Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Problemlösungen und Hinweise von allgemeinem Interesse zur Haussteuerung mit HomeMatic

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funkleuchtturm
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Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von funkleuchtturm » 29.12.2016, 19:36

Mehr Infos zu diesem Thema auf meiner Webseite:

Die Messung des Energieverbrauches(kWh) und insbesondere der aktuellen Anschlussleistung(kW) ist für die Hausautomation von großem Vorteil, weil man damit insbesondere aus der Ferne einfach feststellen kann, ob auch alle Verbraucher abgeschaltet sind oder ob ein eingeschaltetes Gerät auch normal funktioniert und die erwartete Leistung verbraucht. Dazu kommt, daß man beispielsweise mit der Homematic in Verbindung mit einem Datenaufzeichnungsprogramm wie dem Historian auch Langzeitaufzeichnungen des Energieverbrauches machen kann, die für eine Optimierung des häuslichen Energieverbrauches sehr hilfreich sind.
stromzaehler.JPG
Messprinzip
Auch für die Homematic gibt es bereits Impulsgeber, die aber nur in Verbindung mit einem speziellen Auswertegerät funktionieren. Hier wurde ein neuer Impulsgeber entwickelt, der eigenständig die rote Markierung auf der sog- Ferraris-Scheibe im Stromzähler erkennt und entsprechende Impulse über eine galvanisch getrennte S0-Schnittstelle ausgibt. Das hat den Vorteil, daß man universell für viele marktgängige Impuls-Auswertegeräte ein standardisiertes Impulssignal hat. So kann man aus dem eigenen konventionellen „alten“ Stromzähler mit Ferraris-Scheibe einen modernen Stromzähler mit S0-Impulsausgang machen.

Das Messprinzip ist einfach: Die rote Markierung auf der Ferraris-Scheibe wird mittels optischem Reflexgeber erkannt und entsprechend ein Impulsausgang ein bzw. ausgeschaltet. Die Weiterverarbeitung und Zählung der Impulse erfolgt mit dem Impulszähler der eigenen Wahl. Ich verwende hierfür den in nächster Zeit verfügbaren WIFFI-logger, der insgesamt 3 Impulszählereingänge hat und so nicht nur den Hausstrom sondern auch Solarstrom und Gasenergie erfassen kann. Darüberhinaus wird aus dem Zeitabstand der Impulse die aktuelle Leistung in Watt errechnet und angezeigt.

Der Impulsgeber
Die Schaltung des Impulsgebers ist auf einer kleinen Platine realisiert, die mit einem hierfür speziell konstruierten Kunststoffgehäuse im 3D-Druck sehr einfach auf der Glasscheibe des Stromzählers positioniert und dort eingestellt werden kann. Mit einem Trimmpoti wird die Helligkeit der verwendeten IR-LED so justiert, daß die Reflexlichtschranke unabhängig vom verwendeten Stromzähler immer im gleichen Helligkeits-Arbeitspunkt arbeitet. Das führt zu guter elektrischer Reproduzierbarkeit. Die Auswertung der Impulse erfolgt mit einem Schmitt-Trigger, so daß die Anfälligkeit für Störimpulse gering ist.

Den Schaltplan mit Stückliste zeigt das folgende Bild. Mit dem linken Operationsverstärker wird der Strom durch die IR-LED (Anschluss A und K) im Reflexsensor mit dem Trimmpoti einstellbar geregelt. So wird die Beleuchtungsstärke an der Ferraris-Scheibe immer auf die gleiche IR-Helligkeit geregelt. Der Phototransistor (Anschluss C und E) misst das reflektierte Licht und mit dem nachfolgendem Operationsverstärker (Schmitt-Trigger) die LED geschaltet. Gleichzeitig schaltet der Optokoppler galvanisch getrennt das S0-Interface.
Folie1.JPG
Realisiert wurde die Schaltung auf einer kleinen Platine, bei der der Reflexgeber auf der Platinenunterseite eingelötet ist:
Folie3.JPG
Damit das Ganze auch an dem Stromzähler richtig und besonders einfach fixiert werden kann, wurde ein kleines Gehäuse für den 3D-Druck konstruiert:
Folie4.JPG
Damit wird die Platine gehalten und mit den dreieckigen Peilmarken kann sehr einfach der Refleximpulsgeber auf die Ferraris-Scheibe ausgerichtet werden. Mit den seitlichen Laschen kann man den Geber mittels Tesaband auf dem Stromzählerglas zugfest fixieren. Der doppelte Haltewinkel oben im Bild ist für die Durchführung und Zugentlastung der Kabel. Diese Zugentlastung ist besonders wichtig, weil relativ zur Gehäusegröße die Anschlusskabel doch recht stark sind und ggf. das Gehäuse dejustieren könnten. Das folgende Bild zeigt die aktuelle Konfiguration mit dem S-Schlag der Kabel für die Zugentlastung:
Folie5.JPG
Je nach Stromzählertyp kann man den Impulsgeber senkrecht oder horizontal auf dem Glas des Stromzählers mit Tesaband aufkleben. Mit Verwendung der Peilnasen reicht normalerweise die Genauigkeit der Justage völlig aus.

Der galvanisch getrennte S0-Ausgang kann direkt an vorhandene S0-Zähler angeschaltet werden. Falls die Auswertung mit einem normalen digitalen Input eines WIFFI-logger, Homeduino, Arduino, WeMos oder einem Rapberry erfolgen soll, ist die Beschaltung entsprechend dem folgenden Schaltschema vorzusehen:
Folie6.JPG
Nachbau
Für den Nachbauer ist ein Komplett-Bausatz inkl. dem 3D-Ausdruck des Gehäuses in meinem Webshop verfügbar. Da nur relativ große Standard-Bauelemente verwendet werden, ist der Nachbau auch vom weniger versierten Elektroniker möglich. Die Bauanleitung gibt hierzu mehr Informationen.

Inbetriebnahme
Für die Inbetriebnahme ist der Impulsgeber auf die Glasscheibe des Stromzählers so anzubringen, daß die Reflexlichtschranke auf der Platinenunterseite die Ferraris-Scheibe genau „sieht“. Dazu sind Peilmarken am Gehäuse angebracht, mit denen eine Justage einfach möglich ist. Wenn die richtige Postion erreicht ist, dann klebt man einfach mit Tesa-Band an den seitlichen Laschen den Impulsgeber auf die Scheibe. Dieses Verfahren ist besser als eine Befestigung mit Klebepads, weil man erst in aller Ruhe justieren, den Sensor in der optimalen Postion halten kann und mit der anderen Hand das Klebeband befestigen kann. Zusätzlich kann man mit den Peilmarken am Gehäuse jederzeit überprüfen , ob die Justage noch in Ordnung ist.

Die Empfindlichkeit der Anzeige stellt man mit dem Trimmpoti so ein, daß beim Durchgang der roten Markierung geschaltet wird. Achtung! Manchmal sind die Ferraris-Scheiben „vermackt“, so daß durch optische Reflexionen an diesen „Macken“ noch zusätzlich ungewollt geschaltet wird. In diesem Fall die Empfindlichkeit runterdrehen und ggf. noch eine Feinjustage vornehmen.

Die Anschlussleitungen des Impulsgeber sollten möglichst weiche Stromlitzen sein, damit die Kräfte von den Kabeln auf den Impulsgeber möglichst gering sind und keine Dejustierung erfolgt. Zur Zugentlastung sind die Drähte wie im Bild durch die offenen Löcher zu führen.

Haftungs- und Sicherheitshinweise
Beim Nachbau müssen natürlich alle wichtigen einschlägigen Sicherheitsvorschriften für den Umgang mit gefährlichen Spannungen eingehalten werden. Fundierte theoretische und praktische Fachkenntnisse der Elektrotechnik und für den Umgang mit gefährlichen Spannungen sind unverzichtbar!!

Durch eine unsachgemäße Installation gefährden Sie ihr Leben und das Leben ihrer Mitmenschen! Darüberhinaus riskieren Sie erhebliche Sachschäden , welche durch Brand etc. hervorgerufen werden können ! Für alle Personen- und Sachschäden durch falsche Installation etc. ist nicht der Hersteller sondern nur der Betreiber verantwortlich.

Ich verweise hier unbedingt auf die Sicherheitshinweise und Haftungsausschlussauf meiner Webseite.
Viele Gruesse
Eugen
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Samson71
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von Samson71 » 29.12.2016, 21:20

Klasse Sache. Habe bisher Aufwand/Kosten für andere Lösungen gescheut, weil nicht zwingend notwendig. Wann wird der auf der Homepage angekündigte WIFFI-Logger verfügbar sein? Die Kombi macht (für mich) Sinn. Habe 2 Stromzähler nebeneinander die ich dann überwachen möchte. Ist das dann mit einem Logger-Modul machbar?
Gruß, Markus

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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von dondaik » 29.12.2016, 22:14

na dann lese den text noch mal :-) ... da steht das "wann" und die "anzahl" im text.
-------
!!! der download der handbüchern auf den seiten von eq3 und das lesen der tips und tricks kann das hm-leben sehr erleichtern - das nutzen der suche nach schlagworten ebenso :mrgreen: !!!
wer schreibfehler findet darf sie behalten.

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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von funkleuchtturm » 29.12.2016, 22:15

Der WIFFI-logger ist eigentlich schon fertig, ich muß nur noch die Dokumentation machen. ... das ist die unangenehme Sache :mrgreen:
Hier die vorläufigen technischen Daten:

4 universelle analoge Ports mit 16 bit Auflösung (!) und programmierbarem Vorverstärker, jeder Port einzeln einstell- und nutzbar als ...

- analoger Port für hochwertige Thermosensoren Pt100 oder Pt1000
- analoger Port mit einstellbarem Spannungsbereich von
- analoger Port für digitale Eingänge mit 3,3V Logik

3 universelle digitale Ports, jeder einzeln einstell- und nutzbar als ...

- digitaler Eingang für 3,3V Logik
- Eingang für 1Wire-Temperatursensoren DS19B20
- Eingang für Impulszähler, S0-Geber etc. für Gas-, Wasser-, Strom- und Solar-Zählerfunktionen
- Messung von Verbräuchen und Leistungen: >>bei Wasser in m3 und l/hmin, >>bei Gas in m3 oder KWh und W, >>bei Strom in KWh und W

und noch weitere Features wie...

- schmales 2TE-Hutschienengehäuse für den Einbau in Verteilerkästen
- optionales lichtstarkes OLED-Display für den Einbau in das Hutschienengehäuse
- WLAN-Einbindung >>kein LAN-Kabel notwendig
- Einfaches Update "over the air" mit dem Browser ohne Öffnen des Moduls
- JSON-Telegramm der Messwerte abrufbar
- automatische Messwertübertragung an Homematic-Systemvariable
- Komplettbausatz mit allen Teilen, der auch für den weniger geübten Elektroniker geeignet ist
...

Also bis zu 3 Stromzähler sind möglich, aber die 3 Zählereingänge sind auch gemischt für Gas- und Wasserzähler verwendbar.
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von leo013 » 29.01.2017, 09:09

Hallo Eugen,
ab wann kann der Datenlogger erworben werden?

Gruß
Wolfgang
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von funkleuchtturm » 29.01.2017, 12:57

... hoffe noch im Februar :D
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von leo013 » 03.04.2017, 18:13

oder doch eher Mai ;-)
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von funkleuchtturm » 03.04.2017, 20:01

leo013 hat geschrieben:oder doch eher Mai ;-)
Der WIFFI-logger ist fertig, aber er wird nur 4 hochauflösende(16bit) analoge Eingänge und weitere 3 digitale Eingänge haben. Die 3-kanalige Impulsmessung entfällt, leider :cry:
Bei der Impulsmessung haben sich insofern bisher unlösbare Probleme ergeben, weil insbesondere bei hohen Impulsfrequenzen ( wie das auch bei modernen Stromzählern möglich ist) einige Impulse "verschluckt" werden. Der Grund ist ein bisher undokumentiertes Verhalten des ESP8266-Mikrocontrollers, wobei während der, zugegeben, kurzen WLAN-Aktivitäten des Moduls leider alle Interrupt-gesteuerten Zähleingänge "tot" sind. Das führt dazu, daß bis zu 1 bis 2 % der Impulse nicht erfasst werden. Das ist so für mich als Zählfunktion nicht akzeptabel. Deshalb wird der WIFFI-logger jetzt nur als mehrkanaliges Messmodul für bis zu 7 verschiedenen Temperatursensoren wie Pt100, Pt1000, NTC und 1Wire konzipiert.

Das Thema ist ärgerlich, weil eigentlich das Gerät wunderbar gelungen ist und schön die Impulse von Strom- Gas und Wasserzähler misst.
... aber eben Mist misst :mrgreen:

Trotzdem wird der Wiffi-logger für die Überwachung komplexer Heizungsfunktionen mit vielen Temperatursensoren für einige Homematiker sicher sehr hilfreich sein.

Eine Lösung für eine "genaue" Impulsmessung ist im Aufbau mit dem neuen Homeduino. Demnächst mehr...
Viele Gruesse
Eugen
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von leo013 » 03.04.2017, 20:12

Hallo Eugen,
das ist schade :(

Wäre es nicht möglich die Funktion in den bestehenden Homeduino zu implementieren?
Davon hätte ich 2 im Einsatz :lol:
Und die verrichten Ihre Aufgaben wirklich zuverlässig!

Gruß

Wolfgang
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Re: Impulsgeber mit S0-Schnittstelle für konv. Stromzähler

Beitrag von funkleuchtturm » 03.04.2017, 20:23

ja, das ist geplant. Ich arbeite an der nächsten Homeduino-Software. Die neue Hardware dazu ist fertig: MEGA-IO-Shield
Zusätzlich wird dieser Homeduino alternativ ein LAN und WLAN-Shield bekommen.

Natürlich wird die neue Homeduino-Software auch mit den "alten" Shields IO-Shield20 und IO-Shield-Plus funktionieren.

... geht halt alles nur Schritt für Schritt, da 1-Mann-Show :mrgreen:
Viele Gruesse
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