8-fach Temperaturmessung für Heizungsüberwachung

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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8-fach Temperaturmessung für Heizungsüberwachung

Beitrag von funkleuchtturm » 16.03.2013, 14:09

Ausgangssituation:
Leider erlaubt die Regelung meiner Buderus-Heizung nicht die Kommunikation mit der CCU, da das Datenprotokoll des seriellen Busses (wahrscheinlich ähnlich RS485) nicht offengelegt ist.Allerdings möchte ich doch bestimmte "unabhängige" Komponenten wie zusätzliche Zirkulationspumpen und die Anbindung an die thermische Solaranlage von der Homematic steuern, so dass ich einige Informationen aus dem Heizungssystem (insbesondere mehrere Temperaturen) benötige. Diese Informationen sind natürlich in der Heizungsregelung schon vorhanden, aber ich komme ja nicht dran! Zudem sollte die Homematic-Steuerung völlig unabhängig von der Heizungsregelung sein, um nicht irgendwelche versicherungsrechtliche Probleme zu bekommen.

Als Randbedingung hatte ich ein Wired 12/14 IO-Modul in einem Schaltkasten etwa 5m von der Heizung verfügbar. Allerdings waren nicht genügend Ports frei, da ich mindesten 8 Temperaturen analog aufzeichnen wollte. Die Verwendung von sog 1-wired-Temperatursensoren in Verbindung mit einem entsprechenden USB-Interface kam für mich nicht in Frage, da ich mit diesen Sensoren nicht so gute Erfahrungen gemacht hatte. Demgegenüber sind herkömmliche NTC-Messwiderstände sehr robust und werden deshalb wohl in der Heizungstechnik fast ausschließlich eingesetzt.

Hardware:
Meine guten Erfahrungen mit dem Bau eigener NTC-Meßfühler und der einfachen Einbindung über Analogeingang und Skript (siehe http://homematic-forum.de/forum/viewtop ... 31&t=12216 ) führten zu einer Lösung mit einem 8-fach Multiplexer. Wenn relativ hochohmige Fühler verwendet werden, kann mit einfachen Bauelementen und etwas Löterfahrung ein preisgünstiger Multiplexer für unter 10€ aufgebaut werden!
Der folgende Schaltplan zeigt die NTC-Temperaturfühler, deren Signale über zwei 4-fach CMOS-Umschalter im CMOS-IC 4052 auf zwei freie analoge Eingänge des Wired 12/14 IO-Modul abgefragt werden können. Welcher von den jeweils vier Eingangssignalen gerade durchgeschaltet wird, hängt von den digitalen Steuersignalen A0 und A1 ab, die direkt an zwei freie digitale Ports (Open Collector) angeschlossen sind. Benötigt werden also zur Steuerung des Multiplexers nur zwei digitale Ausgangsports und zwei analoge Eingangsports.
Multiplexer_schaltplan.jpg
Zur Schaltung selbst gibt es wenig zu sagen, außer daß zur Glättung der analogen Signale und zur Störungsunterdrückung bei langen Leitungen direkt am analogen Eingang des Wired 12/14 IO-Moduls noch zwei 10uF Elkos direkt angeschaltet werden müssen. Ansonsten führen kleine Störsignale zu häufigen Signalaussendungen des Moduls und können u.U. zu Traffic-Problemen auf dem RS485-Bus führen.

Als Einganssignal kann man nicht nur Temperaturfühler verwenden sondern z.B. auch Optokoppler wie den PC814 zur potentialfreien Überwachung von Netzspannungssignalen. Ebenfalls sind einfache Schalter als Sensoren verwendbar.

Die kleine Schaltung habe ich in eine normale Verteilerdose eingebaut und direkt an der Heizung zum kurzen Anschluss der Temperatursensoren platziert. Über ein 6-adriges Telefonkabel ist das Kästchen mit dem Wired 12/14 IO-Modul verbunden.
Bild_elektronik.JPG
Für die Temperatursensoren habe ich sehr kleine NTC-Präzisionswiderstände von Epcos verwendet
(http://www.conrad.de/ce/de/product/5006 ... Toleranz-1.
Diese wurde in eine Messinghülse mit Silikon eingeklebt; vorher natürlich mit einer Koaxleitung kontaktiert. Mehr zum Selbstbau der Meßfühler ist unter dem o.a. ersten Link zu finden.

Software:
- Zuerst werden für jeden Meßkanal entsprechende Systemvariable vom Typ Zahl angelegt. Bei mir sind dies die Variablen "NTC_Temp_0" bis "NTC_Temp_7"
- Im folgenden Steuerprogramm wird zyklisch ( bei mir alle 4 Minuten) ein Messzyklus ausgelöst. Innerhalb des Zyklus erfolgt jede Minute eine Abtastung von zwei Kanälen, danach erfolgt die Weiterschaltung des Messkanals mit Ausgabe der Steuersignale "Pointer A1_DO2:8" und "Pointer A0_DO6:12". Ich hoffe, das Programm kann man so verstehen.
Temp_Multiplexer_Prog.jpg
Die im Programm verwendeten Skripte unterscheiden sich jeweils geringfügig, je nachdem welcher Port gerade eingelesen wird. Die dort verwendeten Parameter sind für die ausgewählten NTC-Widerstände mit der nachfolgenden Excel-Tabelle berechnet worden (Genaueres hierzu im oben angegebenen Link):
Multiplexer_Tabelle_Ntc.jpg
Damit man das komplette Programm sehen kann, hier das Listing:
Listing.pdf
(96.32 KiB) 372-mal heruntergeladen
Erfahrungen:
Gerätchen läuft seit einer Woche: Anfangs hatte ich einige Probleme mit den Störsignalen auf den analogen Eingängen. Diese führten zu Timing-Problemen auf dem RS-485 -Bus. Mit den o.a. Kondensatoren war aber Ruhe. Im Systemprotokoll sind hin und wieder Kommunikationsprobleme zun verzeichnen, aber meist nur dann, wenn die Abtastrate deutlich verkürzt wird. Da aber ohnehin die Temperaturen sich sehr langsam verändern reicht die Abtastung der 8 Kanäle alle 4 Minuten völlig aus. Die Auflösung ist bei den verwendeten Sensoren je nach Messbereich ca. 0,2gradC. Die Genauigkeit muß ich noch durch Versuche ermitteln, ich schätze für meine Anwendungsbereiche ca. 1 bis 2 gradC.

Verbesserungsvorschläge sind ausdrücklich erwünscht und viel Spass beim Basteln!
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 17.03.2013, 08:34, insgesamt 3-mal geändert.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: 8-fach Temperaturmessung für Heizungsüberwachung

Beitrag von Tobias78 » 16.03.2013, 14:26

Hallo Eugen,
Du hast bestimmt das 12/14 und nicht ein 12/7 verwendet, oder?
Ist auf jeden Fall sehr interessant die Lösung!
Gruß, Tobias.
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Re: 8-fach Temperaturmessung für Heizungsüberwachung

Beitrag von funkleuchtturm » 16.03.2013, 15:01

Tobias78 hat geschrieben:Hallo Eugen,
Du hast bestimmt das 12/14 und nicht ein 12/7 verwendet, oder?
Ist auf jeden Fall sehr interessant die Lösung!
Gruß, Tobias.
Hallo Tobias,
Dank dem aufmerksamen Leser, natürlich habe ich ein "Wired 12/14 IO-Modul" verwendet. Ist schon korrigiert!
Viele Gruesse
Eugen
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