PowerGuard-Platine und Software zur Sicherheitsüberwachung einer Heizstabsteuerung
zugehörige Repositories
- PowerGuard (dieses Repository)
- Heizstabsteuerung (Steuerungsplatine Link )
- Heizstab_ioBroker (Ansteuerungs-Blockly - ein MQTT-Broker wird benötigt - Link)
Funktion:
Der ESP32 steuert 2 Temperatursensoren (DS18B20) an und liest diese aus. Die beiden Sensoren sollen am höchsten Punkt des Pufferspeichers der Heizung angebracht werden, in dem auch der elektrische Heizstab eingeschraubt ist.
Die beiden Werte werden einerseits verglichen und andererseits benutzt, um die Pufferspeichertemperatur zu überwachen. Liegt die Temperatur zu hoch, dann ist zu viel Energie im Pufferspeicher und vermutlich ist der Heizstab dafür ursächlich -> der Heizstabsteuerung wird der Strom abgeschalten. Dies stellt eine unabhängige Sicherungsfunktion dar, das jedweder Fehler im Heizstabsystem behandelt und die Anlage in den sicheren Zustand überführt (d.h. aus).
Der PowerGuard hat 2 Möglichkeiten dies zu tun:
(1) die 5V Versorgung des ESP32 der Heizstabsteuerung abzuschalten -> die Relais werden nicht mehr angesteuert - unabhängig vom Fehlerbild.
(2) die 12V Versorgungsspannung der Lastschaltrelais (SSR siehe Heizstabsteuerung) wird abgeschaltet -> die Heizstabsteuerung bleibt aktiv, kann aber nichts mehr schalten.
Die Kommunikation mit dem ESP32 wird über WiFi abgewickelt und über das Protokoll MQTT umgesetzt. Es stehen mehrere Befehle zur Verfügung, die ebenfalls via MQTT an den ESP gesendet werden kann. Neben "restart" (führt zu einem Neutstart des ESP32) kann die ganze Konfiguration un der debug-Level angepasst werden. Alle Anpassungen sind nach einem Neustart verlohren, da diese nicht permanet gespeichter werden (aber neue Parameter flashen geht ja fix). Befehle werden unter der MQTT-Hierarchie in folgendem Ort empfangen: "SmartHome/Keller/Heizung/ESP32_PowerGuard2/command" (MQTT_SERIAL_RECEIVER_COMMAND)
Entwicklungsumgebungen:
Die Software für den ESP32 habe ich in der Arduino-IDE geschrieben. Hier wird der ESP als Board ausgewählt (ggf. muss das Board noch nachinstalliert werden). Compile und flash sind hier per Knopfdruck möglich. Die Installation ist sehr einfach und manigfaltig im Netz dokumentiert.
Die Platine (PCB) habe ich in Eagle von AutoCAD modelliert. Für Maker gibt es eine kostenfreie Version. Die CAM-Daten (PCB-Produktionsdaten), sowie die BOM (Stückliste) sind ebenfalls aus Eagle ausgegeben.
Eine Übersichtsversion der Platine ist mit Fritzing umgesetzt und enthält auch einige Notizen zur Pinbelegung.
benötigte Umgebung:
- ioBroker zur Ansteuerung (geht natürlich auch mit anderen SmartHome-Systemen, solange diese MQTT sprechen können)
- ioBroker MGTT-Adapter
- MQTT-Broker: z.B. mosquitto unter Linux/Debian/Raspian...
- 230V Stromversorgung oder alternativ eine 5V Versorgung über z.B. ein USB-Ladegerät (muss 2 ESP32 sicher versorgen können -> 2A reicht völlig aus) oder über die Schraubklemmen anderweitig versorgt.
OneWire.h:_____________OneWire by Jim Studt, Tom Pollard, Robin James... v2.3.8 (über Arduino IDE)
DallasTemperature.h:___DallasTemperature by Miles Burton v4.0.3 (über Arduino IDE)
WiFi.h:________________Arduino IDE
WiFiClient.h:__________Arduino IDE
PubSubClient.h:________PubSubClient by Nick O'Leary v2.8 (über Arduino IDE) [also tested with PubSubClient3 V3.2.1]
Wire.h:________________by Jim Studt, Tom Pollard, Robiun James... v2.3.8 (über Arduino IDE)
esp_task_wdt.h:________Espressif IDE
esp32 by Espressif Systems v1.0.6 (über Arduino IDE)
Getestet habe ich auch v2.0.5
aktuelle Versionen:
- ESP-Software V2.x
- PCB (Eagle) V2.0
- CAM V1.0
- BOM V1.0
- Fritzing V1.1
Fokus der PCB V2.0 ist die Platine mit über einen PCB-Hersteller umzusetzen. Die CAM-Datei ist passend für https://jlcpcb.com. Stand 03.11.2023 ist die Platine für 2$ (5 St.) bestellbar. In der BOM findet sich die Stückliste für die Bestückung wieder.
Zugehöriges Projekt: https://github.com/users/DieWaldfee/projects/1
Installation:
- Hostname, WLAN-SSID + WLAN-Passwort setzen in /ESP32DevKitV4/PowerGuard.ino
- MQTT-Brokereinstellungen setzen in /ESP32DevKitV4/PowerGuard.ino
- MQTT-Pfade setzen in /ESP32DevKitV4/PowerGuard.ino
- bei Fehlern kann in Zeile 13 der Debug-Level für die Ausgaben auf den serial Monitor eingestellt werden: 0 = BootUp only; 1 = Basic; 2 = Advanced; 3 = Absolut
- ESP-Software wird über die Arduino-IDE aus das "ESP32 Dev Kit V4" compiliert und übertragen.
- Platine entweder via Eagle an PCB-Hersteller übermitteln, oder das fertige CAM-File über die Anbieter-Webseite senden. (z.B. an https://jlcpcb.com)
- Platine bestücken + ESP und Level-Shifter (3.3V <-> 5V) aufsetzen.
- Relais anschließen.
- 12V Versorgung der Heizstabsteuerung wird über LED-Treiber realisiert.
Bezugsquellen:
- Platinennetzteil AC-05-3 AZ-Delivery
- Levelshifter (3.3V <-> 5V) Amazon
- Relais Amazon oder AZ Delivery
- 12V LED-Treiber als Schaltspannung der SSR-Relais Amazon
- JST-Buchse Amazon
- Klemmbuchse Amazon
- Widerstände 4,7kOhm, 220 Ohm, 330 Ohm, Led grün, gelb und rot Amazon / eBay / Conrad...
- Temperatursensoren DS18B20 AZ Delivery
fertige Platine:
(oberes Relais steuert +5V -> Heizstabsteuerung; unteres Relais steuert die 12V für die SSR-40-DA Lastschaltrelais)
Haftungsausschluss
Deutsch: Dieses Projekt arbeitet mit Netzspannung (220 V) und darf ausschließlich von qualifiziertem Fachpersonal aufgebaut, installiert und betrieben werden. Durch die anliegende Spannung besteht Lebensgefahr! Fehler in Schaltung oder Software können zu Sachschäden (z. B. an Gebäude oder Heizung) oder zu gefährlichen Situationen für Leib und Leben führen. Nutzung auf eigene Gefahr – jegliche Haftung wird ausgeschlossen.
English: This project operates with mains voltage (220 V) and must only be assembled, installed, and operated by qualified professionals. The present voltage poses a risk of fatal electric shock! Errors in circuitry or software may cause property damage (e.g., to buildings or heating systems) or create life-threatening situations. Use at your own risk – any liability is disclaimed.