3 aber auch endlich (ordentlich) aus dem Netzwerk booten können, habe ich mich entschieden nach und nach allen PIs die SD-Karte weg zu nehmen und nur noch über das Netzwerk zu arbeiten. Hier ist die kleine Anleitung dazu:

Verwendet wurden:
– QNAP NAS
– Raspberry PI 3 B V1.2

Vorbereitung DHCP Server

  • Damit der PI aus dem Netzwerk booten kann habe ich meinen DHCP Server so konfiguriert, das er immer die gleiche IP vergibt
  • Außerdem habe ich noch folgende DHCP Optionen gesetzt:
  • “Vendor encapsulated options” = Raspberry Pi Boot
  • “TFTP Servername” = 192.168.x.y (das ist die IP vom NAS)
  • “Bootfile Name” = bootcode.bin

Vorbereitung Raspberry Pi

  • Wie üblich mit dem Raspberry Pi Imager eine (neue) SD-Karte beschrieben und das Betriebssystem “Raspberry Pi OS Lite” installiert (ohne grafische Oberfläche)
  • Dann das System hochgefahren und die grundlegende Installation abgeschlossen (raspi-config, usw.)
  • Damit der Pi über das Netzwerk booten kann, muss ein Eintrag in der /boot/config.txt geändert werden (ganz am Ende)
nano /boot/config.txt
program_usb_boot_mode=1
  • Anschließend den PI neu starten und die Zeile wieder entfernen. Die Einstellung bleibt dauerhaft erhalten.
  • Der Erfolg kann nach dem Neustart wie folgt überprüft werden
vcgencmd otp_dump | grep 17
Ergebniss: 17:3020000a

Einrichtung QNAP NAS

  • Als erstes habe ich die Freigabe “Public” per NFS freigegeben. Hier soll später das Root-Dateisystem liegen und auch die Dateien für den Bootvorgang werde ich hier ablegen. Dazu muss der NFS-Dienst ggf. vorher in der Systemsteuerung aktiviert werden.
  • Gastzugang per Samba/Windows wird für “Public” deaktiviert, bzw. auf “kein Zugriff” gestellt
  • Auf der Public-Freigabe erstellle ich einen Ordner “pxeboot”
  • In dem Ordner “pxeboot” erstelle ich dann pro Raspberry einen weiteren Unterordner. Hier z.b. “zigbee”
  • Und in dem Ordner “zigbee” erzeuge ich dann noch einen Ordner “boot”
  • Außerdem brauche ich für den Netzwerkboot noch einen TFTP Server, der auf den QNAP-NAS wie folgt konfiguriert wird
  • Nun starte ich den Pi einmal ohne die SD-Karte neu und schaue in die Log-Datei “Public\pxeroot\opentftpd.log”. Dort steht jetzt drin welche Dateien gefunden/nicht gefunden wurden. Bei der Datei “start.elf” ist auch ein Unterordner zu sehen, der die Seriennummer des PIs darstellt. Diese merke ich mir, denn ich muss im nächsten Schritt einen passenden Symlink anlegen
  • Darum melde ich mich auf der Console des NAS per SSH an und mittels “ln -s /share/Public/pxeroot/zigbee/boot /share/Public/pxeroot/<seriennummer>” erzeuge ich einen Symlink mit der passenden Seriennummer, der in das boot-Verzeichniss des entsprechenden PIs zeigt

Kopieren der Daten

  • Zunächst melde ich mich am Pi an und mounte die NFS-Freigabe. Anschließend kopiere die gesamte Root-Partition auf die NFS-Freigabe
sudo mount.nfs 192.168.X.Y:/Public/pxeroot/zigbee /mnt
sudo rsync -xa --exclude /mnt / /mnt/
  • Nachdem der Kopiervorgang abgeschlossen ist (kann etwas dauern) müssen noch ein paar Dateien angepasst werden.
  • Zunächst “nano /mnt/etc/fstab”. Es wird alles entfernt außer “proc” und die vier tmpfs sowie das NFS-Root werden hinzugefügt
proc /proc proc defaults 0 0
192.168.X.Y:/Public/pxeroot/zigbee	/ 	nfs 	defaults 	0 	0
tmpfs /tmp tmpfs defaults,noatime,nosuid,size=100m 0 0
tmpfs /var/tmp tmpfs defaults,noatime,nosuid,size=30m 0 0
tmpfs /var/log tmpfs defaults,noatime,nosuid,mode=0755,size=100m 0 0
tmpfs /var/run tmpfs defaults,noatime,nosuid,mode=0755,size=2m 0 0
  • Dann fahre ich den Pi herunter und lege die SD-Karte in meinen PC ein (da wo ich diese auch beschrieben habe). Ich kopiere den ganzen Inhalt, also die ganzen .elf-Dateien, config.txt usw. in den Boot-Ordner auf der Netzwerkfreigabe
  • Die Datei “bootcode.bin” jedoch kopiere ich direkt in den Ordner “pxeroot”
  • Dann wird noch die “cmdline.txt” im Boot-Ordner angepasst:
dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.X.Y:/Public/pxeroot/zigbee rw vers=3 ip=dhcp rootfstype=nfs smsc95xx.turbo_mode=N elevator=deadline rootwait

Neustart des Raspberry Pi

Jetzt müsste der Pi ohne SD-Karte neu gestartet werden können. Er wird nach ca. 5 Sekunden vom Netzwerk booten und das System wird bis auf eine Fehlermeldung bzgl. der SWAP-Datei ganz normal hoch fahren.

Dann sind noch folgende, abschließende Arbeiten zu tun:

  • Deinstallieren von “dphys-swapfile” und erstellen und einbinden einer manuell erzeugten SWAP-Datei
sudo apt-get remove --purge dphys-swapfile
sudo rm /var/swap
sudo update-rc.d dphys-swapfile remove
 
sudo dd if=/dev/zero of=/var/swap bs=1M count=1024
sudo losetup /dev/loop0 /var/swap
sudo mkswap /dev/loop0
sudo swapon /dev/loop0

vi /etc/rc.local
echo "Swap einbinden"
sleep 3
losetup /dev/loop0 /var/swap
mkswap /dev/loop0
swapon /dev/loop0
  • Außerdem mache ich noch ein bischen Tuning
vi /etc/default/rcS
ASYNCMOUNTNFS=no 

vi /etc/sysctl.conf
vm.min_free_kbytes=12288
  • Dann noch ein abschließender Neustart und die Konfiguration ist abgeschlossen.

Wie schon bei Version 1.0 des Grillpavillons angekündigt, möchte ich auch wenn ich nicht grille den Pavillon mit etwas Ambiete-Beleuchtung erhellen, so wie auch den ganzen restlichen Garten.

Natürlich habe ich direkt an RGB LED Streifen gedacht, die ich aber auch über KNX steuern möchte. Doch nun erstmal die Hardware, zur Steuerung kommen wir später.

Ich habe mir also 2x 5m LED Streifen bestellt, mit der typischen infrarot Fernbedienung. Das Ganze ist natürlich Wasserfest (IP68). Und da ich möglichst viel Licht haben möchte, habe ich RGBW Streifen gewählt. Also sitzt dort alle paar cm auch eine weiße LED und der Streifen hat 4 Kanäle die ich separat steuern kann (rot, grün, blau und weiß).

Trotzdem lassen sich die Streifen alle paar cm mit einer normalen Schere zerschneiden. Mit einem Messer kann man an den vorgesehenen Stellen einfach die Schutzschicht abschneiden und dann an den vorhandenen Lötpads Kabel anlöten um z.B. zwei Streifen “um die Ecke” mit einander zu verbinden. Danach wieder Schrumpfschlauch drauf (wegen Wasserfest) und fertig.

Und, damit das Licht etwas mehr gestreut wird, habe ich mir Aluminium Profile mit einem entsprechenden Aufsatz besorgt.

Aluminiumprofil mit diffuser Abdeckung
Aluminiumprofil mit diffuser Abdeckung

Zuerst habe ich mir überlegt wie ich das Aluminiumprofil am Pavillon befestigen soll. Denn das vorhandene Gestänge ist rund, das Profil aber gerade, bzw. eckig. Ich brauche also einen Adapter. Endlich mal wieder ein (sinnvoller) Fall für den 3D-Drucker.

Ich habe also einen Adapter entworfen und unter jeder 2m Schiene Profil 4 Adapter befestigt. Die runde Seite kommt auf das Pavillon Gestänge. Die Kerben sind für Kabelbinder – so muss ich nicht Bohren. Das Profil klebe ich einfach mit üblichen Konstruktionskleber auf meine Adapter – fertig.

Hier gibt es natürlich auch wieder die STL-Datei für den Adapter.

Und so sieht das ganze dann fertig montiert aus. Schon sehr schön, aber eben nur mit der dusseligen Fernbedienung zu steuern.
Das darf so natürlich nicht bleiben und da ich alles an Ambiente-Beleuchtung im Garten ja mit Zigbee lösen möchte, habe ich mir für den LED Streifen einen entsprechenden RGBW-Zigbee-Controller besorgt.

Verkabelung Zigbee RGBW Controller

Ich habe die 5 Adern des Strips mit einem 8-Adrigen Kabel bis in meine kleine Verteilerbox geführt. Die Stecker des mitgelieferten Netzteiles habe ich gekürzt und direkt an die schon gelegte Verkabelung angeschlossen.

Zigbee Controller am RGBW Stripe

Sieht etwas wild aus, aber wenn man in der Kiste dann etwas auräumt, dann ist es ok und der Deckel passt super drauf.

Zigbee Controller im Verteilerkasten

Warum es jetzt gerade Zigbee geworden ist, könnt Ihr hier nachlesen.

Wie ja schon mehrmals beschrieben wohne ich in einem Altbau. (d.h. schlecht, bis gar nicht gedämmt).

Bei den aktuellen Temperaturen sorgt das natürlich dafür, dass sich das Haus schnell aufwärmt und man vor Hitze kaum in den Schlaf kommt. Größtes Problem sind dabei wohl auch die Fenster auf Ost-, Süd- und Westseite.

Meine Wetterstation (Gira KNX Wetterstation) misst aber nicht nur Regen und Wind, sondern eben auch Licht. Sogar in genau diesen drei Ausrichtungen. Ich bekomme in der Tat 3 verschiedene Messwerte, für je eine Richtung einen.

Jetzt habe ich mir schnell eine Logik gebastelt, welche die automatischen Rollos, bei längerer Sonneneintrahlung auf einer Seite auf 50% herunter fährt. Allerdings auch nur, wenn Sie noch oben sind. D.h. ist kann manuell mit den Rollos machen was ich möchte, aber wenn Sie morgens auf 0 sind (also ganz oben), werden sie bei Bedarf automatisch halb herunter gefahren und somit ein Aufheizen der Räume reduziert.

Die Logik im Gira Experten meines Homeservers sieht so aus:

Gira Homeserver Logik für Rollosteuerung bei Sonneneinstrahlung

Natürlich berücksichtige ich auch die Raumtemperatur. Wenn diese ohnehin schon wärmer als eingestellt ist, nur dann fährt das Rollo auch runter.

Oft merkt man ja immer erst was fehlt, wenn man es braucht. So auch bei diesem, diesmal wirklich kleinen Projekt.

Denn aktuell ist das Wetter tagsüber ja wirklich schön warm, aber Abends wirds nochmal knackig kalt. Tagsüber sind also die Fenster offen – und abends werden sie dann schon mal vergessen wieder zu schließen.

Da ich aber nicht für die Luftwaffe heizen möchte, habe ich eine kleine Logik erzeugt, welche den Einwohnern eine Email schickt.

Schnell und einfach gemacht und trotzdem effektiv. So werde ich das Fenster im Bad oder Schlafzimmer nicht mehr vergessen.

Fenster-Offen-Logik des Gira Home Servers

Wichtig bei den Alarm-Emails im Homeserver ist jedoch, eine “Totzeit” einzustellen. Sonst werden wohlmöglich sehr sehr viele Emails erzeugt.

Wie ist immer so ist im Leben: Man kann noch so viel planen, irgendwas kommt immer dazwischen und wirft alles wieder durcheinander. 😉

So auch dieses Projekt, denn:
Mein Zisternen-Sensor hat einen Wasserschaden!

Wasserschaden HC-ST04 Ultraschall Abstandssensor
Wasserschaden am HC-ST04 Ultraschall Abstandssensor.

Das kommt daher, dass sich am Deckel über dem Sensor Kondenswasser bildet und dann auf den Sensor tropft. Das ist auch wohl schon im Winter passiert, so durchgerostet wie einige Teile des Sensor-Moduls sind.

Da ich den Sensor nun erneuern muss, bot sich auch die Gelegenheit gleich noch ein paar Dinge mit zu verbessern:

  • Die Halterung. Diese muss jetzt ja auch vor Wasser von oben schützen
  • Außerdem war der Sensor sehr nah über dem Saugschlauch montiert, das brachte die Messung hin und wieder durcheinander.
  • Und dann muss man ja auch alle paar Wochen noch den Schmutz-Fang-Korb sauber machen. Also wollte ich die Kabel steckbar machen um die Wartung zu erleichtern.

Zunächt also musste ein neuer Sensor her. Wie schon zuletzt habe ich einen HC-SR04 besorgt. Diesmal als Set – man weiß ja nie. 😉

Dann habe ich eine neue Halterung entworfen und ausgedruckt. Diesmal mit Deckel und auch etwas näher an der Wasseroberfläche montiert. Es sind drei Teile: Einmal die Halterung, dann der Deckel und dann der Haltewinkel für die Metallschiene swe Zisterne. Alles werde ich mit 6mm Gewindestangen verbinden. Hier gibts auch die .STL Datei.

Zisternen Sensor Halterung 2.0
Neue Halterung für Abstandssensor

Doch bevor ich alles zusammenbaue, hier nochmal die Einzelteile:

Einzelteile Halterung 2.0
Einzelteile Halterung 2.0, M6 Muttern, Unterlegscheiben, Gewindestangen und die gedruckten Halterungen.

Dann habe ich erstmal gelötet und das Kabel bzw. Sensor mit Pfostensteckern versehen. So kann ich das Kabel ganz leicht vom Sensor oder von der Basis trennen.

Und montiert in der Zisterne sieht es dann so aus. Denke, das ist deutlich professioneller als mit der alten Halterung. Und ich hoffe das “Dach” schützt den Sensor ausreichend.

Montierter Abstandssensor in Zisterne
Montierter Abstandssensor in Zisterne

Was macht man wenn man entspannt im Garten sitzt, das schöne Wetter genießt und dann der Postbote 3mal (oder öfters) klingelt?
Man hört ihn nicht und bekommt sein heiß ersehntes Paket nicht.

Dieser Zustand ist natürlich nicht haltbar, so habe ich zusätzlich zu meinen zahllosen anderen Projekten mal schnell ein neues aufgemacht.

Im Baumarkt meines Vertrauens habe ich zusammen mit meiner Sachverständigen für schöne Klingeltöne (aka. Freundin) eine neue Klingel gekauft. Da mein Pumpenhaus direkt an die Terasse grenzt werde ich dort einen Klingeltrafo und einen 1-Port Aktor einbauen, der dann Bus-gesteuert eine Sequenz mit einer kleinen Klingel-Melodie auslöst.

Nötiger Kleinkram

Ich habe mir folgenden Kleinkram zugelegt:
Zuerst das Netzteil / Klingeltrafo von EATON.

Eaton Hutschienen Klingeltrafo

Dann einen einfachen 1-Port-Aktor von MDT (da alle meine Aktoren von MDT sind).

MDT Unterputz 1-Port Aktor

Der Verkabelung im Sicherungskasten sieht dann so aus. Simpel und einfach.

Neu verkabelter Sicherungskasten

Natürlich möchte ich, dass die außen Klingel nur klingelt, wenn auch jemand draußen ist. Das mache ich mal an der geöffneten Terassentür fest. Hier ist die entsprechende Logik dafür. (unterer Teil)

Logik zum Ausführen der Klingelsequenz

Und hier noch ein Screenshot der Sequenz.

Sequenz für das Klingeln

Schon ist das Projekt Gartenklingel fertig und es sollte kein Besuch mehr an mir vorbei gehen.