Universalsensor

Universalsensor im Innengehäuse

Universalsensor im Außengehäuse

Übersicht

Die Universalsensor-Platine ist eine Hardwareplattform, um verschiedene Sensorwerte auch über unterschiedliche Übertragungsverfahren z.B. für die eigene Homeautomatisierung verfügbar zu machen.

Hier werden die unterschiedliche Platinenlayouts, welche z.B. für einen Innensensor und einen Außensensor verwendet werden können, vorgestellt.

Als Übertragungsmedien sind ein Funkmodul (CC1101) oder ein RS485 Transceiver (LT1785 oder kompatibel) vorgesehen.

Mit dem Funkmodul ist eine Anbindung an Funksysteme im 868 MHz oder auch 433 MHz-Band möglich. Hiermit kann der Sensor z.B. in ein HomeMatic Funksystem integriert werden, aber auch andere Funksysteme sind über eine entsprechende Firmware realisierbar. Mit dem RS485 Transceiver ist z.B. auch eine Integration in das HomeMatic-Wired System möglich.

Das Platinenlayout der Sensoren enthält zwei Pinleisten, welche Arduino-Kompatibel sind. Als Mikrocontroller ist ein Atmega 328p bestückt. Über diese Erweiterungsports können zusätzlich eigene Sensoren oder auch Aktoren angeschlossen werden, diese müssen dann aber über eine Erweiterung der bestehenden Firmware oder mit einer eigenen Firmware angesprochen werden.

Die Spannungsversorgung erfolgt über zwei AA bzw. AAA Batterien. Damit eine möglichst gute Ausnutzung der Batteriekapazität erzielt wird und auch Sensoren mit 3,3 V Spannungsversorgung benutzt werden können, kann ein MAX1724 Step-Up-Converter bestückt werden. Dieser stellt eine stabile Spannungsversorgung von 3,3 V zur Verfügung. Als Mindest-Eingangsspannung sind hier dann lediglich 1,2 V notwendig. Somit ist eine Versorgung auch aus nur einer Batteriezelle denkbar.

Alternativ kann eine Spannungsversorgung über einen Schaltregler erfolgen. Diese Versorgung kommt bei der Bestückungsversion mit RS485-Transceiver zum Einsatz, aber auch bei Benutzung mit dem Funkmodul kann diese Spannungsversorgung eingesetzt werden.

Der Schaltregler erlaubt einen recht breiten Eingangsspannungsbreich von 7 V bis 24 V. Außerdem steht damit intern zusätzlich zu den 3,3 V eine Spannung von 5 V zur Verfügung.

Innensensor

Universalsensor-Platine für das Innengehäuse. Hier noch ohne Bestückungsoption für RS485 und ohne bestückten SHT10 (Temperatur / Luftfeuchte)

Das Layout des Innensensors unterstützt standardmäßig folgende Sensorbestückung:

• Temperatur / Feuchte (SHT10)
• Temperatur / Luftdruck (BMP180)
• Helligkeit (TSL2561)

Zusätzlich können über die zwei Pinleisten eigene Sensoren z.B. über eine Erweiterungsplatine angeschlossen werden. Als Beispiel ist hier eine Firmwareversion genannt, bei der mehrere 1-Wire Sensoren an den Sensor angeschlossen und abgefragt werden können. Zusätzlich zu den unterschiedlichen bestückbaren Sensoren kann der Innensensor alternativ zum Funkmodul mit einem RS485 Transceiver bestückt werden. Als Spannungsversorgung steht eine Batterieversorgung (1,2-3 V) oder eine Spannungsversorgung über einen Schaltregler (7-24 V) zur Verfügung.

Außensensor

Universalsensor-Platine für das Außengehäuse mit Beschreibung der I2C-Anschlussbelegung.

Die Platine des Außensensors ist deutlich kompakter als die des Innensensors, daher ist in dieser Version derzeit nur das Funkmodul bestückbar. Andere Übertragungsverfahren wie z.B. RS485 müssten hier extern realisiert werden. Das Layout des Außensensors unterstützt standardmäßig folgende Sensorbestückung:

• Temperatur / Luftdruck (BMP180)
• Helligkeit (TSL2561)

Weitere Sensoren, z.B. ein SHT10 für Temperatur/Luftfeuchte, können über den nach außen geführten I2C-Bus angeschlossen werden. Natürlich existiert auch beim Außensensor die Möglichkeit, weitere Sensoren oder auch Aktoren über die beiden Pinleisten anzuschließen.

Dieser Forenbeitrag beschreibt, wie der SHT10 auch innerhalb eines Gehäuses benutzt werden kann.

Um die Platine im Gehäuse zu fixieren, wird auf einer Seite des Batteriehalters ein kleiner Schaumstoffblock aufgeklebt (siehe nebenstehendes Foto)

Helligkeitssensor

SHT10 Breakout-Board für den Außensensor.

Das Außengehäuse mit Filterfolie.

Bohrvorlage für den Acrylstab im Innengehäuse.

Der Helligkeitssensor braucht zum sinnvollen Einsatz natürlich die Möglichkeit, vom Umgebungslicht beleuchtet zu werden. Da der Sensor im Innengehäuse in der Nähe der Lüftungsschlitze sitzt, wird er dadurch bereits beleuchtet, allerdings fällt hier nur wenig Licht auf den Sensor. Daher ist bei dieser Messmethode die erreichbare Auflösung sehr gering.

Die bessere Lösung ist es, in die Abdeckung des Sensorgehäuses ein 5 mm großes Loch zu bohren. In das Loch wird ein kurzer Stift aus Acrylglas eingesetzt (siehe Bild mit der Bohrvorlage). Achtung, das Loch ist in horizontaler Ausrichtung nicht genau mittig. Der Acrylstab hat nicht genau 5 mm Durchmesser. Es sind 5,2 mm. Man kann dennoch ein 5 mm Loch bohren. Das Einschieben des Stabes in das Loch geht dann allerdings ziemlich schwer. Vor dem Einschieben kann man den Acrylstab an der Innenseite noch leicht anfasen. Dann lässt er sich leichter in das Loch schieben. Die Länge des Acrylstabes Beträgt 17 mm.

Im Außensensor ist die ausreichende Beleuchtung bereits durch die transparente Gehäuseoberseite gewährleistet. Allerdings wird der Sensor in direkter Sonneneinstrahlung übersteuern. Daher kann hier zwischen Sensor und Deckel eine Filterfolie eingelegt werden. Die getestete Filterfolie lässt dann nur noch etwa 25% des Lichtes durch. Dadurch ist eine Lage ausreichend, damit der Sensor auch im Sommer bei voller Sonneneinstrahlung nicht mehr übersteuert. Durch den bekannten Filterwert der Folie lässt sich so auch gut ein Umrechnungsfaktor für die Heligkeitsmessung in Lux z.B. in FHEM hinterlegen.

Eine Testreihe mit der Folie im Vergleich mit einem kommerziellen Luxmeter hat den Faktor 0,265 ergeben. Mit Folie bekommt man mit einer Division durch 0,265 auf den aktuellen Lux-Wert:

$lux = $lum/0.265

Um den Wert mit Folie unterhalb des Devices angezeigt zu bekommen, muss man hierfür ein userreading erstellen. Die erfolgt mit folgendem Befehl:

attr Outdoor.Helligkeit userReadings luminosity2 { ReadingsVal("Outdoor.Helligkeit","luminosity",0)/0.265;; }

Der Devicename (hier im Beispiel Outdoor.Helligkeit) muss gegen den eigenen Devicenamen ausgetauscht werden.

Werden zwei Folien benutzt muss der Wert von 0.265 angepasst werden.

Nun ist es möglich, den richtigen Wert unter dem Reading luminosity2 abzufragen.

Firmware

Firmwareupdate mit dem Raspberry Pi.

Aktuell existieren für den Sensor drei verschiedene Firmwareversionen:

• HB-UW-Sen-THPL HB-UW-Sen-THPL-I, HB-UW-Sen-THPL-O (Version 0.15)

HomeMatic-kompatibler Temperatur / Feuchte / Luftdruck / Helligkeitssensor für das Innengehäuse oder Außengehäuse

• HB-UNI-Sensor1

Neuauflage des Universalsensors in 2018 für Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte, Helligkeit mit neuer AskSinPP Bibliothek

• HWB-ONEWIRE (Experimentel)

HomeMatic-Wired Kompatibles 1-Wire-Temperatursensor-interface

HB-UW-Sen-THPL-I und HB-UW-Sen-THPL-O unterscheiden sich nur durch die Geräte-ID (F101 für HB-UW-Sen-THPL-I, F102 für HB-UW-Sen-THPL-O). Dadurch ist es möglich, dass die Sensoren z.B. in der CCU über ein eigenes Icon verfügen.

Configtaster

Drückt man den Configtaster auf der Platine im Betrieb 1x, so startet man das Pairing. Die LED fängt langsam an zu blinken. Drückt man den Taster nun nochmal, aber deutlich länger, blinkt die LED sehr schnell (jetzt loslassen). Jetzt kann der Sensor resettet werden. Dazu drückt man den Taster erneut, bis die LED ausgeht. Der Sensor hat sich nun zurückgesetzt.

Firmwarekonfiguration

Auf einige Einstellungen des Sensors lässt sich über die Kommandozeile Einfluss nehmen. Dazu

set <sensorname> regSet <register> <wert>

eingeben. Die folgenden Register stehen dabei zur Verfügung:

altitude

Die Höhe des Sensors über NN in Metern. Ist ein Luftdrucksensor vorhanden, dann wird der ermittelte Druck automatisch in Druck auf NN umgerechnet.

burstRx (noch experimentell)

Hierbei bleibt der Sensor dauerhaft empfangsbereit (bei höherem Batterieverbrauch). Damit soll es möglich sein, die Sensorwerte on demand vom Sensor anzufordern.

ledMode

on die LED leuchtet, wenn der Sensor Daten überträgt, off die LED leuchtet beim Übertragen der Daten nicht

lowBatLimitTHPL

Batteriespannung, ab der die Warnung für den Batteriewechsel ausgegeben wird.

pairCentral

???

transmDevTryMax

Anzahl der Wiederholungssendungen, sofern kein ACK empfangen wurde.

Universalsensor-RS485-Version. Hier mit angeschlossenen 1-Wire Temperatursensoren

Universalsensor-RS485-Version. Hier mit optional bestückten SHT10 (Temperatur / Luftfeuchte), BMP180 (Luftdruck), TSL2561 (Helligkeit)

OTA (OverTheAir) Firmwareupdate

Die Firmware des Sensor lässt sich, sofern er den so genannten OTAU-Bootloader besitzt, einfach per Funk updaten (OTA-Update = Over The Air, also Update per Funk).

Das Firmwareupdate funktioniert aktuell nur mit CUL/COC oder HM-CFG-USB unter Linux (Update mit CUL oder HM-CFG-USB unter Linux), mit dem "HomeMatic Firmware Update Tool" unter Windows (Update mit HM-CFG-USB unter Windows) oder mit einer CCU2. Ein set sensorname fwUpdate dateiname in der Kommandozeile von FHEM funktioniert derzeit noch nicht.

Für das Update mit flash-ota ist folgendes zu machen:

1. flash-ota herunterladen und installieren.
2. Firmware aus dem ZIP rausholen: https://github.com/kc-GitHub/Wettersensor/archive/v0.14_beta.zip
3. flash-ota starten. Z.B. so: sudo ./flash-ota -c /dev/ttyACM0 -f <firmware-file.eq3> -s <seriennummer>
4. eine Batterie aus dem Sensor heraus nehmen, Configtaste drücken und gedrückt halten, Batterie wieder einlegen während die Configtaste weiter gedrückt bleibt.
5. Jetzt sollte der Updateprozess starten.
6. Sensor mit FHEM neu pairen. Dann erscheint auch die neue Firmwareversion in FHEM.

Weitere Firmwareupdate-Möglichkeiten

Alternativ kann der Atmega328p auf der Platine mit einem Arduino-kompatiblen Bootloader ausgerüstet werden. Damit lässt sich dann das Firmwareupdate per USB-UART-Adapter oder auch über den UART-Anschluss von einem Raspberry Pi einspielen.

RS485-Version mit 1-Wire Temperatursensoren

Hier ist eine experimentelle Firmware, mit der man derzeit die RS485-Version des Sensors in ein 1-Wire - HomeMatic-Wired Interface "verwandeln" kann. Weiteres ist unter HWB-1WIRE-TMP10 nachzulesen.

Inbetriebnahme

1. Das FHEM-Modul für den Sensor muss installiert werden. Dazu folgenden Befehl in das FHEM-Befehlsfeld eingeben:
   update HMConfig_SenTHPL.pm https://raw.githubusercontent.com/kc-GitHub/Wettersensor/master/Contrib/control-fhem.txt
   
2. Anschließend muss FHEM neu gestartet werden: shutdown restart
3. Batterien in den Sensor einlegen
4. CUL in den Pairingmodus schalten
5. Configtaster auf dem Universalsensor drücken

Zurücksetzen auf Werkseinstellungen

1. Configtaster drücken -> LED blinkt
2. Configtaster lange drücken (ca. 5-10 sek.) -> LED blinkt schnell
3. Configtaster noch mal lange drücken (ca. 5-10 sek.) -> LED blinkt kurz und hört dann auf

Links

• Firmware der CC1101 (Funk) Version
• Firmware der RS485 (Wired) Version
• Schaltplan und Platinenlayout der CC1101 (Funk) Version
• Schaltplan und Platinenlayout der RS485 (Wired) Version
• Firmware der 2018 Version
• Schaltplan und Platinenlayout der 2018 Version
• Thread im FHEM-Forum
• Thread im FHEM-Forum zur Entwicklung der Wired-Firmware