Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von funkleuchtturm » 11.11.2013, 19:43

Leider gibt es keinen Homematic-Funksensor mit Analogeingang. Deshalb habe ich einen normalen Funk-Temperatursensor zum Analogeingang umfunktioniert. Wie diese Baubeschreibung zeigt, ist dies sogar ohne Lötarbeit oder Änderungen an der Sensorelektronik möglich!
Das Konzept erlaubt folgende Eingangsspannungsbereiche: 0 bis +10V, 0 bis 3V, 0 bis 5V, -5 bis +5V und -10 bis +10V. Damit sind die typischen Anwendungsbereiche abgedeckt. Der Innenwiderstand der angeschlossenen Sensoren sollte möglichst klein sein <<10kOhm.

Die Auslegung wurde für den Einfach-Funksensor HM-WDS30-T-O durchgeführt, aber nach Schaltplan Durchsicht ist dies vermutlich genauso mit dem Funk-Temperaturdifferenzsensor möglich (Man hat dann sogar 2 Analogeingänge verfügbar.)

Das folgende Bild zeigt den modifizierten Sensor mit geöffnetem Gehäuse.
schaltschema.jpg
Der NTC-Fühler wird abgeschnitten und mit einem Ohmmeter von den beiden Zuleitungen die Masseleitung ermittelt. Unbedingt diese Masseleitung kennzeichnen, damit später keine negativen Spannungen auf den Eingang des uP kommen. (könnte ihn ggf. zerstören!). Statt dem NTC-Widerstand werden entsprechend dem Schaltplan zwei neue Widerstände hinzugefügt. Die Auslegung der Widerstände ist der Tabelle im Bild zu entnehmen. Zur Darstellung der "krummen" Widerstandswerte werden Standardwiderstände in Reihe geschaltet. Optional kann eine Schutzdiode als Verpolungsschutz eingefügt werden.

Die Berechnung der Widerstände ist etwas kompliziert. Wen es interessiert, für den habe ich das für die Berechnung verwendete Excel-Chart beigefügt:
temperatursensor_messg1.xls
(27 KiB) 1057-mal heruntergeladen
Der gewählte Eingangsspannungbereich wird mit dem vorgeschalteten Widerstands-Netzwerk auf den Spannungsbereich 1,0V bis 2,5V umgesetzt. In diesem Bereich ist die Charakteristik des Funk-Temperatursensors relativ linear, weshalb die Kurve ganz gut durch eine Geradengleichung angenähert werden kann. Der Sensor arbeitet mit dem gewählten Spannungsbereich dann in einem "Temperaturbereich" von etwa 10 bis 80gradC. Das folgende Bild zeigt die entsprechende Charakteristik:
Temp_sensor_messg.jpg
Die softwareseitige Einbindung erfolgt mit einem Skript, das bei jeder Aktualisierung des Sensorwertes aufgerufen wird:
(Vorher natürlich eine Systemvariable "temp_input" als Zahl mit Dimension V definieren)
programm0.jpg

Code: Alles auswählen

!Berechnung der Systemvariablen temp_input 
!aus analoger Eingangsspannung am Funk-Temperatur-Sensor

!Eingangsspannung 0 bis +10V mit Re =  (1,5+1)kOhm, Rv = (3,9+4,7)kOhm
!real m = -0.15;
!real n = 11.56;

!Eingangsspannung 0 bis +3V mit Re =  (6,8+1)kOhm, Rv = (1,8+0,82)kOhm
real m = -0.05;
real n = 3.49;

!Eingangsspannung 0 bis +5V mit Re =  (3,3+0,22)kOhm, Rv =  (3,3+1)kOhm
!real m = -0.08;
!real n = 5.84;

!Eingangsspannung -5 bis +5V mit Re =  (4,7+3,9)kOhm, Rv =  (15)kOhm
!real m = -0.16;
!real n = 6.38;

!Eingangsspannung -10V bis +10V mit Re =  (5,6+1)kOhm, Rv =  (15+15)kOhm
!real m = -0.31;
!real n = 13.19;


real T = dom.GetObject("BidCos-RF.IEQ0405570:1.TEMPERATURE").Value();
real temp_inp = n+  T * m;
dom.GetObject("temp_input").State(temp_inp);
Das Skript berechnet aus den Temperaturwerten die entsprechenden analogen Eingangsspannungen in Abhängigkeit vom gewählten Messbereich.
Im Skript müssen je nach Messbereich die entsprechenden Konstanten m und n aktiviert werden. Im Skript oben ist der Spannungsbereich 0 bis 3V eingeschaltet.
Anmerkung. Natürlich kann man die Kennlinie statt mit dem Skript auch mit CuxD umrechnen.

Erfahrungen mit dieser Lösung.
Sicher kann man diesen Analogeingang nicht mit einem Analogeingang der Wired-Komponenten vergleichen. Die Abtastung erfolgt entsprechend dem ursprünglichen Verwendungszweck nur alle 2 bis 4 Minuten, je nachdem ob sich der Messwert geändert hat und ob eine Aktualisierung notwendig ist. Aber für die Messung langsam veränderlicher Größen wie Temperaturen, Feuchtigkeiten, Wasserstände usw. ist diese Abtastrate kein Problem.
Die Genauigkeit ist sicher nicht allzu hoch, aber für die meisten Anwendungszwecke sicher ausreichend. Wer Lust hat, kann das System sicher noch weiter verbessern, z.B. genauere Kennlinien-Berechnung etc.

Anmerkung zum Thema Genauigkeit: Bei dem unveränderten Temperatursensor wird der interne multipliziernde A/D-Wandler mit der gleichen Spannung (nahezu Batteriespannung) betrieben wie der Spannungsteiler mit dem NTC. Dadurch ist die Temperaturanzeige nahezu unabhängig von der Batteriespannung! Wenn aber wie in diesem Fall beispielsweise die am Analogeingang angebotene Spannung konstant bleibt und die Batteriespannung z.B. sinkt, dann wird eine höhere Eingangsspannung erkannt. Lange Rede kurzer Sinn: Bei höheren Anforderungen an Genauigkeit sollte die Versorgungsspannung für den Funk-Temperatursensor möglichst auf 3V stabilisiert gehalten werden.

Viel Spass bei eigenen Versuchen mit diesem Sensor.
Ich übernehme natürlich keinerlei Haftung ....
Zuletzt geändert von funkleuchtturm am 12.11.2013, 11:22, insgesamt 2-mal geändert.
Viele Gruesse
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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von klassisch » 11.11.2013, 20:27

Vielen Dank, Eugen für Deine schöne Ausarbeitung.
Wie reagiert die übertragene "Temperatur" auf schwankende Batteriespannung?

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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von funkleuchtturm » 11.11.2013, 20:51

Die Batteriespannung müsste einen Einfluss haben, aber hab ich noch nicht gemessen. Aber normalerweise bleibt die Batteriespannung ja relativ konstant.
Viele Gruesse
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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von klassisch » 11.11.2013, 21:14

20% bis 30% werden das schon sein. Wie wäre es mit einer größeren Batterie und dem 3-V/5-V-DC/DC-Wandler SUW3-5, Komplettbausatz. Sowas gibt es auch in billig.

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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von Herbert_Testmann » 11.11.2013, 22:38

Hallo

Vielen Dank für diese schöne Bauanleitung

So etwas könnte ich mir auch in einem Bereich des Wiki vorstellen.
"Modifikationen ( Mod)" "Bauanleitungen" oder so.

Danke nochmal
---
Dieses Schreiben wurde maschinell erstellt und ist ohne Unterschrift gültig

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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von Goglo » 12.11.2013, 01:35

Sowie das aussieht, scheint das ja die Lösung für die Anbindung der kapazitiven Feuchtigkeitssensoren von über Teich her zu sein. Dann kann ja bald bestellt werden.

Vielen Dank dafür.
83 Kanäle in 50 Geräten:
3x HM-LC-Sw1-Pl, 1x HM-WDS10-TH-O, 5x HM-PB-4-WM, 3x HM-PB-2-WM, 3x HM-LC-Dim1T-FM, 2x HM-Sec-SC, 4x HM-Sec-RHS, 5x HM-CC-VD, 4x HM-CC-TC, 5x HM-LC-Sw1-FM, 2x HM-Sec-MDIR, 1x HM-WDS30-T-O, 1x HM-LC-Sw1-Pl-2, 2x HM-PB-2-WM55, 1x HM-LC-Dim1L-CV, 1x HM-CCU-1, 1x HM-PBI-4-FM, 1x HM-LC-Dim1L-Pl-2, 1x HM-LC-Dim1T-CV, 1x HM-LC-Dim1L-Pl, 1x HM-LC-Sw2-FM, 1x HM-LC-Sw1-SM, 1x HM-Sec-WDS

82 Kanäle in 43 Geräten:
1x HM-PB-2-WM, 2x HM-LC-Bl1-FM, 3x HM-LC-Bl1PBU-FM, 3x HM-PB-2-WM55, 2x HM-PB-4-WM, 9x HM-CC-VD, 8x HM-CC-TC, 2x HM-LC-Sw2-FM, 1x HM-WDS10-TH-O, 1x HM-CCU-1, 1x HM-Sen-MDIR-O, 4x HM-LC-Sw1-FM, 2x HM-SwI-3-FM, 1x HM-LC-Sw4-SM, 1x HM-LC-Sw1-Pl-2, 1x HM-PBI-4-FM, 1x HM-WDS30-T-O

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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von klassisch » 12.11.2013, 03:44

Da der Bodenfeuchtigkeitssensor auch mit 3,3V läuft, bietet es sich an, eine zentrale stabilisierte Spannungsversorgung einzurichten. zum Beispiel mit einer großen BatterieZelle und einem aufwärtswandler oder einem Batteriepack und einem Abwärtswandler.

KolkF
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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von KolkF » 12.11.2013, 23:12

Hallo zusammen,

falls die direkte Anbindung eines Sensors wegen einer zu großen Ausgangsimpedanz Probleme macht wäre ein µP OPAMP noch als impedanzkonverter hinzuzufügen z.B. LT1077, dieser benötigt auch nur maximal 60µA sollte somit im Budget noch enthalten sein. Ist bei üblichen Verdächtigen auch erhältlich.

Falls hier bedarf besteht kann das auch nocheinmal detaillierter aufbereitet werden.

Viele Grüße
Felix

onkeltom
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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von onkeltom » 27.11.2013, 16:55

Hallo

klingt sehr interessant Ich brauchte aber einen Eingangsspannungsbereich von 12-15V für die
Überwachung eines Solarakkus wie wären dann die Widerstände

mfg

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Re: Einfache Modifikation Temperatursensor als Analogeingang

Beitrag von funkleuchtturm » 27.11.2013, 20:43

Wenn Du in der beigefügten Excel-Tabelle in der Spalte für den Spannungsbereich 0...+10V den Wert 10V ersetzt durch 20V, dann ergeben sich für den Spannungsbereich 0....+20V folgende Widerstände:
Re = 2,2KOhm
Rv = 17,3KOhm

Im Skript noch diese Zeilen einfügen:

Code: Alles auswählen

!Eingangsspannung 0 bis +20V mit Re =  (1,2+1)kOhm, Rv = (15 +2,2)kOhm
real m = -0.31;
real n = 23.12;
Viele Gruesse
Eugen
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