Hardware
Stromversorgung und Absicherung
Kleinspannung überall, wo man hinfasst. Netzspannung dort, wo sie technisch sinnvoll ist, in einem eigenen Gehäuse und galvanisch vom Bus getrennt.
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Drei Spannungen
| Spannung | Wofür | Schaltet über |
|---|---|---|
| 24 V | Bus, Module, Sensoren, die beiden Ausgänge des Hubs | MOSFETs: verschleißfrei, leise, stufenlos |
| 12 oder 24 V | Pumpen, Lüfter, Licht, Ventile, Linearantriebe | MOSFETs und H-Brücken, mit eigener Lastversorgung am Modul |
| 230 V | Tankheizung, Heizmatten, Licht | potentialfreie Relais im Relaismodul, je Ausgang abgesichert, mit Leistungsmessung |
Das Relaismodul sitzt in einem eigenen Gehäuse. Seine Busseite ist galvanisch vom Netz getrennt.
Das Leistungsmodul DC hat eine eigene Lastversorgung. Die Nennspannung wird je Ausgang eingestellt, 12 oder 24 V. Seine Ausgänge ziehen nichts vom Bus. Das Beet des Projekts nutzt 12 V, weil Pumpen, Antriebe und LED-Streifen von 2019 damit laufen.
Versorgung am Modul
Jedes Modul nimmt seine Versorgung vom Bus. Der Weg ist entschieden, eine Teilenummer noch nicht:
- Sicherung je Modul. Ein Kurzschluss im Modul oder in seiner Sensorleitung trennt nur dieses Modul, nicht den Bus und nicht den Hub.
- Verpolschutz. Ein vertauschtes Kabel oder ein falsch gesteckter Verteiler zerstört weder Wandler noch Board.
- Abwärtswandler von 24 V auf 5 V. Er speist den 5-V-Pin des ESP32-C3 SuperMini, dessen Regler macht daraus 3,3 V für Chip, Transceiver und Sensoren. Ein Wandler statt eines Längsreglers, weil von 24 auf 5 V sonst der größte Teil der Leistung als Wärme im Gehäuse bliebe.
Ein Spannungsteiler 1 : 11 vor dem Wandler führt die Busspannung an GPIO 0. So misst jedes Modul den Bus an seiner Stelle, mit dem Spannungsfall auf der Leitung, und meldet ihn als „Versorgung am Modul“. Leistungsmodul DC und Antriebsmodul bekommen ihre Lasten weiter über eine eigene Zuleitung, ihre Elektronik läuft auf demselben Weg vom Bus.
Auf dem Steckbrett speist ein 5-V-Netzteil den 5-V-Pin direkt, ohne Wandler und meist ohne Spannungsteiler. In den Einstellungen des Hubs steht dann „Erwartete Versorgung“ auf 5 V statt 24 V. Werte unter 3 V an einem Modul, das damit den Bus misst, zeigt die Oberfläche als „nicht gemessen“, ohne Warnung. Mehr unter Versorgung.
Schutz, der ohne Software wirkt
Die Software ist die erste Sicherung, nie die einzige.
| Schutz | Wirkt gegen | Sitzt |
|---|---|---|
| Temperaturschalter in Reihe | Heizung, die nicht mehr abschaltet, etwa nach einem Absturz der Firmware | an jeder Heizung |
| Thermostat am Heizstab | überhitztes Wasser im Tank | am Heizstab |
| Schmelzsicherung oder Leitungsschutzschalter | Kurzschluss und Überlast | an jedem Ausgang, bei 230 V Pflicht |
| Fehlerstromschutzschalter | Fehlerströme | an der Steckdose, vorhanden |
Gegen einen überlaufenden Tank und gegen Trockenlauf der Pumpen schützt die Software, über den Füllstand. Das steht unter Tank und Wasser.
Schutz in der Software
Darüber liegt die Selbstüberwachung. Sie reagiert schneller und genauer als eine Schmelzsicherung und sagt, was los ist.
| Ebene | Schutz |
|---|---|
| Modul | elektronische Sicherung je Ausgang, maximale Laufzeit, sicherer Zustand ohne Hub |
| Hub | Wirkungsüberwachung, Summenprüfung des Stroms, Lastabwurf bei Unterspannung, Verriegelungen, Windschutz |
Mehr unter Selbstüberwachung.
Einbau
- Gehäuse IP65 mit Kabelverschraubungen und Druckausgleichselement gegen Kondenswasser.
- Elektronik im Holzbeet vom Erdreich getrennt montieren, Kabel von unten einführen.
- Nach dem Einschalten ist alles aus, und die Klappen sind zu, bis der Hub gültige Messwerte hat.
- Der Schaltkasten hält sich mit Heizmatte und Lüfter selbst trocken und frostfrei. Das steht unter Hub.
Strommessung an jeder Stelle
| Messstelle | Sitzt im | Erkennt |
|---|---|---|
| Jeder Gleichstrom-Ausgang | Leistungs- oder Antriebsmodul | Kabelbruch, Defekt, Blockade, Kurzschluss, schleichenden Verschleiß, beim Antrieb die Endlage |
| Jedes Relais | Relaismodul | defekte Tankheizung, ausgefallene Leuchte. Liefert zugleich den Energieverbrauch. |
| Versorgungsspannung | jedem Modul | Spannungsabfall auf dem Buskabel, schlechte Steckverbindung |
| Sensorversorgung | eigene Modulplatine, später | Sensor ab, Sensor defekt, Feuchtigkeit im Stecker. Module mit ESP32-C3 haben keine schaltbare Sensorversorgung. |
| Gesamtstrom | Hub oder Einspeisemodul | Überlastung. Weicht die Summe aller Ausgänge vom Gesamtstrom ab, fließt irgendwo Strom, wo keiner fließen soll. |
Jede Messung sitzt in dem Modul, zu dem sie gehört.