Ziel
Im Rahmen des Hausautomatisierungs Stammtisches wollen wir eine smarte Klingel auf Basis des ESP8266/ESP32 bauen. Inspiriert wurde dieses Projekt unter anderem durch den Artikel AVM Fritzbox: Türklingel-Integration mit Akku in der c’t 17/2018, Seite 142. In diesem Wiki Post sollen die Informationen gesammelt und strukturiert werden. Gerne auch als Nachschlagewerk und Ideensammlung für weitere Features und Projekte. Von Einkauflisten über Schaltungs- und Platinendesigns bis hin zu 3D-Druck Gehäusen soll alles enthalten sein, damit jeder mit den Maschinen im Fablab seine “smarte” Klingel verwirklichen kann.
Elektronik-Hardware
Energieversorgung
Jedes Projekt braucht eine Energieversorgung. Ein ESP8266 läuft mit nominell 3.3V. Berichten zu folge läuft er stabil mit Spannungen zwischen 2.5V und 4.2V. Um diese zu erzeugen gibt es verschiedene Möglichkeiten mit jeweils individuellen Vor- und Nachteilen.
Netzspannung (intern)
Spannungswandlung ist Teil des elektrischen Aufbaus.
Vorteile:
- Kompakt
- Es muss nicht nachgeladen werden oder Batterien getauscht werden
- Software und Hardware müssen nicht auf Energiesparsamkeit getrimmt werden
Nachteile:
- Netzspannung ist lebensgefährlich und nur entsprechende Fachkräfte sollten daran arbeiten
- Netzspannung muss an dem Einsatzort vorhanden sein (bzw. Kabel müssen gelegt werden)
Kaufteile
- HLK-PM03 Step down power supply module 230V to 3.3V, z.B. bei Ebay, Banggood, AliExpress
Netzspannung (extern)
Externes Netzteil wird verwendet.
- Im Gegensatz zum vorherigen Punkt wird hier nicht direkt mit Netzspannung hantiert, da ein den gängigen Normen entsprechendes externes Netzteil verwendet wird. Dessen Ausgang ist eine sichere Kleinspannung.
- Es muss nicht nachgeladen werden oder Batterien getauscht werden
- Software und Hardware müssen nicht auf Energiesparsamkeit getrimmt werden
Nachteile:
- Netzspannung muss an dem Einsatzort vorhanden sein (bzw. Kabel müssen gelegt werden)
Batterien
Zwei Batterien in Reihe ergeben 3.0V, genug um einen ESP8266 zu betreiben.
Vorteile:
- Günstig
- Erhältlich in jedem Supermarkt
Nachteile:
- Einweg
NiCd und NiMH Akkus
Mit einer nominellen Spannung von 1.2V pro Batterie reichen 3 Batterien in Reihe um einen ESP8266 zu betreiben.
Vorteile:
- Ladegerät in den meisten Haushalten bereits vorhanden
- Gibt es im lokalen Supermarkt.
Nachteile:
- 3 Batterien werden benötigt, somit größeres Gehäuse nötig als mit anderen Akkusorten
- Akkus können durch Tiefentladung beschädigt werden, wenn sie nicht rechtzeitig wieder geladen werden.
Lithium-Ionen-Akkus
Siehe auch: Kompendium Lithium-Ionen-Batterie. Typische Zellspannung 3.7V. Ladeschlussspannung 4.2V, Entladespannung 2.5V.
Vorteile:
- weite Verbreitung
- günstig
- komplette Module inklusive Ladeelektronik günstig verfügbar
Nachtreile:
- Akkus können durch Tiefentladung beschädigt werden, wenn sie nicht rechtzeitig wieder geladen werden.
Kaufteile:
Lithium-Eisen-Phosphat-Akkus (LiFePO4)
Nominelle Spannung von 3.2V pro Zelle, d.h. ESP8266 kann mit einer Zelle betrieben werden. Siehe auch Akku-Technologien: Lithium-Eisenphosphat als Alternative zum Li-Ionen-Akku
Vorteile:
- Entladespannung typisch bei 2.0V, somit kann ein ESP8266 diesen Akkutyp nicht tiefentladen
- Robuster als LiPo Akkus (mehr Ladezyklen, grosser Temperatureinsatzbereich -40C bis +80C, no thermal runaway)
Nachteile:
- nicht so verbreitet wie LiPo Akkus
- teurer als LiPo Akkus
Kaufteile:
- LiitoKala Lii-100 Charger for single cylindrical batteries, li-ion (3.7V, 3.8V), Ni-MH/Ni-Cd, LiFePO4(Li-ion), z.B. bei Gearbest, AliExpress-1, AliExpress-2
SELV Kleinspannung (intern)
Ein Türklingel wird meistens noch mit einer SELV (Kleinspannung) betrieben. Diese könnte man abgreifen und mit einer kleinen Gleichrichterschaltung glätten, und somit direkt den ESP ansteuern.
Reicht der Klingeltrafo im Verteilerschrank aus?
Vorteil
- läuft im Dauerbetrieb und könnte dann als Aktor z.B. die Klingel stumm schalten
- keine Netzspannung
- keine Batterien oder Akkus
Nachteil
- Schaltung müsste entworfen werden
- ein Klingeltrafo ist eher Spannungsweich , bedeutet die Ausgangspannung veringert sich bei Belastung.
Microcontroller
ESP8266
ESP32
Firmware (Microcontroller Software)
Programmierumgebung
Arduino Studio
- Siehe Forum Post: Nodemcu + mysql + rfid + relai
Atom Editor mit PlatformIO
Bibliotheken und Beispielcode
MQTT
Telegram API
Serverside Software
Mosquitto MQTT broker
- https://mosquitto.org/
- fertige Pakete für die meisten Linux Distributionen vorhanden, u.a. für den raspberry pi (sudo apt install mosquitto mosquitto-clients python-mosquitto)
- unzählige how-tos, z.B. Getting start with MQTT Mosquitto Broker on Raspberry Pi, Windows, macOS and Linux
Mechanik
Kommerzielle Gehäuse
Gehäuse für den 3D-Druck
- Flexing battery holders with integrated spring, OpenSCAD parametrisches Modell um Batteriehalter zu designen (pro Batterie ein Fach). Enhält auch fertige stl Dateien für gängige Batterien.
- Flexing battery holders with 2- and 3-cell compartments, OpenSCAD parametrisches Modell um Batteriehalter zu designen (mehrere Batteries hintereinander in Reihe). Enhält auch fertige stl Dateien für gängige Batterien.
