Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik µC mit Wlan gesucht für Steuerung von 1 Servo - IoT


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von Johannes D. (kasi-laubfrosch)


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Hallo,

ich habe lange nix gebastelt, aber in unserer aktuellen Wohnung nerven 
mich die Heizungsthermostaten (standard Mietwohnung mit Fernwärme) - da 
soll was ordentliches hin :)
Ich habe jetzt schon eine Weile nach Funktthermostaten geguckt, aber die 
kommerziellen sind alle richtig richtig teuer und ohne "Coole Gimmicks".

Ich will also einen kleinen Wlan-Funktthermostat bauen der von einem 
sowieso laufenden Server (Synology NAS) gesteuert werden kann - ich 
glaub das Schlagwort wäre IoT :)

->Kennt Ihr ein solches Projekt eventuell das ich nur "nachbauen" muss?
-->Wenn nein, welchen uC würdet Ihr mir empfehlen? (am besten C/C++ 
programmierbar/muss nur einen Servo für die Heizung ansteuern können). 
Im Zweifelsfall wäre ein LAN-Anschluss mit PoE auch denkbar (dann würde 
die leidige Batterie entfallen). Es würde auch reichen wenn ich dem uC 
nur die Stellung für den Servo mitteile - die Berechnung könnte der 
Server machen (und sich von einem anderen WLAN-Thermostat holen).

Danke!

VG Johannes

p.s.: könnte das ein Standalone ESP8266 WLAN Microcontroller ?

: Bearbeitet durch User
von Reinhard #. (gruebler)


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Johannes D. schrieb:
> p.s.: könnte das ein Standalone ESP8266 WLAN Microcontroller ?

Such mal im Netz nach "NanoESP" bzw. "Pretzel-Board"
Lässt sich wie ein Arduino programmieren.
Projekte dazu gibt es jede Menge.

von Dauergast (Gast)


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Johannes D. schrieb:
> könnte das ein Standalone ESP8266 WLAN Microcontroller ?

Ja.

https://github.com/esp8266/Arduino enthält bereits eine Servo-Lib, auch 
für das nackte SDK und Lua gibt es Bespiele zuhauf (Google "ESP8266 
servo").

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

so teuer sind z.B. die MAX!-Thermostate nun auch nicht
https://www.amazon.de/Max-142016A1-MAX-Heizk%C3%B6rperthermostat-basic/dp/B014VHFPXO

spart jede Menge mechanische Arbeiten und Kabel zur Heizung ziwhen usw.
Das Protokoll ist bekannt, ein NanoCUL für die MAX! kostet in Handarbeit 
keine 10 Euro, Ansteuerung dann eben mit FHEM, OpenHAB oder eigener 
Software.

Gruß aus Berlin
Michael

von Johannes S. (jojos)


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und wenn mit Servo ein einfaches Modellbauservo gemeint ist: das wird 
eine ganz schöne Bastelei damit das Heizungsventil zu bedienen. Da ist 
ja üblicherweise ein Pin der mit viel Kraft gedrückt werden möchte. In 
den fertigen Thermostaten ist da ein Getriebemotor mit sehr grosser 
Untersetzung drin. Klar, es gibt auch Powerservos, aber die kosten dann 
soviel wie 4-5 der genannten Maxe.

von Joachim S. (oyo)


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Ein grosses Problem in der Praxis wäre wirklich die Stromversorgung; 
Batterien sind eigentlich keine Lösung, denn WLAN würde Dir Batterien 
binnen kürzester Zeit leersaugen.

Wenn WLAN, dann also keine Batterien, und wenn die Stromversorgung eh 
schon per Kabel kommt, dann erscheint mir persönlich PoE/Wired Ethernet 
auch gleich sinnvoller.

Ob gewöhnliche Servos dafür geeignet sind, bin ich mir auch nicht 
sicher; mir erscheint es daher grundsätzlich sinnvoller, ein 
handelsübliches Heizungs-Thermostat zu kaufen und gegebenenfalls die 
Elektronik zu modifizieren.

Ich persönlich habe ein Heizungsthermostat, das statt per WLAN per 
Bluetooth 4.0 gesteuert wird. Da Bluetooth 4.0 ("Low Energy") besonders 
energiesparend ist, kann das problemlos per Batterie betrieben werden, 
die Batterien halten ein paar Monate.

von 1N 4. (1n4148)


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> und ohne "Coole Gimmicks"

Was sind "Coole Gimmicks"? Lässt der Thermostat noch passend zur 
Raumtemperatur eine Multicolor-LED blinken?

von Florian (Gast)


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von Johannes D. (kasi-laubfrosch)


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Ich danke allen für das Feedback! Vielleicht schaue ich mir den MAX 
Thermostat mal an.

Ich dachte das Ventil würde sich recht leicht drücken lassen ... 
weswegen ich von "klein" ausgegangen bin und es gerne an den Google 
Calender gehängt hätte :)

So far - kann für den Moment geschlossen werden :)

von Ole U. (ole_u)


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Ein häufiger Irrtum, den ich auch beim Threadersteller sehe, ist die 
Annahme, man müsse das Thermostatventil verschieden stark Eindrücken, um 
verschiedene Raumtemperaturen einzustellen. Das war bei den alten 
mechanischen Stellreglern so. Ein moderner elektronischer Regler 
funktioniert nur mit zwei Zuständen: offen und geschlossen.
Zusammen mit einem Themeratursensor wird ein Regelkreis realisiert. Wird 
die vorgegebene Temperatur um einen bestimmten Betrag (z.B. ein Grad) 
unterschritten, so wird der Steller ganz geöffnet, wird die Temperatur 
um einen bestimmten Betrag überschritten, so schließt er vollständig. 
Der Unterschied der beiden Schaltschwellen ist die sogenannte 
Schalthysterese; sie sorgt dafür, dass der Steller nicht ständig hin und 
her fährt.

Die Temperatur muss nicht unbedingt am Heizkörper gemessen werden - auch 
Raumthermostaten können Steller fernsteuern. Dabei arbeitet der Steller 
nur noch als Steller, maßgebend ist der gemessene Temperatur im Raum und 
nicht dicht am Heizkörper gemessen (ausgenommen am Heizkörper werden 
z.B. weniger als 5° gemessen und der Frostschutz springt an).
Eine solche Regelung kann bei größeren Räumen oder ungünstig gelegenem 
Ventil sinnvoll sein - und ist natürlich bei Fußbodenheizungen besonders 
angebracht.

Lange Rede, kurzer Sinn: Der Selbstbau kann schon interessant sein - und 
einfacher, als man denkt. Eine gute Basis sind die Billigthermostaten 
beim Discounter. Im Prinzip braucht man nur Optokoppler mit den "kälter" 
und "wärmer" Tasten zu verbinden. Kann man am Discounterthermostat die 
Soll-Temperatur z.B. zwischen 6 und 35° in 1°-Schitten einstellen, 
schaltet man mit 30 Impulsen an die "Kältertaste" das Ventil auf jeden 
Fall zu - es sei denn, es ist tatsächlich kälter als 6°, dann ist es 
aber gut, wenn der Thermostat nicht reagiert. 30-Mal wärmer, führen dann 
zu "Ventil offen" (es sei denn, es ist wirklich über 35° - aber wer will 
da denn die Heizung einschalten...). Die eigene Steuerung entscheidet, 
ob das Ventil offen oder geschlossen sein soll, anhand von sinnvoll 
angebrachten eigenen Temperatursensoren.

Allerdings würde ich so einen Selbstbau nur bei sehr ungünstigen 
Funkverhältnissen empfehlen oder wenn man eh überall Kabel liegen hat 
und auf Funk verzichten will. Ansonsten ist Max! mit Einbindung in FHEM 
sicherlich die günstigeren Wahl mit weniger Fehlerquellen.

von Johannes D. (kasi-laubfrosch)


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Ich hab noch ein bisschen recherchiert :)

es gibt diese Tollen Aufsatzregler:
https://www.amazon.de/dp/B01HBCWW96?psc=1

wenn man den in 24V nimmt ... dann könnte doch vielleicht eine 24V 
Spannungsquelle ausreichen im yC und Aktuator zu versorgen ...

welcher Mikrocontroller verträgt denn 24V und hat Wlan? :)

von Johannes S. (jojos)


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Johannes D. schrieb:
> es gibt diese Tollen Aufsatzregler:
> https://www.amazon.de/dp/B01HBCWW96?psc=1

Damit geht das natürlich auch, aber in den zB Max ist schon alles drin 
was du hier noch brauchst: µC, Stromversorgung/Spannungswandeler, 
Treiber oder Relais für den Stellmotor.
Der nackige µC mag keine 24 V, da ist dann noch ein DC-DC Wandler nötig. 
Gibts billig, suche nach Step-down Wandler.
µC wurden ja schon genannt, ESP8266 ist im Moment hip. Oder ein 
RaspberryPi wenn du gleich mit Kanonen auf Spatzen magst...
Ansteuerung dann per Relais 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern oder 
MosFET https://www.mikrocontroller.net/articles/FET.
Bei dem Stellmotor muss man noch wissen ob der Endschalter hat 
(vermutlich nicht) oder wann der abgeschaltet werden soll. Evtl. eine 
Strommessung einbauen um passend abzuschalten.
Dann brauchst du natürlich noch ein 24 V Netzteil, viel Strom braucht 
der Stellmotor nicht, reicht vielleicht ein Steckernetzteil.
So und die ganze Bastelei muss noch zuverlässig laufen und da du von 
'unsere Wohnung' geschrieben hast wohnt da vielleicht noch eine Frau und 
dann dürfen da keine Kabel zu sehen sein...
Fazit: Max kaufen, Funkinterface und Software bauen und fertich.

von wendelsberg (Gast)


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Ole U. schrieb:
> Ein häufiger Irrtum, den ich auch beim Threadersteller sehe, ist die
> Annahme, man müsse das Thermostatventil verschieden stark Eindrücken, um
> verschiedene Raumtemperaturen einzustellen. Das war bei den alten
> mechanischen Stellreglern so. Ein moderner elektronischer Regler
> funktioniert nur mit zwei Zuständen: offen und geschlossen.
> Zusammen mit einem Themeratursensor wird ein Regelkreis realisiert. Wird
> die vorgegebene Temperatur um einen bestimmten Betrag (z.B. ein Grad)
> unterschritten, so wird der Steller ganz geöffnet, wird die Temperatur
> um einen bestimmten Betrag überschritten, so schließt er vollständig.

Fuer elektronische Regler kann ich das nicht sagen, aber beim 
mechanischen Regler funktioniert das analog, also mit "ein kleines 
bisschen geoeffnet" (wenig Durchfluss, wenig Heizleistung) und auch 
"ziemlich weit geoeffnet"(groesserer Durchfluss, groessere 
Heizleistung).
Natuerlich gibt es auch "ganz zu" und "ganz offen", aber die sind nur 
fuer Aufheizen oder Abkuehlen relevant.

Es sollte mich wundern, wenn die elektronischen Regler das nicht 
nachbilden, schliesslich kostet jede Verstellung Strom (meist aus 
Batterien).

Der Irrtum, den ich sehe, ist, dass nicht die Temperatur direkt von der 
Oeffnung abhaengig ist, sondern die Heizleistung.

wendelsberg

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

wendelsberg schrieb:
> Es sollte mich wundern, wenn die elektronischen Regler das nicht
> nachbilden, schliesslich kostet jede Verstellung Strom (meist aus
> Batterien).

ich bin mir recht sicher, daß z.B. die MAX! "analog" stellen.
Mit der Meßfahrt wird wohl anhand Motorstrom/Drehzahländerung der reale 
Verstellbereich des Ventils gesucht. Verstellt wird dann in relativ 
kleinen Bereichen.

Gruß aus Berlin
Michael

von Ole U. (ole_u)


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Ich bin ziemlich sicher, dass dies bei Max nicht der Fall ist, denn 
analoges Verstellen der Durchflussmenge wird bei aktuellen Ventilen 
nicht unterstützt. Der heute üblicherweise verbaute Ventiltyp is das 
sogenannte "voreinstellbare Ventil". Die Durchflussmenge wird gerade 
nicht über den Stift eingestellt.
Bevor man da wild philosophiert, sollte man sich anschauen, wie so ein 
Ventil aufgebaut ist: https://m.youtube.com/watch?v=s56yqW0rz6k

Der Arbeitsbereich des Stiftes liegt bei nur 2mm. Diesen zu finden, 
erfordert bei elektronischen Thermostaten eine Adaptierfahrt. Hauptgrund 
ist, dass Thermostatkopf und Ventil nicht aufeinander abgestimmt sind 
(der Kopf soll ja möglichst universell passen). Bei den mechanischen 
Ventilen sind Ventil und Kopf vom gleichen Hersteller (oder einer 
Herstellergruppe, die zusammenarbeitet). Bei mechanischen Ventilköpfen 
kann man nicht mit einem Adapter den Kopf eines anderen Herstellers 
verwenden.

Die Legende (anders kann man es nicht bezeichnen), der Ventilkopf würde 
die Durchflussmenge regeln, führt zu massenhaft falschem Verhalten bei 
Nutzern mechanischer Ventile: In dem Irrglauben, voll aufgedreht fließe 
mehr heißes Wasser durch den Heizkörper, drehen sie voll auf, wenn sie 
schnell heizen wollen. Tatsächlich wird genauso schnell geheizt - es 
muss nur wärmer werden, damit das Heizen aufhört. Reine 
Energieverschwendung.

Natürlich reduziert der Stift kurz vorm vollständigen Schließen auch die 
Durchflussmenge, das lässt sich leider nicht ausschließen. Das ist aber 
ein unerwünschter Effekt, denn es führt nur dazu, dass langsamer geheizt 
wird und die Soll-Temperatur etwas später erreicht wird. Um diesen 
Effekt zu reduzieren, sind Ventile so gebaut, dass das Heizwasser rundum 
in eine Kammer strömt (zweiaxialer Flüssigkeitsstrom in die Kammer) und 
aus dieser über die Durchflussdrosselung weiter zum Heizkörper. Wäre es 
gewollt, die Durchflussmenge über den Stift zu regeln, wäre das Ventil 
wie bei einem Wasserhahn einaxial aufgebaut.

Also, die Ventile arbeiten bewusst digital - auch mit mechanischen Kopf. 
Die Ingenieure haben bei der Konstruktion alles getan, den drosselnden 
Bereich vor dem Schließen zu minimieren. Welchen Sinn sollte es auch 
haben, den Durchfluss dynamisch zu regulieren?

Die Durchflussdrosselung hat einen ganz anderen Hintergrund: Sie 
bestimmt die maximale Wärmemenge, welche dem Heizkörper zugeführt werden 
kann - und damit die Maximalgeschwindigkeit, mit der beim Aufdrehen des 
Heizkörperthermostaten der Raum aufheizt. Da an der Heizung meist nicht 
nur ein Heizkörper hängt, ist die Voreinstellung erforderlich. Sonst 
würde ein aufgedrehter Heizkörperthermostate in einem kalten Raum zwar 
schnell Aufheizen - im Rohrsystem dahinter liegende Heizkörper jedoch 
langsamer. Schick, wenn es im Erdgeschoß schnell warm wird - blöd, wenn 
in der vierten Etage die Räume deshalb nicht warm werden...
In den weiter entfernten Heizkörper muss der Durchfluss größer sein, 
weil die Wassertemperatur schon niedriger ist - und bei den dichteren 
Heizkörpern geringer, um nicht zu Lasten anderer schneller zu heizen. 
Die Durchflussmengen werden heutzutage strömungs- und thermodynamisch 
berechnet, um die Durchflussregelung "gerecht" einzustellen - und 
solange nichts an der Installation geändert wird, sollte am Durchfluss 
auch nichts geändert werden.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

ok, langen Text gelesen. Um es mir verständlicher zu machen: was 
passiert nun wirklich, wenn ich an einem mechanischen Thermostatknopf 
drehe? Der Stift wird um einen bestimmten Weg eingedrückt?

Wenn die Temperaturdifferent zwischen der EInstellung und der 
Raumtemperatur groß ist, fließt viel Wasser durch die Heizung, wenn sie 
klein ist, wenig.
Ist zumindest akustisch am Rauschen gut wahrnehmbar.

Geanu diese Verhalten zeigt aber auch ein MAX! bei mir.
Wenn z.B. Boost betätigt wird, dreht er sozusagen für 5 Minuten auf "5".
Damit fließt unabhängig von der aktuellen Temperaturdifferenz die 
maximale Wassermenge durch.

Wenn ich beim mechanischen Regler z.B. auf 3 drehe und das Gleichgewicht 
erreicht ist, ist der Durchfluß nahe 0.

Will ich es jetzt etwas wärmer haben, drehe ich z.B. auf 3,5. Dann wird 
es langsam wärmer bist die Solltemperatur erreicht ist.
Aoll es schneller warm werden, drehe ich .B. für ein paar Minuten auf 5, 
weil dann mit der maximalen Durchflußmehge geheizt wird.

Für mich ist da eine ganze Menge analog, bin aber kein Heizungsbauer 
o.ä.
Die Durchflußmenge hängt von der aktuellen Temperaturdifferenz ab, sonst 
müßte er bei einer relativ kleinen Änderung auch des mechanischen 
Stellers nach oben sofort mit vollem Durchfluß reagieren bis der 
Sollwert erreicht ist.
Das passiert aber ganz praktisch eben nicht.

Gruß aus Berlin
Michael

von Ole U. (ole_u)


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Das verlinkte Video erklärt es eigentlich ganz gut.

Im klassischen, mechanischen Thermostaten sitzt eine Kapsel mit hoher 
Ausdehnung bei Wärme ("hoch" verglichen mit anderen Materialien, absolut 
ist es immer noch wenig). Bei Stellung zwei erreicht es bei ca. 20° die 
Ausdehnung, mit welcher das Ventil geschlossen ist. Wird der Kopf auf 3 
gedreht, wird der geschlossene Zustand erst bei ca. 23° erreicht, weil 
die Kapsel schlicht etwas weiter weg gedreht wird.

Auch wenn der Ventilweg ca. 2mm beträgt, ist voller Durchfluss bei ca. 
0,1-0,2mm Öffnung schon erreicht. Die Fläche, die durchströmt wird, ist 
Dichtungsumfang mal Öffnungshöhe. Die Öffnung der Durchflussdrosselung 
ist gegenüber der Ventilöffnung bei 2mm normalerweise um den Faktor 
10-20 größer (im "Spülmodus" immer noch 4-5).

Wenn voller Durchfluss nicht bei kleiner Änderung erreicht wird, hat 
sich entweder das Ventil teilweise durch Schwebstoffe zugesetzt, oder 
man hat sehr niedrigen Druck und deshalb sehr weit geöffnete Drossel.

Wie gesagt, beides eigentlich unerwünscht.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

ich gehe der Sachen jetzt nicht mehr weiter nach, ist für den TO mit 
Sicherheit auch uninteresant in dem Zusammenhang.

Man sollte wohl auch Wikipedia mal korrigieren, die reden doch glatt von 
einer Proportionalregelung.
Ich werde auch meine Vorstellungen vom Aufbau eines Heizkörperventils 
wohl korrigieren, mich erinnert der einfach an einen Wasserhahn, nur mit 
Druckstift statt Drehspindel. Wäre schlimm, wenn da bei geringer Öffnung 
sofort maximal Wasser rauskäme...

Das Dehnstoffelement schaint wohl auch eher ein BiMetall-Sprungelement 
zu sein, als ein Bauteil, daß sich einfach proportional zur Erwärmung 
ausdehnt.

Gruß aus Berlin
Michael

von Wolfgang (Gast)


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Ole U. schrieb:
> Ein moderner elektronischer Regler
> funktioniert nur mit zwei Zuständen: offen und geschlossen.
> Zusammen mit einem Themeratursensor wird ein Regelkreis realisiert. Wird
> die vorgegebene Temperatur um einen bestimmten Betrag (z.B. ein Grad)
> unterschritten, so wird der Steller ganz geöffnet, wird die Temperatur
> um einen bestimmten Betrag überschritten, so schließt er vollständig.

Entsprechend schießt mit diesen "modernen elektronischen Reglern" die 
Temperatur der Heizkörper durch die Gegen - bis nämlich die Wärme sich 
von der Vorlaufleitung bis zum Fühler des Reglers durchgekämpft hat.

Hauptsächlich ist diese Art von Regelung billig.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Wolfgang schrieb:
> Ole U. schrieb:
>> Ein moderner elektronischer Regler
>> funktioniert nur mit zwei Zuständen: offen und geschlossen.
>> Zusammen mit einem Themeratursensor wird ein Regelkreis realisiert. Wird
>> die vorgegebene Temperatur um einen bestimmten Betrag (z.B. ein Grad)
>> unterschritten, so wird der Steller ganz geöffnet, wird die Temperatur
>> um einen bestimmten Betrag überschritten, so schließt er vollständig.
>
> Entsprechend schießt mit diesen "modernen elektronischen Reglern" die
> Temperatur der Heizkörper durch die Gegen - bis nämlich die Wärme sich
> von der Vorlaufleitung bis zum Fühler des Reglers durchgekämpft hat.
>
> Hauptsächlich ist diese Art von Regelung billig.

genau diesen Eindruck habe ich eben bei meinen MAX! nicht...
Andere zum Vergleich habe ich nicht.

Gruß aus Berlin
Michael

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