SmartSwitch

SmartSwitch

Unterputzmodul zur Rolladensteuerung bzw. zur Realisierung eines Kreuzschalters mit ESP8266

 

   Projekt auf GitHub

Vision

Wärend der Bauphase unseres neuen Hauses entschieden wir uns für die Installation elektrischer Rolläden. Um diese bedienen zu können, verbauten wir im ersten Schritt herkömmliche Wandtaster, direkt neben dem jeweiligen Fenster. Im zweiten Schritt soll aber eine smarte Lösung her…

SmartSwitch Modul      SmartSwitch Sizing

Inspiriert von Leo-Andreas Hofmann’s „230V I/O Modul für ESP8266“ (LUANI), entschied ich mich mein eigenes Modul zur Abfrage der Wandtaster und zur Steuerung der Motore zu entwickeln. Von der Größe her passt das Modul perfekt in eine Standard-Unterputzdose mit 60mm Innendurchmesser. Wird eine „tiefe“ Dose verwendet, haben neben dem Tastereinsatz sowohl Kabel, als auch Klemmen noch genug Platz.

Herzstück des Moduls ist ein ESP-12F, ein integriertes WLAN-Modul welches zwei Wechslerrelais ansteuert um die Rolläden zu bewegen. Die Funktionen des Moduls können entweder über die bereits existierenden Wandtaster, oder aber mittels MQTT-Messages über WLAN, zentral über OpenHab2, welches auf meine Raspberry Pi Zero W läuft, gesteuert werden. Dadurch kann eine Steuerung der Rolläden in Abhängigkeit von Zeiten oder speziellen Ereignissen, beispielsweise  Sonnenauf- bzw. Unterganszeit (Astro Bindings) realisiert werden.

Es wäre theoretisch auch möglich eine automatische Beschattung in Abhängigkeit der Sonnen-Position, der Globalstrahlung und Innen- bzw. Außentemperatur zu realisieren.

PCB Top      PCB Bottom

Hardware

Neben dem WLAN-Modul und den Relais (Schaltleistung 1500VA, 6A/250V) finden sich eine Spannungsversorgung, bestehend aus einem AC/DC-Wandler HI-Link HLK-PM01 (5V/600mA) für die Relais sowie einem Spannungsregler TS1117 (LowDrop, 3V) für die restliche Schaltung, eine 2-Kanal 230V-Detektierschaltung (PowerSense) für den Controller, und diverse Schnittstellen wie UART, I²C und analog/digital Eingänge auf dem Board. Ein Taster, um im Bedarfsfall einen Hardware-Reset durchführen zu können, befindet sich auf der Unterseite der Baugruppe.

SmartSwitch Modul SmartSwitch Modul SmartSwitch Modul

Drei Lötjumper ermöglichen die Wahl, ob die Relais als Kreuzschalter, in einer bestehenden Lichtinstallation, oder aber als Rolladensteuerung fungieren sollen. In diesem Fall schaltet das erste Relais die Stromversorgung für den Motor, während das zweite Relais die Fahrrichtung vorgibt. Ein vierter Lötjumper ermöglicht die direkte Versorgung der Relaisschaltung mit Netzspannung, so daß im Rolladenmodul-Betrieb der Außenleiter nicht zweimal am Modul angeschlossen werden muß um sowohl Modul, als auch Motore mit Strom zu versorgen.

Die Spannungsversorgung ist zur Sicherheit mit einer SMD-Feinsicherung (500mA) und einem Varistor (275V) gegen Überstrom bzw. Spannungsspitzen abgesichert.

Software

Zusätzlich zur Firmware (NodeMCU) befinden sich vier LUA-Programme im Speicher des ESP.

Die Init-Datei versucht sich im ersten Schritt mit dem Accesspoint zu verbinden, dessen SSID und Passwort im ESP gespeichert ist. Kann die Verbindung nicht hergestellt werden, spannt der ESP selber einen Accesspoint auf und startet ein Enduser-Setup worüber der Benutzer die SSID und das Passwort seines Accesspoints (z.B. Router) angeben kann.

Ist das Modul verbunden, werden zwei weitere Softwaremodule geladen. Das MQTT-Modul beginnt damit, den implementierten MQTT-Client zu konfigurieren, verbindet sich mit dem MQTT-Broker welcher in der Datei MQTT.ini definiert (IP, Port) ist und stellt einige Prozeduren für die MQTT-Kommunikation bereit. Das INI-Handling-Modul stellt zwei weitere nützliche Prozeduren für einfachen INI-Datei-Zugriff über „Key“ und „Value“ Werte zur Verfügung.

Zum Schluß wird das Hauptprogramm gestartet.

Funktion

Im normalen Betrieb ermöglicht das Hauptprogramm die Bedienung des Moduls über die Wandtaster. Diese werden über die PowerSense Eingänge abgefragt. Werden beide Taster gleichzeitig betätigt, wechselt das Modul in den Lern-Modus. Da einfache Rolladenmotore weder ihre Position, noch den Status ihrer Endschalter rück melden, kann die Position des Rolladens nur über die Zeit, in der sich der Rolladen bewegt hat, ermittelt werden. Dazu wird der Rolladen im Lern-Modus einmal auf beide Endpositionen gefahren. Die dazu benötigten Fahrzeiten werden im Modul gespeichert. Danach reicht ein kurzer Tastendruck, um den Rolladen in die jeweilige Endposition zu fahren. Wird der Taster länger als eine Sekunde betätigt, verfährt der Rolladen solange, bis der Taster wieder losgelassen wird oder die Endposition erreicht wird. Beim Loslassen des Tasters wird die aktuelle Position des Rolladens anhand der Verfahr-Zeit berechnet und im Modul gespeichert. Dies ermöglicht das Anfahren des Rolladens von jeder beliebigen Position aus, oder aber auch das Anfahren einer bestimmten Position (z.B. Rolladen schließen bis nur noch die Schlitze offen sind).

Wie erwähnt ist die Bedienung aber nicht nur über die Wandtaster möglich, da das Modul ebenfalls als MQTT-Client arbeitet. Mittels MQTT-Messages zu dem, in der MQTT-ini hinterlegten Topic, kann der Rolladen über die Befehle „UP“ bzw. „DOWN“ in die jeweilige Endposition gefahren werden. Wird eine Zahl zwischen 0 und 100 gesendet, fährt der Rolladen die entsprechende Position in Prozent an. Wird die gewählte Position erreicht, schickt das Modul zur Bestätigung die erreichte Position an den Broker zurück. Dadurch ist eine Visualisierung des Rolladen-Standes, beispielsweise mit dem HabPanel von OpenHab möglich.

Sicherheit

Da das Modul mit Netzspannung arbeitet, sollten alle aktiven Bauteile und Leiterbahnen gegen direktes und indirektes Berühren geschützt sein. Deshalb entwarf ich eine Abdeckung für die Platinenrückseite mit FreeCAD und druckte sie mit meinem Anet A6 3D-Drucker aus. Als Nebeneffekt der Abdeckung sind die SMT-Bauteile auf der Unterseite auch vor mechanischen Einflüssen geschützt.

SmartSwitch Modul

Sicherheitshinweis

Aufbau und Betrieb des Moduls erfolgt auf eigene Gefahr! SmartSwitch arbeitet mit potentiell gefährlicher Netzspannung.

Solltest du noch nicht viel mit Elektronik und Hauselektrik zu tun gehabt haben, oder nicht mit dem Umgang mit Netzspannung vertraut sein, hole dir einen Experten! Ich bin nicht haftbar für jegliche Art von Unfälle, die durch unsachgemäßen Aufbau oder die Verwendung von SmartSwitch bzw. der Handhabung von Netzspannung entstehen können, einschließlich aber nicht beschränkt auf: Fehler, Ausfälle, Verlust von Gesundheit oder Leben, Beschädigung von Eigentum usw. Treffe alle Sicherheitsvorkehrungen die notwendig sind! Du bist vollkommen, allein und zu deinem eigenen Risiko verantwortlich für deine Tätigkeiten!

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