Hallo zusammen!
ich möchte mir gerne eine Art Duschkostenzähler bauen, der mir immer die
aktuell angefallenen Kosten aufzeigt. D.h. ich drehe den Wasserhahn auf,
der Zähler läuft los und ich bekomme auf den Cent genau die entstandenen
Kosten angezeigt. Nach 5 Min Stillstand reseten sich die Werte und der
Spaß fängt von vorne an. Dieser Zähler soll zwischen Mischbatterie und
Duschschlauch geschraubt werden. Das Ganze ist ein Studienprojekt, das
ich aber auch tatsächlich für daheim baue und verwenden will.
Zum Erfassen der Kosten gilt es die Temperatur und die Durchflussmenge
zu bestimmen, woraus sich die Kosten in € erfassen lassen.
Die Temperatur will ich per Thermowiderstand erfassen, was recht trivial
ist.
Die Durchflussmenge wollte ich eigentlich mit einem Durchflusssensor
erfassen. Hier gibt es auch nette Kombilösungen mit einschraubbarem
Thermowiderstand, wie dieser hier:
https://www.amazon.de/gp/product/B07QNMZ7ZK
Was mich technisch aber mehr reizt, wäre ein kleines Wasserkraftwerk zu
verwenden und über die Spannung die Drehzahl und somit letztlich auch
die Durchflussmenge zu ermitteln. z.B. dieses hier:
https://www.amazon.de/gp/product/B08NXHSR9Y/
Mit letzterer Lösung könnte ich einen 3.7V Akku verwenden, welcher bei
Wasserfluss geladen wird. Somit könnte ich ein schön helles OLED Display
verwenden, ohne dass ich mehrmals im Jahr die Akkus zu tauschen habe.
Zusätzlich könnte ich das 3D-gedruckte Gehäuse auch gleich wasserdicht
verkleben, da dieses ja nicht mehr geöffnet werden muss. Laut
Beschreibung liefert das Teil 150mA bei 12V, die Bewertungen korrigieren
das in Richtung 100mA. Aber auch das sollte noch mehr als genug sein, um
dem Energieverbrauch des Displays und des Mikrocontrollers, sowie dem
Nachladen des Akkus hinterher zu kommen.
Die maximal 12 Volt würde ich mit einer Spannungsteilerschaltung auf
maximal 3.3 Volt bringen, um diese für den Mikrocontroller lesbar zu
machen und die Durchflussmenge zu bestimmen. Das ist das kleinere
Problem.
Problematischer ist für mich das Laden des Akkus. Ich kenne von meiner
Wohnmobilinsellösung MPPT Regler für solche Fälle mit starken
Spannungsschwankunen. Es gibt Regler mit max. 12V für solche Fälle, wie
diesen hier. Aber so richtig sauber scheint das alles nicht zu sein:
https://www.amazon.de/gp/product/B08LL83P1R/
Hat jemand daher einen Vorschlag für die Schaltung zum Laden des Akkus?
Meine Stärke liegt deutlich tiefer in der Programmierung des ganzen
Projekts, als in der Auslegung der Schaltung, daher freue ich mich sehr
über eure Hilfe! :-)
Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max.
12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend. Und auch
die Anschlüsse haben die richtigen Dimensionen, fehlt nur noch ein
Adapter zum Anschließen.
Heiner schrieb:> Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max.> 12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend.
Also realistisch ein paar Volt bei ≤25mA bei einem beim Duschen üblichen
Durchsatz. Ich würde da überhaupt nicht mit Akkus hantieren, sondern
Supercaps hernehmen.
Heiner schrieb:> Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max.> 12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend.
Ich hatte die technischen Daten auf die schnelle übersehen. Wie viel
Wasser fließt denn so beim Duschen, vielleicht 3 Liter pro Minute?
Probiere den Generator beim Duschen aus, dann haben wir konkrete Daten
mit denen wir weiter arbeiten können.
Ein realativ einfacher Ansatz besteht darin, die Spannung gleich zu
richten und damit den Akku damit direkt zu laden. Die Stromstärke hängt
dann ganz banal von der Durchflussmenge ab. Die Spannung ergibt sich von
alleine durch den Akku. Wenn der Akku voll ist, trennst du ihn vom
Generator.
Ich fürchte allerdings, dass diese nicht konstante Last einen Einfluss
auf das Messergebnis hat. Könnte schwierig werden, den Generator sowohl
zum Strom-Erzeugen als auch zum Messen der Durchflussmenge zu verwenden.
Ich finde das Projekt spannend.
Ich sehe gerade, dass der Durchflussbereich bei 2,5 l/min beginnt. Passt
das zur Dusche? Es soll ja auch funktionieren, wenn man den Wasserhahn
nicht voll auf dreht.
Nur so ein paar Überschlagsbetrachtungen.
Bei PV-Geräte (Solarzellen) hat man im Jahresdurchnitt 12 von 24h "hell"
wobei aus "Gründen" jenes "hell" nicht dauernd volle elektrische
Leistung hergibt. Solche Geräte können kaum im Dauerbetrieb sein.
Wenn jemand nur so als "verrücktes" Beispiel nach jeder Mahlzeit duschen
ginge, für die Dauer von... 20' (beliebige Annahme) macht das 1 von 24h
Energieertrag, wohl ebenfalls nicht volle el. Leistung hergebend.
Wielange darf dann ein so gespiesenes Gerätchen mit Energieversorgung
rechnen?
(Effizienz von Akkuzellen und Ladeschaltung mal aussen vor gelassen -
der groben Vereinfachung erstmal)
Zum Wasserdurchfluss:
Laut Internet verbraucht man zwischen 12 und 15 Litern mit einem
normalen Duschkopf. 6-8 Liter scheinen sich mit einem wassersparenden
Duschkopf erreichen zu lassen. Von daher denke ich, dass die 2,5 Liter
wirklich nur zu Stande kommen, wenn man es quasi etwas stärker tröpfeln
lässt. Aber ganz klar: Das würde ich am Liebsten auch miterfassen! Ist
ja auch wahnsinnig interessant, wie die Kosten gerade dann ausfallen,
wenn man zwar gerne länger, aber "weniger intensiv" duschen möchte.
Fraglich ob sich in der geringen Durchflussmenge noch etwas auf diese
Art und Weise messen lässt.
@Klaus: Step Down auf 5V und dann den Laderegler hatte ich auch schon
überlegt. Wenn sowas gängig und erprobt ist, nehme ich den Vorschlag
gerne an!
@Jack: 25mA könnten tatsächlich zum Problem werden. Alleine das geplante
OLED braucht schon mehr.
@Stefan: Gleichrichten ist nicht nötig. Es kommt DC aus der "Turbine".
Dass die Last die Spannung beeinflussen wird hatte ich auch schon im
Hinterkopf. Ist alles andere als optimal und dafür habe ich bisher auch
keine Lösung.
Eine Lösung wäre natürlich einen Durchflussmesser UND die Turbine zu
verwenden. Dadurch erzielt man eine saubere Messung auch unter 1
Liter/Minute und hat die Stromversorgung (eventuell) auch gelöst. Aber
interessanter ist natürlich die Herausforderung mit weniger klar zu
kommen :-)
EDIT an der Stelle: Einen Transistor als Schalter verwenden und z.B. 2
Mal pro Sekunde die Verbindung zum Step-Down-Converter unterbrechen zum
Messen wäre eventuell eine Möglichkeit an der Stelle! Die Spannung
müsste ja sofort wieder hochspringen, wenn die Last wegfällt.
@Spatzenkanonier: Sobald kein Wasser fließt, würde ich das OLED Display
noch ein wenig laufen lassen und nach 5 Minuten alles in den Deepsleep
schicken. Sprich: Das Gerät läuft dann mit wenigen und absolut zu
vernachlässigenden µA. Die Batterie ist quasi nur als Puffer eingeplant.
...ich mache mich mal noch auf der Suche nach einem Generator, der auch
unter 2,5 Liter "anspringt", aber der Markt ist nicht gerade voll mit
solchen sehr speziellen Bauteilen.
P.S.: Bin jetzt auch mal registriert und nicht nur Gast hier.
Heiner W. schrieb:> Laut Internet verbraucht man zwischen 12 und 15 Litern mit einem> normalen Duschkopf.
Während des Duschvorgangs. Zumindest meiner ist in der Regel länger, als
eine Minute. Mit diesen Spar-Duschköpfen werden’s gar noch weniger als
2,5ℓ/min sein.
Es gibt so Duschköpfe, welche die Wassertemperatur mit LED-Farben
anzeigen, und die die Energie dafür aus dem Wasserfluss beziehen – ich
würde zunächst in diese Richtung gucken, ob sich da belastbare Daten zu
den tatsächlich erreichbaren Werten finden lassen. Vielleicht findet
sich ja auch günstig so ein Teil, das man dann mal untersuchen kann?
Ja das ist ein interessanter Ansatz! Der Duschkopf hier hat einen
"Mikro-Flow-Generator", also irgendwie was vergleichbares im Miniformat
drin:
https://www.amazon.de/Temperaturanzeige-Funktioniert-Farbwechsel-Strahlarten-Duschbrause/dp/B08QYY3K9J/
Muss gerade lachen, weil bei uns genau so ein Teil mit bunten LEDs
hängt, welches noch vom Vormieter stammt. Das hat am Anfang noch
sporadisch geblinkt, aber seit vielen Jahren garnicht mehr aufleuchtet.
Aber das Teil zerlegen ist wohl auch keine Lösung. Oder was meinst du,
wie mich das voran bringen kann?
Neues Problem: Den Generator gibt es wohl mit 4.2V, 5V, 12V und
ungeregelten 0-80V. Also liegen in der von mir verlinkten 12V oder 0V
an. Dadurch bietet sich keine Möglichkeit zur Messung des Durchflusses
über die anliegende Spannung. Leider findet sich nirgends ein
vernünftiges Datenblatt, aber hier die Quelle dazu:
https://www.alibaba.com/product-detail/DC-Hydroelectric-Power-Hydro-Generator-F50_60490053281.html
Die 4.2V Version soll einen Laderegler eingebaut haben, mit dem man den
3.7V Akku direkt versorgen könnte. Die Strommenge sollte ja hierbei den
Wasserfluss widerspiegeln. Aber sobald der Regler abschaltet, weil der
Akku voll ist, hat sich das ja auch wieder erledigt.
Heiner W. schrieb:> Aber das Teil zerlegen ist wohl auch keine Lösung
Ja ähm doch? Erstmal schauen, wie das aufgebaut ist, und statt dem
eingebauten uC einen eigenen mit Impulszähler + Wärmerechner reinsetzen.
Muß dann halt passend kalibriert werden, linear wird da nicht viel sein.
Ist doch eine formschönere Lösung als man's selbst machen könnte.
Jack V. schrieb:> Es gibt so Duschköpfe, welche die Wassertemperatur mit LED-Farben> anzeigen, und die die Energie dafür aus dem Wasserfluss beziehen – ich> würde zunächst in diese Richtung gucken, ob sich da belastbare Daten zu> den tatsächlich erreichbaren Werten finden lassen.
Einen solchen Duschkopf hatte ich mal gekauft, der Generator ist an
Kalkablagerungen meines sehr harten Wassers gestorben.
Natürlich habe ich den zerlegt, das Elektronikmodul liegt noch auf dem
Kramhaufen. Im Eingang hat es einen Brückengleichrichter und eine
Z-Diode, um die Versorgung zu klemmen.
Am Labornetzteil erfolgt eine sinnvolle Anzeige ab 6,5V DC, dabei
braucht es 14 mA.
Werte vom Wasserdynamo habe ich natürlich nicht, aber kann abschätzen,
dass der mindestens 100 mW geliefert hat.
Heiner schrieb:> Die Durchflussmenge wollte ich eigentlich mit einem Durchflusssensor> erfassen. Hier gibt es auch nette Kombilösungen mit einschraubbarem> Thermowiderstand, wie dieser hier:> https://www.amazon.de/gp/product/B07QNMZ7ZK
Du musst nur noch das Wunder vollbringen, das in der Dusche
wasserdicht nach IPx7 aufzubauen.
Eine reizvolle Studienaufgabe, aber als langjährig stabil
funktionierendes Gerät kaum umsetzbar.
Die Wasserdichtheit finde ich noch nicht mal so tricky. Ich habe die
Möglichkeit einen 3D Drucker zu nutzen und wie gesagt: Wenn der Akku
drin bleiben kann und dort geladen wird, kann ich das Gehäuse sinnvoll
konstruieren und ordentlich verkleben. Damit sollte es länger
wasserdicht bleiben, als der Generator hält oder verkalkt. Mit einer
Batterieöffnung sieht das natürlich wieder ganz anders aus.
Ich hau mich mal aufs Ohr und lasse die Idee reifen. Vielen Dank euch
allen für das konstruktive, wertvolle und schnelle Feedback!
Wofür Akku bei dieser Anwendung? Elko / Supercap reicht aus, wenn nur
bei Benutzung was angezeigt wird. Dann ist ja auch Ladestrom da. Ist der
Ladestrom aber kleiner als die Stromaufnahme der Schaltung, bleibt der
Akku immer leer.
OLED braucht Strom. Alternative LCD, direkt vom Prozessor gesteuert, das
braucht nur ein paar uA. Bei Durchfluß = Energie läuft die
Hinterleuchtung, bei Wasser aus halt nicht. Reicht doch aus?
Über einen deutlich kleineren elektrischen Puffer hatte ich auch schon
nachgedacht. Supercaps scheinen da ja wirklich eine interessante
Alternative zu sein! Die waren mir bisher nicht geläufig. Auch um eine
OLED zu betreiben und nach dem Duschen noch mehrere Minuten aktiv zu
halten sollte das nutzbar sein. Danke für den Tipp!
Jack hatte das ja auch schon empfohlen, ist mir aber irgendwie in der
Kürze der Nachricht untergegangen. Die Verwendung scheint nicht 1:1
identisch mit der von normalen Kondensatoren zu sein. Da muss ich mich
mal einlesen. Aber einfach zwischen 3.3V und GND dazulöten wird wohl
nicht so einfach funktionieren.
Zur Stromquelle und dem Durchflussmesser: Ich ordere denke heute noch
diesen Generator hier:
https://www.amazon.de/gp/product/B08VWN1LLG/
Der sieht ganz interessant aus, da er eine Spannung zwischen 9,8 und
18,5 Volt DC und 128-260 mA ausspucken soll. Mal schauen, was der bei 1
Liter/Minute abgibt. Evtl kann man da auch noch irgendwo einen
Magnet+Hallsensor an die Welle kleben, falls der Spannungsverlauf im
unteren Bereich zu problematisch ist. Und auch ein Temperatursensor wird
sich vielleicht unterbringen lassen. Ich geb Rückmeldung, wenn ich da
schlauer geworden bin!
