Gewächshaus steuern

Dort übernimmt nun ein Photon die Regelung von Lüftung und Heizung und verknüpft das Ganze mit einer Weboberfläche zur einfachen Bedienung...
 

 
Nach dem Neubau war unser Plan, mehr Komfort und Sicherheit bei Abwesenheit in den laufenden Betrieb zu bringen. Unser Gewächshaus hat jetzt auch Dachfenster, welche die Möglichkeit bieten, automatisch geöffnet und geschlossen zu werden.

Aber von Anfang an. Der Particle Photon gefiel mir, da er unempfindlich gegen Stromausfälle ist. Außerdem hat er Wi-Fi an Board und es lassen sich auf einfache Art und Weise Variablen im Netzwerk lesen und schreiben, für eine Bedienoberfläche im Browser zum Beispiel. Das ginge auch ohne Cloud-Anbindung, aber OK, ist akzeptiert.
 

 
Als Sensorik sind ein Innen- und ein Außen-Temperaturfühler vorgesehen, im Inneren des Schaltkasten arbeitet auch noch ein Luftfeuchtesensor. Daneben wird ausgewertet, ob die Eingangstür geschlossen ist. Die Dachfenster arbeiten über Getriebemotoren und haben zur Sicherheit Endschalter. Daneben ist eine Elektroheizung vorhanden und ein Lüfter ist schaltbar.

Als Treiber dienen uns zwei Relaisplatinen. Für die Ansteuerung der Fensterheber mit zwei 12V-Gleichstrommotoren, fungieren jeweils zwei Relais mit Wechselschalter als Umpoler, so dass beide Drehrichtungen realisiert werden können. Gerade für Wartungsaufgaben lassen sich alle Aktoren separat von Ihrer Versorgungsspannung trennen. Für die Fenster ist auch auf manuelles Heben und Senken umstellbar.
 

 
Die Elektronik findet in einem Sicherungskasten mit Hutschiene Platz. Das ergibt den Vorteil, einen Sicherungsautomaten und ein Netzteil standardmäßig auf der Schiene zu befestigen und alle Netzleitungen ordnungsgemäß verlegen zu lassen. Außerdem ist unserer spritzwassergeschützt und hat einen transparenten Deckel.

Zu Ausgabezwecken ist mittig ein LCD-Panel installiert, welches am I2C-Bus des Photon hängt. In Dunkelheit kann man eine Hintergrundbeleuchtung schalten. Daneben findet sich noch eine LED, um auf Fehlerzustände hinweisen zu können. Über einen Taster im Frontpanel ist es möglich, sich den Inhalt des Fehlerspeichers anzeigen zu lassen.
 

 
Und die Anlage sollte noch etwas kommunikativer sein. Particle bietet bei seinen Produkten ja die Publish-Funktion und ein Dashboard fürs Web, wo die Ausgaben dann visualisiert werden. Weiterhin kann man entsprechend gekennzeichnete Variablen aus dem Browser heraus lesen und schreiben.

Erstes dient uns nur zum Debuggen, zweites nutzen wir, um eine kleine Bedienoberfläche zu bauen, welche alle Sensorwerte, das Fehlerlog und die letzten Aktionen anzeigt und wo man mittels einiger Button auch manuell eingreifen kann. dazu muss es zum Controller eine Verbindung ins WLAN geben. Eine fehlende Funkverbindung wirkt sich wiederum in keiner Weise auf die Steuerungsabläufe aus. Hier stand die Betriebs- und Ausfallsicherheit an erster Stelle.
 

 
Wir betreiben den Photon also mit einer externen Antenne aber im manuellen System-Mode, wo wir uns um die Kommunikation nach draußen selber kümmern. Damit können wir aber auch ohne erreichbaren Router und Internet zügig loslegen und später ab und zu nachschauen, ob eine Verbindung etablierbar ist. Trotzdem ist das Gewächshaus nun eines unserer "IoT-Geräte" zu Hause geworden. Um es zu erreichen (wo doch die Fritzbox auf der vom Garten abgewandten Seite im Gebäude liegt), ist in der Nähe ein Repeater installiert.

Zwei DS18b20 messen die Temperaturen innen und außen und geben sie an den OneWire-Bus. Das Heiz- und Kühlschema sind wohl das Wichtigste für das Häuschen. Nur soviel: Hysteresen braucht man, vor allem dort, wo schnell Veränderungen herbeigeführt werden. Sonst ist man nur am Schalten. Wertet man die Außentemperatur mit aus, kann man z.B. eine Wärmespeicherfunktion festlegen, die am Abend vor einer kühlen Nacht wirksam wird.
 

 
Bisher ist kaum etwas über die eigentliche Entwicklung auf dem Photon gesagt. Entwickelt wurde in der Web-IDE und auf dem Breadboard. Am Ende sind ein paar hundert Zeilen Code herausgekommen. Im Setup initialisieren wir unsere PINs (alle GPIOs und ein Analogausgang genutzt) und Interfaces.

Im Loop werden regelmäßig auf Tastatureingaben geprüft, die Kommunikation mit dem Web bedient und liegt ein Event wie die Über- oder Unterschreitung einer Temperaturschwelle vor, wird eine entsprechende Aktion gefahren. Wie das Schalten eines Relais zum Beispiel.
 

 
Nach Aufspielen einer Firmware oder dem Ausfall der Betriebsspannung hat unser Baustein sein Gedächtnis verloren. Außerdem gibt es keine Abfragemöglichkeit über den Status eines Fensterhebers. Deshalb werden diese bei einem Neustart auch genullt, in dem wir sie einmal auf den unteren Endschalter fahren lassen. So ergibt sich zu Anfang immer eine definierte Ausgangslage der Fenster. Danach kann die Automatik ihren Dienst tun.

Die Heber sind in der Werkstatt entstanden, denn sie waren so nicht käuflich zu erwerben, nur geeignete Getriebemotoren dafür. Darüber hinaus musste einiges an Kabeln verlegt werden. Und am Ende heißt es probieren und korrigieren, solange, bis man mit dem Verhalten der Anlage zufrieden ist...
 

Swen Hopfe

 

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