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Smarte Klingel mit ESP8266/ESP32


#1

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

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:

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

Atom Editor mit PlatformIO

Bibliotheken und Beispielcode

MQTT

Telegram API

Serverside Software

Mosquitto MQTT broker

Mechanik

Kommerzielle Gehäuse

Gehäuse für den 3D-Druck


Do, 10.01., 19 Uhr, 7. Treffen des Hausautomatisierungsstammtisches
Do, 20.12., 19 Uhr, 6. Treffen des Hausautomatisierungsstammtisches
#4

Der Beitrag müsste jetzt ein Wiki sein


#5

Um einen Wiki-Post anzulegen muss man mindestens Trust-Level 3 sein, das ist bei uns aber schwer zu erreichen


#6

Danke Ian, das scheint jetzt zu funktionieren!


#7

Ich habe jetzt mal ein Gerüst geschaffen und den Themenbereich der Stromversorgnung mit Leben gefüllt.
Den ersten Post sollte jetzt jeder weiter editieren können. Änderungen werden revisioniert. Nach Änderungen am ersten Post taucht dieser aber nicht wieder neu bei den neuen und ungelesen Posts auf der Hauptseite des Forums auf. Man muss also selber ab und zu mal hier vorbeikommen und checken, ob sich was geändert hat.

@Kevin: du hattest doch eine kleine Powerbank benutzt als Energielieferant für eines deiner Projekte. Kann du die bitte hinzufügen. Danke.

Ansonsten bis Donnerstag zum nächsten Hausautomatisierungstammtisch.


#8

Habe die Variante Spannungsversorgung über den Klingeltrafo hinzugefügt. :wink: