Konventionellen Wasserzähler mit S0-Schnittstelle nachrüsten

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funkleuchtturm
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Konventionellen Wasserzähler mit S0-Schnittstelle nachrüsten

Beitrag von funkleuchtturm » 04.03.2019, 17:29

Mehr und aktuelle Informationen zu diesem Thema gibt's auf meiner Webseite

Smarthome und die Wasserwerker
Eigentlich wollte ich diesen Impulsgeber gar nicht entwickeln, weil es ja Wasserzähler mit integriertem Reedkontakt für nur wenige Euro Aufpreis zuhauf im Markt gibt. Da in diesem Jahr sowieso mein Wasserzähler turnusmäßig (alle 6 Jahre) getauscht wird, habe ich das Wasserwerk kontaktiert, um bei der anstehenden Tauschaktion gleich einen Wasserzähler mit Reedkontakt zu bekommen, ich würde auch gerne den Mehrpreis bezahlen. „Ja so einfach geht das nicht“ war die lapidare Antwort, weil meine heimischen Wasserwerker für Privatverbraucher eben keinen Zähler mit Reedkontakt vorgesehen haben. Und Ausnahmen gibt’s nicht, was ich nach Telefonaten mit verschiedenen „Entscheidungsträgern“ leidvoll zur Kenntnis nehmen mußte. Auch selbst einen baugleichen Zähler mit Reedkontakt auf eigene Kosten zur Verfügung zu stellen ist eben nicht erlaubt. Auch der Hinweis auf die vielen Vorteile eines modernen Zählers im Hinblick auf Wasserbrucherkennung, Leckageüberwachung usw. haben eigentlich nichts gebracht: >> Frust pur!

Meinen bereits vor Jahren entwickelten Impulsgeber wollte ich nicht weiter verwenden, weil die Justage nach jedem Ablesen des Zählerstandes sehr langwierig ist. Also mußte eine neue und deutlich bessere Lösung her! Versuche mit sog. Lichttastern auf Basis von Lasern ähnlich Laserpointer waren funktionsmäßig zwar sehr erfolgreich, aber die Lebensdauer der verwendeten roten Laserpointer umso weniger. Zudem ist das Handling dieser Teile für Laien nicht ungefährlich, weshalb dieser Lösungsweg schließlich verworfen wurde.

wasseruhr_7.JPG

Messprinzip
Mit den sehr guten Erfahrungen mit meinem intelligenten Impulsgeber 2.0 für die Ferrarischeibe von Stromzählern wurde dieser neue IMPULSGEBER-W für die Anwendung bei Wasserzählern angepasst. Er funktioniert ähnlich wie die sog. Laser-Lichttaster, aber anstelle des roten Lasers wird hier eine normale grüne LED mit optischer Fokussierung (Linse) eingesetzt. Das Streulicht vom roten Zeiger der Wasseruhr wird von einer Fotodiode erfasst und mit einem kleinen Microcontroller (Attiny85) zu einer Impulsfolge ausgewertet. Die grüne Farbe der LED deshalb, weil die Zeiger der Wasserzähler meistens rot sind und rot die Komplementärfarbe zu grün ist. Der rote Zeiger mit grünem LED-Licht beleuchtet wirkt schwarz bzw. verschluckt das grüne Licht. Somit schwankt die Helligkeit des reflektierten Lichtes (Streulicht) sehr stark, abhängig davon, ob der rote Zeiger im Fokus ist oder nicht. Das funktioniert hervorragend, wenn die optische Einstellung/Fokussierung des LED-Lichtes ausreichend genau erfolgt. Dies ist aber ein Frage des mechanischen Versuchsaufbaues, der bei den beengten Verhältnissen an einem Wasserzähler nicht einfach zu gestalten war.

Mit den Möglichkeiten von 3D-Druckern konnte ein funktionales 3D-Gebergehäuse entwickelt werden, mit dem das LED-Licht positioniert und mit einer eingebauten Linse fokussiert wird. Die Positionierung ist viel einfacher als bei der für Reflexgeber häufig verwendeten Infrarotbeleuchtung, weil man den Lichtstrahl ja sehen kann. Das Streulicht wird mit einer tageslichtempfindlichen Fotodiode erkannt, die schräg auf den Lichtpunkt ausgerichtet ist. Das folgende Bild zeigt im Versuchsaufbau die verwendete Konstruktion ohne Gehäusedeckel auf der Wasseruhr und rechts daneben die Auswerte-Elektronik im Platinenhalter.:

wasseruhr_20.JPG

Die grüne LED als Lichtquelle ist in einem 3D-Druckgehäuse „verpackt und erzeugt über eine integrierte Linse einen etwa 3mm großen Lichtpunkt auf der Skalenscheibe der Wasseruhr. Dieser Lichtpunkt beleuchtet den schnellstdrehenden roten Zeiger der Wasseruhr. Bei mir ist es der Zeiger mit der Kennzeichnung „x 0.0001“. Eine Umdrehung entspricht somit 1 Liter Wasserdurchfluss. Auf diesen Zeiger wird nun der Lichtpunkt ausgerichtet Dabei ist zu beachten, dass nicht viel „normales“ Tageslicht auf das Zifferblatt fällt, weil dann der Impulsgeber ungewollt einschaltet; er arbeitet ja nicht mit Infrarotlicht sondern mit sichtbarem grünen Licht.

Folie4.JPG

So funktioniert der Impulsgeber
Das Messprinzip ist einfach: Die Umdrehungen des roten Zeigers der Wasseruhr wird mit dem,optischen Reflexgeber erkannt und entsprechend der Impulsausgang der zugehörigen Elektronik ein bzw. ausgeschaltet. Die Weiterverarbeitung und Zählung der Impulse erfolgt mit dem Impulszähler der eigenen Wahl. Ich verwende hierfür den in meinem Webshop verfügbaren PULSECOUNTER, der insgesamt 4 Impulszählereingänge hat und so nicht nur den Hausstrom sondern auch Solarstrom, Gasenergie und Wasserverbrauch erfassen kann. Darüberhinaus wird aus dem Zeitabstand der Impulse die aktuelle Leistung in Watt bzw. bei Wasserzählern der aktuelle Verbrauch in l/min errechnet und angezeigt.

Die Schaltung des Impulsgebers ist auf einer kleinen Platine realisiert, die mit einem hierfür speziell konstruierten Kunststoffgehäuse im 3D-Druck in ein verfügbares Kleinverteilergehäus o.ä. eingebaut werden kann. Bei dem IMPULSGEBER-W 2.0 erfolgt die Belichtungseinstellung nicht wie üblicherweise manuell mit einem Trimmpoti sondern ein kleiner Mikrocontroller (Attiny85) steuert die Belichtung bzw. die Intensität der grünen LED (siehe Schaltplan im nachfolgenden Bild) auf vorgegebene optimale Werte. Eine Fotodiode erkennt das von dem roten Zeiger reflektierte Signal und der Mikrocontroiller wertet das Signal aus. Damit optische Unregelmäßigkeiten des Waseruhr-Zifferblattes nicht zu Fehlimpulsen führen, ist in die Impulsauswertung eine wirkungsvolle Schalthysterese integriert. Und als Info für die Experten: Darüberhinaus erfolgt auch noch eine zeitliche Entprellung des Impulssignals, die sogar auf spezielle Problemfälle anpassbar ist. Die Standardeinstellung ist 100ms; mit anderer Dimensionierung des Widerstandes R2 lassen sich auch andere Werte einstellen. Der Wert in kOhm entspricht der 10fachen Entprellzeit in ms. Der in der Standardversion verwendete 10kOhm-Widerstand für R2 führt zu einer Standard-Entprellzeit von 100ms.

Das Ausgangssignal wird über einen Optokoppler galvanisch getrennt am S0-Interface ausgegeben. Mit einem Taster können noch spezielle Kalibrierfunktionen abgerufen werden, die auch bei schwierigen Einsatzbedingungen eine evtl. notwendige Feineinstellung erleichtern.

Folie1.JPG

Anwendung
Der Impulsgeber mit seinem über Optokoppler galvanisch getrennten S0-Ausgang kann direkt an vorhandene S0-Zähler angeschaltet werden. Falls die Auswertung mit einem digitalen Input des PULSECOUNTER, Homeduino, Arduino, WeMos oder einem Rapberry erfolgen soll, ist die Beschaltung entsprechend dem folgenden Schaltschema vorzusehen:

Folie2.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 umfangreiche Bauanleitung gibt hierzu mehr Informationen.

wasseruhr_8.JPG
Viele Gruesse
Eugen
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... und für Feinschmecker gibt´s den WIFFI, den WEATHERMAN, den RAINYMAN und den PULSECOUNTER
mit vielen Kochrezepten für den ambitionierten Homematiker

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