Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ESP8266 mit Akku und Solar


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von Julian S. (jsanyone)


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Hallo,
Erstmal kurz als Info für was ich das ganze brauche: Ich habe einen 
Regensensor gebaut, bei dem bei Regen eine Wippe umkippt die dann einen 
Reed-Kontakt auslöst. Der ESP8266 soll sich grundsätzlich im Deep-Sleep 
befinden und durch den Reed-Kontakt aufgeweckt werde, sich dann kurz mit 
dem Wlan verbinden, per MQTT das Auslösen der Wippe sowie den Akkustand 
versenden und dann wieder in den Deep-Sleep wechseln.

Das auslesen des Akkustandes kriege ich denke ich hin, unsicher bin ich 
mir noch bei der richtigen Auswahl von Soalrzelle(n), Akku, Laderegegler 
und sonstiger Elektronik.
Orientiert habe ich mich an folgenden zwei Artikeln:

https://randomnerdtutorials.com/power-esp32-esp8266-solar-panels-battery-level-monitoring/

https://tutorials-raspberrypi.de/nodemcu-esp8266-solar-zelle-18650-akku-stromversorgung/

Die sind sich bei der Hardware eigentlich auch ziemlich einig:
- eines oder mehrere 5/6V Solarpanele
- Akku: ein oder mehrere Li-Ion 18650 + Halterung
- Lademodul: TP4056
- Spannungsregler: MCP1700-3302E
- Kondensatoren: 100uF und 100nF
- diverse Widerstände um den Ladestand der Batterie zu überwachen

Die Kommentare äußern aber teilweise heftige und teilweise auch 
widersprüchliche Kritik an diesem Setup, allerdings meist ohne konkreter 
Verbesserungsvorschläge.
Vielleicht kann mir irgendwer hier im Forum bei folgenden für mich 
unklaren Punkten Rat geben:

- Brauche ich irgendein „Modul“ um eine Tiefenentladung des Akkus zu 
verhindern, oder sorgt dafür schon das Lademodul? Habe da den Begriff 
„Protection Board“ aufgeschnappt. Oder bekommt der ESP nicht schon lang 
bevor es für die Batterie kritisch wird keinen Strom mehr?
- Muss ich den Akku irgendwie vor Überladung schützen?
- Muss/Kann ich irgendwie verhindern, dass Strom aus dem Akku in die 
Solarzelle zurückfließt wenn dessen Spannung geringer ist oder sorgt 
dafür schon das Lademodul? Wenn ja, welche Diode? nehme ich dann dafür?
- Kann das Lademodul gleichzeitig den Akku laden und den ESP betreiben? 
Manche behaupten das geht nicht, und empfehlen deswegen stattdessen den 
MCP73871. Was könnt ihr mir empfehlen?

Ich weis dass diese Fragen sehr Anfängerlastig sind, habe aber versucht 
die Fragen möglichst konkrete zu formulieren um eine Beantwortung 
möglichst einfach zu machen. Vielen Dank schon mal!

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Brauche ich irgendein „Modul“ um eine Tiefenentladung des Akkus zu
> verhindern, oder sorgt dafür schon das Lademodul?

Tiefentladung muss auf jeden Fal verhindert werden. Ob den Modul das hat 
kann ich dir nicht sagen, da ich nicht weiß, welches Modul du 
verwendest. Verlinke mal dessen Datenblatt (und zwar so dass der Link 
auch funktioniert, nicht wie oben).

> Oder bekommt der ESP nicht schon lang bevor
> es für die Batterie kritisch wird keinen Strom mehr?

Die Batterie fällt nicht schlagartig aus. Des ESP8266 hat die Eigenart, 
sich bei Unterspannung aufzuhängen und dann permanent einige zig mA 
Strom aufzunehmen. Damit würdest du Lithium Akkus sicher zerstören - es 
sei denn du hast eine Schutzschaltung dazwischen.

> Muss ich den Akku irgendwie vor Überladung schützen?

Auf jeden Fall. Dafür sollte der Laderegler sorgen und zur Sicherheit 
eine zusätzliche Schutzschaltung im Akku. Akkus ohne integrierte 
Schutzschaltung würde ich nicht verwenden, die sind nämlich gefährlich.

> Muss/Kann ich irgendwie verhindern, dass Strom aus dem Akku in die
> Solarzelle zurückfließt wenn dessen Spannung geringer ist oder sorgt
> dafür schon das Lademodul?

Auch hier verlinkte bitte das Datenblatt des Lademoduls. Wenn keine 
anständigen Infos dazu verfügbar sind, musst du es wohl ausprobieren 
oder eine Diode hinzufügen.

> Wenn ja, welche Diode?

Bis 200mA würde ich die 1N4148 nehmen. Ansonsten eine andere die den 
Strom aushält und möglichst wenig Leckstrom in Sperr-Richtung hat.

> Kann das Lademodul gleichzeitig den Akku laden und den ESP betreiben?

Welches Lademodul? Wenn man undokumentierten Chinakram kauft, sollte man 
sich die Zeit nehmen, die Produkte selbst zu untersuchen.

Es ist nicht unsere Aufgabe, die Versäumnisse der Billig-Händler 
auszugleichen. Also: Frage den Händler/Hersteller, falls er es nicht 
dokumentiert hat.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Was die Spannungsregler angeht, halte dich an ihre Datenblätter! Es ist 
gan wichtig, die richtigen Kondensatoren zu verwenden und sie richtig zu 
platzieren. Sonst riskierst du, dass der Spannungsregler scheingt und 
damit Überspannung ausgibt.

ESP Module brauchen Spannungsregler, die 500mA liefern können. Die 
genannten Spannungsregler sind zu schwach, ein stabiler Betrieb ist 
damit nicht gewährleistet.

Das NodeMCU Board ist die schlechteste denkbare Wahl, wegen seiner hohen 
Ruhestromaufnahme.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Was die Auswahl der Solarzelle angeht:

Die Leistung müsste ja angegeben sein, die gilt natürlich nur unter 
idealen Bedingungen. Bedenke, dass dei Sonne nur wenige Stunden scheint. 
Im Winter reduziert sich die Leistung typischerweise auf 3% (verglichen 
mit Sommer). Dazu kommen ca. 50% Verluste durch Laderegler, Akku und 
Spannungsregler.

Ein nacktes ESP Modul (nicht das NodeMCU Board) nimmt etwa 80mA auf, 
wenn es aktiv ist. Zum Einbuchen im Netz und senden eines kurzen 
Datenpaketes kannst du mit 5 Sekunden rechnen.

Im Deep-Sleep Modus oder Power-Down geht die Stromaufnahme auf etwa 20µA 
runter. Aber der Spannungsregler, der Akku (Selbstentladung) und dessen 
Laderegler nehmen auch ständig einige µA auf.

Wie groß die Solarzelle letztendlich sein muss, hängt also stark von 
deiner finalen Schaltung ab und davon, wie oft der ESP aktiviert wird.

Bevor du da unnötig Geld in eine unpassende Solarzelle versenkst, würde 
ich den ESP einfach mal an einem einmalig aufgeladenen Akku betreiben 
und dann mal schauen, wie weit du kommst. Anhand der erreichten Zeit 
(und der Kapazität des Akkus) kannst du dann den Bedarf an Solarstrom 
recht präzise berechnen.

Wenn der Akku groß genug ist, brauchst du ihn nur im Sommer zu laden, 
dann kann die Solarzelle um Faktor 10 kleiner sein.

Wie wäre es, wenn du eine Solar-Lampe zur Stromversorgung missbrauchst?

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> und zwar so dass der Link auch funktioniert, nicht wie oben).

Sorry, habe die Links angepasst, sind jetzt richtig.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Was die Spannungsregler angeht, halte dich an ihre Datenblätter!

Danke für die Info, werde ich machen.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> ESP Module brauchen Spannungsregler, die 500mA liefern können. Die
> genannten Spannungsregler sind zu schwach, ein stabiler Betrieb ist
> damit nicht gewährleistet.

Diese Spannungsregler habe ich schon mit diversen ESP8266 im Einsatz, 
hat bis jetzt immer problemlos funktioniert.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das NodeMCU Board ist die schlechteste denkbare Wahl, wegen seiner hohen
> Ruhestromaufnahme.

Das Node-MCU Board wurde zwar in den verlinkten Anleitungen verwendet, 
ich werde aber ein nacktes ESP8266 Board verwenden.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wie wäre es, wenn du eine Solar-Lampe zur Stromversorgung missbrauchst?

Das habe ich hier im Forum auch schon mal irgendwo gelesen. Würde das 
ganze am liebsten selber machen ohne eine Lampe auszuschlachten, die 
Möglichkeit besteht aber natürlich.
Die Dimensionierung der Solarzellen hätte ich genauso gemacht wie von 
dir beschrieben.

Dann noch zu dem Lademodul, und damit zu Tiefenentladung und Überladung:
Beide Tutorials aus meines Erachtens nach relativ seriösen Quellen 
verwenden das TP4056 Lademodul. Das Datenblatt dazu findet man hier (ab 
Seite 2):

https://kleine-teile.de/Kleine-Teile/Datenblaetter/TP4056%20Datasheet.pdf

In den Kommentaren als bessere Alternative angepriesen wurde dieses das 
MCP73871 Lademodul. Datenblatt:

https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/MCP73871-Data-Sheet-20002090E.pdf

Ehrlich gesagt blicke ich bei den Datenblättern da aber nicht wirklich 
durch. Interessant wäre ja Tiefenentladung, Überladung und ein 
gleichzeitiges betreiben von ESP und Laden des Akkus, oder?

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Auf jeden Fall. Dafür sollte der Laderegler sorgen und zur Sicherheit
> eine zusätzliche Schutzschaltung im Akku. Akkus ohne integrierte
> Schutzschaltung würde ich nicht verwenden, die sind nämlich gefährlich.

Der Akku an den ich dachte ist der Li-Ion 18650, der wurde auch in den 
beiden Tutorials verwendet.
Den brauche ich also einen Akku mit Schutzelektronik, auch wenn der 
doppelt so teuer ist? Z.b. so einen:?

https://www.ebay.de/itm/2-x-Panasonic-NCR18650B-Li-Ionen-Akku-mit-PCB-Schutzelektronik-3400mAh-6-8A/293633337175?_trkparms=ispr%3D1&hash=item445de92757:g:hPwAAOSwiX9e~GHT&amdata=enc%3AAQAFAAACcBaobrjLl8XobRIiIML1V4Imu%252Fn%252BzU5L90Z278x5ickkvjzWOStkxwnlDuxSI1PVVg18t%252BiSbKWyIljBNgNqs1MAVihwK8h9P5UOmMtirOyM8UpX5wld%252BNA1c%252FjkYP5NUSO0NUfwNvbYMdpHPxlnw61WZXRSotI%252FBGYDtE51wyab56Mp96RnVG4a8aa6DZnpzJXIeXkOHealmS2e%252FBY43qjb%252BM2V4N3Jnz%252F5EOAM%252Bu2n894aTrogYwPYtoP7WijShiH%252Buzh%252FsSJXNa%252B0ySBASH5IGGSshocb8ep6nIgDDJMsQLw2f7%252BicGH3%252FIxmf5U9t6SY6SUE6CG4lMfkN%252BU6noRqdwMFmZ0mzTfIDfzG4xRaGaLPW2wRq%252B6z5DcR9cLxAV6koIVdXrKlsHXiXm6IH8qh%252BZlfleicQ7RX5JlZkz4uvk0gm0zXXWyVV%252FaeQB9Ny8cJyX8HQ1rsXoloPQQ5jegI%252BxDqMaw%252BPJpUPJODeF6Ug79rRLAtcHeQ4od7tqQE9AYQYFYnyLqJ0%252BjZuUqmXdv1rm2z8EMV7Uxfm%252Fo4E94pv3GNoNcSmnXyiQgK7r62HwTx4AF8Yu6H830YQGwp7GCaE%252FOYWKH5e8YzS%252FC1AhdmHbmHcwagM7Hu5bPZYysJ2Ratb9piCRBgW1CNaEb1n6gQV9kZA7GgcCGhx%252Fe9%252BuRpgx%252F%252BhCfsNX%252F%252F%252BOn7noPwCGygL6ttqs%252F8788Di41mL6Q%252FEZ%252F7gPoME0iRnUVOM1OxbJB1ftgCc2Tx%252B8k%252B8BtKE8MrXVYMMk3piJiauR56BNZqCqDpEdI%252Bgv2It3donpZcX6MXBko1x1BOYC2ENz6Djw%253D%253D%7Ccksum%3A293633337175e4fa1eafb23940498648c333d546d5ca%7Campid%3APL_CLK%7Cclp%3A2334524

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Interessant wäre ja Tiefenentladung, Überladung und ein
> gleichzeitiges betreiben von ESP und Laden des Akkus, oder?

Achte auf den Tiefentladeschutz.

Überladen sollte bei keinem Laderegler möglich sein, das gehört zu deren 
Grundfunktion. Gleichzeitiges Betreiben des ESP wäre zu berücksichtigen, 
wobei ich davon ausgehe, dass die allermeisten Laderegler damit kein 
Problem haben sollten. Wenn das Datenblatt dazu nicts sagt, wird es wohl 
gehen.

Solarzelle ist ein spezieller Aspekt. Damit kommen nicht alle Laderegler 
klar. Denn Solarzellen liefern einen Strom, der durch die 
Sonneneinstrahlung begrenzt wird - also auch schwankt. Ich habe den 
TP4056 noch nicht benutzt, aber nach den Angaben des Datenblattes sollte 
er wohl geeignet sein.

Bei dem Chip gefällt mir allerdings nicht, dass sie Ladespannung so hoch 
ist. Ich würde lieber auf 4V oder 4,1V gehen, damit der Akku länger 
hält.

> Der Akku an den ich dachte ist der Li-Ion 18650,
> der wurde auch in den beiden Tutorials verwendet.

16850 ist lediglich eine Angabe der Größe. Die gibt es mit und ohne 
integrierte Schutzschaltung. 22€ für einen Akku kommt mir allerdings arg 
teuer vor. Schau mal: 
https://www.reichelt.de/industriezelle-li-ion-18650-3-6-v-2600-mah-button-top-sanyo-18650-pcb-p118280.html

Bist du denn sicher, dass diese Zellen genügend Kapazität haben? Das 
würde ich wie gesagt erst einmal prüfen. Da hier im Winter die Sonne 
praktsch nie zu sehen ist, würde ich den Akku so auslegen, dass er für 
mindestens 4 Monate (ohne Sonnenlicht) ausreicht.

Ironischerweise wird dein Gerät im Sommer wo viel Sonnenstrom verfügbar 
ist weniger Strom benötigen, weil es weniger regnet.

Und wenn er schon so lange hält, wäre es vielleicht eine Überlegung 
Wert, den ganzen Zinnober mit Solarzelle und Laderegler weg zu lassen 
und den Akku 2x im Jahr gegen einen aufgeladenen auszuwechseln.

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Mit Solar würde ich eigentlich schon ganz gerne machen, das ganze soll 
dann aufs Hausdach.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Bist du denn sicher, dass diese Zellen genügend Kapazität haben?

Ich denke ich würd mit zwei parallel geschalteten Akkus anfangen und bei 
Bedarf nochmal erweitert.

Wenn der Akku gegen Tiefenentladung geschützt ist, muss ich dann nochmal 
explizit darauf achten, dass das Lademodul das auch tut?

Stefan ⛄ F. schrieb:
> 16850 ist lediglich eine Angabe der Größe.

Danke, das war eine Erleuchtung für mich.

Was denkst du von folgenden Akkus:?

https://www.ebay.de/itm/2x-TrustFire-18650-Li-Ion-Akku-2400-3400mAh-3-7V-Schutzschaltung-PCB-DE/193767552187?_trkparms=aid%3D1110006%26algo%3DHOMESPLICE.SIM%26ao%3D1%26asc%3D20200520130048%26meid%3D6674bb587aa94f55ba2906301801610c%26pid%3D100005%26rk%3D1%26rkt%3D12%26mehot%3Dpf%26sd%3D284056275811%26itm%3D193767552187%26pmt%3D1%26noa%3D0%26pg%3D2047675%26algv%3DSimplAMLv5PairwiseWebWithDarwoV3BBEV2b%26brand%3DTrustFire&_trksid=p2047675.c100005.m1851

Oder sollte ich auf bekannte Marken setzen?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Wenn der Akku gegen Tiefenentladung geschützt ist, muss ich dann nochmal
> explizit darauf achten, dass das Lademodul das auch tut?

Nein.

Julian S. schrieb:
> Was denkst du von folgenden Akkus:?

Nichts. Wie vertrauenswürdig findest du einen Händler, der im Titel und 
in den Bildern fett 3400mAH schreibt, und dann weiter unten "2400mAh - 
3400mAh" angibt? Zudem kosten sie nur halb so viel wie üblich. "Wir 
akzeptieren nur PAYPAL-Zahlungen." finde ich auch sehr merkwürdig.

Generell würde ich Akkus niemals bei Ebay, Amazon, oder ähnlichen 
Plattformen kaufen. Die Chance, dort beschissen zu werden, ist weit über 
50%. Es geht dabei ja nicht nur um ein paar Euro, sondern viel mehr auch 
um Sicherheit. Wende dich lieber an einen vertrauenswürdigen Händler, 
der einen guten Ruf zu verlieren hat.

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wie vertrauenswürdig findest du einen Händler, der im Titel und
> in den Bildern fett 3400mAH schreibt, und dann weiter unten "2400mAh -
> 3400mAh" angibt?

Man kann oben auswählen mit welcher Kapazität man den Akku haben will. 
Es gibt Auswahlmöglichkeiten zwischen 2400mAh und 3400mAh, deswegen 
diese Formulierung. Nur die 2400mAh Akkus sind so besonders günstig.

Trotzdem hast du vermutlich recht, beim Akku sollte man im Sinne der 
Sicherheit nicht sparen. Ich sträube mich nur immer vor den 5€ 
Versandkosten bei Conrad, Reichelt und Co.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Man kann oben auswählen mit welcher Kapazität man den Akku haben will.

Ah OK, das habe ich nicht bemerkt.

von bastler (Gast)


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Julian S. schrieb:
> Oder sollte ich auf bekannte Marken setzen?

Darf etwas mehr (reale) mAh sein?:

https://www.batterijservice.nl/en/samsung-inr21700-50e-unprotected-5000mah.html

Sony, LG oder Samsung sollten es schon sein - aber nicht unbedingt in 
'neu' (Z.B. Zellen aus alten Notebook Akku nehmen)

von Julian S. (jsanyone)


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Ich bin mir ziemlich sicher dass das mit dem Akku usw. gut geklappt 
hätte, gestern hatte ich aber noch einen neuen Einfall, so werde ich es 
jetzt voraussichtlich auch lösen:

Bei Amazon habe ich folgendes gefunden:
https://www.amazon.de/dp/B07XMN5RXM/ref=cm_sw_r_cp_awdb_imm_t1_geY5FbV4NHZ78

Die Fernbedienung(Sender) schraube/breche ich auf und statt dem Knopf 
schließe ich den Reedkontakt des Regensensors an.

Im Haus habe ich sowieso einen ESP für Temperatur und Luftfeuchtigkeit 
am Laufen, an den schließe ich dann das Relais(Empfänger) wie einen 
Taster an.
Dann muss ich zwar auch gelegentlich Batterien wechseln, aber diese 
Fernbedienungen halten meiner Erfahrung nach ewig, und durch eine Wand 
müsste sie auch kommen.


Es heißt ja oft dieses Forum sei eher Anfängerfeindlich, kann ich nicht 
bestätigen, vielen Dank für die schnelle und kompetente Beantwortung 
meiner Fragen!

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Die Fernbedienung(Sender) schraube/breche ich auf und statt dem Knopf
> schließe ich den Reedkontakt des Regensensors an.

Das scheitert eventuell daran, dass der Reedkontakt nur sehr kurz 
geschlossen wird.

von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das scheitert eventuell daran, dass der Reedkontakt nur sehr kurz
> geschlossen wird.

Hm, daran habe ich nicht gedacht, ist das sehr wahrscheinlich?
Ansonsten würde ich es denke ich einfach mal ausprobieren.

von MaWin (Gast)


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Julian S. schrieb:
> Die Kommentare äußern aber teilweise heftige und teilweise auch
> widersprüchliche Kritik an diesem Setup,

Ein TP4056 ist schlich komplett ungeeignet am Solarpanel. Seine 
Verwendung zeigt, dass du von den Stromquellen- Eigenschaften eines 
Solarpanels nicht die geringste Ahnung hast.

Zweitens ist WLAN das blödeste was man zum Energiesparen nutzen kann, 
nicht ohne Grund nutzen Funkthermometer etc. das nicht.

Klar, ein fettes Solarpanel, so DIN A4 gross, kann all diese 
Fehlentscheidungen irgendwie retten.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Ein TP4056 ist schlich komplett ungeeignet am Solarpanel.

Kannst du das begründen? Ich frage weil ich nämlich im Datenblatt keinen 
Grund dafür sehe.

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Kannst du das begründen? Ich frage weil ich nämlich im Datenblatt keinen
> Grund dafür sehe

Auch du hast keinerlei Ahnung von Solarpanels ?

Das sind Stromquellen, keine Spannungsquellen.
Ein TP4056 hingegen belastet die Quelle immer mit einem Maximalstrom, 
und kann sie den nicht liefern, sondern lässt daraufhin die Spannung 
einbrechen, schaltet er ab (und wieder an und wieder ab...)

Im Endeffekt braucht man zum Laden eines (LiIon) Akkus nichts als eine 
Maximalspannungsüberwachung, z.B. per TLV431 oder ICL7665. Das 
Solarpanel kann (über eine Diode die Akkuentladung nachts ins Solarpanel 
verhindert) direkt an den Akku.

Besser geht es nur mit MPPT Reglern.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Ein TP4056 hingegen belastet die Quelle immer mit einem Maximalstrom,

Das ist nicht richtig. Der Chip begrenzt den Ladestrom und die Spannung. 
Er kommt durchaus mit Quellen klar, die weniger als den konfigurierten 
Strom liefern. Dann wird der Akku lediglich langsamer geladen.

von MaWin (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das ist nicht richtig. Der Chip begrenzt den Ladestrom

Ja, eben auf einen Maximalwert.

> und die Spannung.
> Er kommt durchaus mit Quellen klar, die weniger als den konfigurierten
> Strom liefern. Dann wird der Akku lediglich langsamer geladen.

Wie liefert eine Quelle weniger Strom ? in dem sie schon bei diesem 
geringeren Strom in der Spannung einbricht.
Wie reagiert der TP4056 auf einbrechende Spannung ?
Mit Abschaltung. Nicht mit langsamerem Ladevorgang.
Allerdings steigt die Spannung nach Abschaltung natürlich gleich wieder 
wegen nun fehlender Last, also schaltet der TP4056 wieder ein.
Ein vernünftiger Ladevorgang wird daraus nicht  sondern vor allem 
Schaltverluste.

Merke: Solarzellen erfordern andere Schaltungen als Spannungsquellen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Wie reagiert der TP4056 auf einbrechende Spannung ?
> Mit Abschaltung. Nicht mit langsamerem Ladevorgang.

Das ist nach meinem Kenntnisstand falsch. Er schaltet eben nicht ab.

Es werden sogar Module für genau diesen Anwednungsfall angeboten: 
https://www.roboter-bausatz.de/1047/tp4056-lithium-lipo-lion-akku-solar-lademodul-fuer-arduino

von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das scheitert eventuell daran, dass der Reedkontakt nur sehr kurz
> geschlossen wird.

Meinst du dass es nicht reicht, damit die Fernbedienung das Signal 
„absendet“ oder um das Relais korrekt auszulösen?
Weil ein Relais schaltet durch den Reedkontakt-Impuls sauber, das habe 
ich gerade ausprobiert.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Meinst du dass es nicht reicht, damit die Fernbedienung das Signal
> „absendet“ oder um das Relais korrekt auszulösen?

Ja das meine ich. Kommt halt auf die Fernbedienung an.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Julian S. schrieb:
> Es heißt ja oft dieses Forum sei eher Anfängerfeindlich, ...

Kommt darauf an, ob jener geschickt seinen Fall moderieren kann, oder 
nicht.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das ist nach meinem Kenntnisstand falsch. Er schaltet eben nicht ab.

Das das so ist, sieht man auch im Datenblatt mit dem Vorwiderstand. 
Wichtgste ist dafür zu sorgen, dass bei voll bestrahlter Solarzelle 
dieser nicht überlastet wird.

von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ja das meine ich. Kommt halt auf die Fernbedienung an.

Du hattest Recht, die Fernbedienung löst nicht aus.
Jetzt ist natürlich die Frage, ob es trotzdem eine Möglichkeit gibt das 
so zu lösen. Im Prinzip brauche ich also eine „Signalverlängerung”, die 
den kurzen Impuls des Reedkontaktes verlängert.

Nach ein bisschen Recherche bin ich dafür auf zwei Möglichkeiten 
gestoßen:

1. Irgendwie soll das mit einem Kondensator möglich sein.
Idee ist, wenn ich das richtig verstanden habe, dass der Kondensator 
sich wenn der Reedkontakt geschlossen ist schnell auflädt und sich dann 
über einen Widerstand langsam entlädt —> Impuls länger
Dazu habe ich aber leider nirgends wirklich konkrete 
Beispiele/Schaltungen gefunden und kann mir das deswegen schlecht 
vorstellen.

2. Den Impuls mit einem Monoflop verlängern.
Hierbei soll der Monoflop das Signal verlängern. Zum Klassiker NE555 
gibt es einige Anleitungen, wie etwa:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0310121.htm
Datenblatt:
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf
Allerdings liegt der Stromverbrauch hier, wenn ich das Datenblatt 
richtig gelesen habe, bei 6 mA (Max), was eben viel zu viel ist.
Etwas stromsparenden soll der TLC555 sein, mit 0,35 mA (Max). Auch das 
finde ich aber noch ziemlich viel. Den Anschluss von diesem Monoflop 
müsste ich hin kriegen, da die Pins ja genau wie beim NE555 sind.
Datenblatt: 
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf?ts=1609395529112
Deutlich stromsparender dagegen sind 74HC123 und 74HC4538. Abgesehen 
davon, dass ich nicht weiß was der Unterschied zwischen den beiden ist, 
ist auch der Stromverbrauch mit 0,008 mA (Max) gleich niedrig.
Hier dagegen stoße ich an die Grenzen meines technischen Verständnisses. 
Lässt sich die gewünschte Signalverlängerung mit diesen Monoflops 
erreichen? Zu diesen finde ich leider kaum Material im Internet, auch 
keine “Anleitung”.
Datenblätter:
https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/74HC_HCT123.pdf
http://www.farnell.com/datasheets/2030204.pdf

Um die Laufzeit zu verlängern habe ich die 2x3=6V Knopfzellen der 
Fernbedienung schon gegen 4x1,5=6V AA Batterien getauscht.

Konkrete Fragen also:
Lässt sich das ganze irgendwie mit einem Kondensator realisieren (ist 
mir grundsätzlich sympathischer)?
Weis irgendwer hier, wie die beiden oben verlinken stromsparenden 
Monoflops funktionieren?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Lässt sich das ganze irgendwie mit einem Kondensator realisieren (ist
> mir grundsätzlich sympathischer)?

Ich würde die "Einfache monostabile NAND-Gatter Schaltung" von der Seite 
https://www.electronics-tutorials.ws/de/sequentielle/multivibratoren.html 
aufbauen. Also mit einem CD4011B. Praktischerweise kannst du diese IC 
direkt mit der Batterie versorgen, ohne weitere Verluste durch 
Spannungsregler in Kauf nehmen zu müssen.

Lege die Eingänge der beiden ungenutzten Gatter fest auf HIGH oder LOW, 
damit sie keine Radiowellen empfangen und dadurch den Stromverbrauch in 
die Höhe treiben.

von Wolfgang (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Die Leistung müsste ja angegeben sein, die gilt natürlich nur unter
> idealen Bedingungen.

Das ist Unfug. Was bitte sind "ideale Bedingungen"?

Die Leistungsangabe bei Solarzellen/-panelen bezieht sich gewöhnlich auf 
ein senkrecht einfallendes Licht mit definiertem Spektrum und einer 
Bestrahlungsstärke von 1000W/m² bei 25C.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Wolfgang schrieb:
> Das ist Unfug. Was bitte sind "ideale Bedingungen"?

Das sind die idealen Bedingungen:

> Die Leistungsangabe bei Solarzellen/-panelen bezieht sich gewöhnlich auf
> ein senkrecht einfallendes Licht mit definiertem Spektrum und einer
> Bestrahlungsstärke von 1000W/m² bei 25C.

von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ich würde die "Einfache monostabile NAND-Gatter Schaltung" von der Seite
> https://www.electronics-tutorials.ws/de/sequentielle/multivibratoren.html

Danke für den Link, die Seite ist ja super!
Der Triggerinput wäre in meinem Fall ja dann der Reedkontakt des 
Regenmessers.
Fraglich ist für mich noch wie ich damit die Fernbedienung schalte. Der 
Ausgang dieser Schaltung gibt ja entweder 0V oder 6V aus. Ich will aber 
irgendwie den Taster der Fernbedienung “simulieren”. Die einzige 
Möglichkeit die mir jetzt einfallen würde wäre ein Relais 
dazwischenzuschalten, aber einerseits weis ich nicht ob die Schaltung 
diese Ströme aushält und andererseits sind Relais auch nicht gerade 
stromsparend... Gibts da ne bessere Lösung?

von Wolfgang (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Das sind die idealen Bedingungen: ...

Idealere Bedinungen hast du, wenn du das Panel in 8849m Höhe 
installierst oder auf einem Satelliten spazieren fallen lässt 
(1361W/m²).

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Fraglich ist für mich noch wie ich damit die Fernbedienung schalte. Der
> Ausgang dieser Schaltung gibt ja entweder 0V oder 6V aus. Ich will aber
> irgendwie den Taster der Fernbedienung “simulieren”.

Mit einem Optokoppler.

von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Mit einem Optokoppler.

Habe mal versucht mich da einzuarbeiten.
Ich denke ein 4N35 müsste für mich geeignet sein.
Datenblatt: https://www.vishay.com/docs/81181/4n35.pdf
Dann habe ich versucht die benötigten Widerstände anhand folgender Seite 
richtig zu berechnen:
https://www.kollino.de/elektronik/optokoppler/
“If” war auf dem Datenblatt allerdings nur als max und nicht als typ 
angegeben, also habe ich max verwendet.
Auch beim CTR war ich mir unsicher welchen Werte ich nehmen sollte.
Ebenfalls nicht sicher war ich mir bei der Dimensionierung von 
Widerstand “Rt” und Kondensator “Ct”, die ja die Dauer des Impulses 
festlegen.
Herausgekommen ist am Ende auf jeden Fall die Schaltung im Anhang.
Wäre super nett wenn du dir das mal anschauen könntest und sagen 
könntest ob das so einigermaßen hinhaut!

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> “If” war auf dem Datenblatt allerdings nur als max und nicht als typ
> angegeben, also habe ich max verwendet.

Das ist vollkommen unnötig.

Du musst erst mal heraus finden, wie hoch der Laststrom ist. Vermutlich 
< 1mA. Anhand des CTR ermittelst du den nötigen Strom durch die LED. 
Achtung: Der CTR ist keine Konstante sondern hängt wiederum von der 
Stromstärke ab. Je geringer der Strom, umso geringer der CTR Wert.

Nehmen wir mal an, dass du auch CTR=50 kommst, dann brauchst du an der 
LED 2mA damit am Ausgang 1mA fließen können.

Du kannst auch einfach Pi mal Daumen 5mA probieren und nur wenn das 
nicht klappt, dann eventuell erhöhen oder einen anderen Optokoppler 
nehmen.

500µF und 1kΩ werden wohl gehen, aber der Kondensator ist groß. Ich 
würde lieber einen 4,7µF Elko und 120kΩ nehmen.

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Du musst erst mal heraus finden, wie hoch der Laststrom ist.

Hab gerade nachgemessen, durch den Taster fließen 0,7 mA.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Der CTR ist keine Konstante sondern hängt wiederum von der
> Stromstärke ab. Je geringer der Strom, umso geringer der CTR Wert.

Und wo finde ich den? Aus dem Datenblatt werde ich da ehrlich gesagt 
nicht schlau.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Nehmen wir mal an, dass du auch CTR=50 kommst, dann brauchst du an der
> LED 2mA damit am Ausgang 1mA fließen können.

Das heist das doppelte? Das wäre in meinem Fall dann ja 1,5 mA.
Das wäre dann wieder in der Rechnung R(vor Led) = (6-1,3)/0,0015 = 3,1 
KiloOhm
Und in der Rechnung R (Lastkreis) = (6x3)/(0,00075x50%) = 48 KiloOhm

Stimmt das? Ich glaube irgendwie ich hab’s immer noch nicht richtig 
verstanden.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Du kannst auch einfach Pi mal Daumen 5mA probieren

Das verstehe ich jetzt nicht, wieso denn jetzt auf einmal 5 mA?

Stefan ⛄ F. schrieb:
> 500µF und 1kΩ werden wohl gehen, aber der Kondensator ist groß. Ich
> würde lieber einen 4,7µF Elko und 120kΩ nehmen.

Okay, ich denke dann nehme ich deine Werte. Muss mal schauen ob ich noch 
irgendwelche Kondensatoren rumliegen habe.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)



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Julian S. schrieb:
> Und wo finde ich den?

Als Beispiel zeige ich das relevanten Angaben zum PC817.

Da werden mindestens 50% bei 5mA versprochen (also 2,5mA 
Ausgangsseitig). Das Diagramm zeigt das typische Verhalten: 500% bei 
5mA.

Rechne aber besser immer mit dem ungünstigsten Fall und lege noch eine 
Schippe zur Reserve drauf. Du hast geschrieben, dass du 0,7 mA brauchst. 
Bei CTR=50% brauchst du also 1,4 mA Eingangsstrom. Und wenn du den 
nochmal verdoppelst (auf 2,8 mA), bist du auf der sicheren Seite.

Und jetzt berücksichtigst du, dass die Batteriespannung im Laufe der 
Zeit nachlässt. Dafür kommt nochmal etwas Reserve drauf.

> Du kannst auch einfach Pi mal Daumen 5mA probieren
Das verstehe ich jetzt nicht, wieso denn jetzt auf einmal 5 mA?

Weil ich mir schon gedachte habe, dass der Laststrom unter 1 mA liegen 
wird. Wie wir sehen, hatte ich Recht. Mit 5 mA hast du reichlich Reserve 
drin ohne das CMOS IC zu überfordern.

Berechnung des Vorwiderstandes:

(6V - 1,2V) / 5mA = 1kΩ

Wenn die Batterien schwächer werden fließt weniger Strom:

(3,6V - 1,2V) / 1kΩ = 2,4mA

Das reicht immer noch aus, denn damit kann der Optkoppler mindestens 
1,2mA Laststrom (= 50%) antreiben. Das ist immer noch eine gute Reserve 
drin.

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Das Datenblatt des 4N35 verspricht bei 10mA 40%, bei 5mA dürfte 50% also 
relativ gut passen.

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Berechnung des Vorwiderstandes:
>
> (6V - 1,2V) / 5mA = 1kΩ

Okay, das macht Sinn. Das kann ich so dann ja übernehmen.

Was mir jetzt noch ein bisschen ein Rätsel ist, ist dieser Widerstand im 
Lastkreis, also dem Schalter der Fernbedienung. Benötige ich den 
überhaupt?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Was mir jetzt noch ein bisschen ein Rätsel ist, ist dieser Widerstand im
> Lastkreis, also dem Schalter der Fernbedienung. Benötige ich den
> überhaupt?

Wir reden hier von dem Vorwiderstand der LED im Optokoppler, um die 
Stromstärke durch die LED fest zu legen.

Mit dem Lastkreis (Ausgang des Optokopplers) hat das nur insofern zu 
tun, dass die Stromstärke passend zum Laststrom berechnet werden muss. 
Ändern kannst du den Laststrom aber nicht, der ist von der Fernbedienung 
vorgegeben.

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von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Wir reden hier von dem Vorwiderstand der LED im Optokoppler, um die
> Stromstärke durch die LED fest zu legen.

Ja, das ist mir klar.

Ich habe bloß ein paarmal gesehen, dass auch im Lastkreis, also auf der 
Seite des Fototransistors noch ein sogenannter „Arbeitswiderstand“ 
verwendet wird, etwa hier:

https://www.kollino.de/elektronik/optokoppler/

Dessen Funktion ist mir unklar, und ob ich den in meinem Fall überhaupt 
benötige.

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von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Vergiss den, dieser Lastwiderstand betrifft deine Anwendung nicht. Du 
verwendest stattdessen die bereits vorhandene Last (die Fernbedienung).

Du hat 0,7mA gemessen. Falls die Fernbedienung 3V Versorgungsspannung 
hat, kannst du den scheinbaren Lastwiederstand (den die Fernbedienung 
enthält) zurück rechnen:

3V / 0,7mA = 4,3kΩ

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von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Vergiss den, dieser Lastwiderstand betrifft deine Anwendung nicht. Du
> verwendest stattdessen die bereits vorhandene Last (die Fernbedienung).

Ok Danke, dann hab ich das jetzt auch verstanden. Fernbedienung hat 6V 
Versorgungsspannung, aber das sollte am Prinzip ja nichts ändern.

von Anton Wert (Gast)


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Also ich hab auch so einen Regenmesser.
Wippe und Trichter sind von Reichelt, ursprünglich für eine drahtlose 
Wetterstation.
Hab dies mit ESP2866 und 18650 "umgerüstet"
Elektronik raus, den ESP mit dem Reset über den Readkontakt angesteuert.
Bei jedem Reset schickt er ein http-Request bei mit an meinen Raspi.

Der 18650 wird über ein 12V Solarpanel gespeist 12V 10W (ja 
überdimensioniert, aber hält auch mal im Winter und steht suboptimal).

Die Spannung wird via Schaltregler von TI runtergeregelt. Der ESP hat 
samt dem Regler platz in dem bisherigen Batteriegehäuse im Regenmesser.

Solarpanel und Batterie sind extern über kurzes Kabel angebunden.

Läuft seit Jahren.

von Julian S. (jsanyone)


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Anton Wert schrieb:
> Also ich hab auch so einen Regenmesser.
> Wippe und Trichter sind von Reichelt, ursprünglich für eine drahtlose
> Wetterstation.
> Hab dies mit ESP2866 und 18650 "umgerüstet"

Das habe ich mir auch noch überlegt, dann hat sich der Bastler in mir 
aber für einen kompletten Eigenbau entschieden, wie im Bild zu sehen ;)

von Julian S. (jsanyone)


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So, alle Teile sind da, hab die Schaltung gerade auf einem Breadboard 
aufgebaut. Und siehe da, es klappt...fast...

Nicht bedacht habe ich dass der Optokoppler die Schaltung invertiert. 
Heißt: Die Fernbedienung sendet die ganze Zeit, außer wenn der 
Regensensor auslöst. Das würde sich zwar auch auswerten lassen, ist 
batterietechnisch aber natürlich Schwachsinn weil die Fernbedienung 
quasi die ganze Zeit sendet.

Deswegen jetzt die Frage: Wie invertiere ich das Ausgangssignal am 
einfachsten (und Batterie-schonensten) , bzw. besteht die Möglichkeit 
die „Einfache monostabile NAND-Gatter Schaltung“ irgendwie so 
abzuändern, dass das Ausgangssignal invertiert ist?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Julian S. schrieb:
> Nicht bedacht habe ich dass der Optokoppler die Schaltung invertiert.
> Heißt: Die Fernbedienung sendet die ganze Zeit, außer wenn der
> Regensensor auslöst.

Wieso das denn? Der Optokoppler leitet nur dann, wenn seine LED 
leuchtet. Wenn bei dir die LED im Ruhezustand leuchtet, hast die die 
Schaltung falsch aufgebaut.

Zeichne mal den aktuellen Schaltplan auf, dann sehen wir weiter!

von Julian S. (jsanyone)


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So, habe meinen aktuellen Schaltplan mal angehängt.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Du musst den Optokoppler anders anschließen:

vorher:
1
    1k       A   C
2
---[===]------|>|------| 0V

nachher:
1
    1k       C   A
2
---[===]------|<|------o 6V

: Bearbeitet durch User
von Julian S. (jsanyone)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Du musst den Optokoppler anders anschließen:

So klappt es jetzt. Vielen Dank für deine Hilfe und die Beantwortung 
meiner ganzen Fragen!

von blue2monster (Gast)


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alternativer Lösungsweg:
das Gehäuse finde ich spannend und genial einfach.
https://community.home-assistant.io/t/diy-zigbee-rain-gauge/255379

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