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12 Volt Frostwächter mit Arduino

Obwohl es Frostwächter relativ günstig zu kaufen gibt, wollte ich dennoch auf Basis eines Arduino’s selbst einen bauen. Ausschlaggebend war die Tatsache, dass ich kein Modell finden konnte, welches mit 12 Volt Gleichstrom betrieben werden kann. Da ich jedoch etwas überschüssigen Solarstrom zur Verfügung habe, will ich diesen an der Stelle auch nutzen. Somit war klar, ein kleiner Arduino soll die Sache mit Hilfe eines Temperatur-Sensor’s und eines kleinen Heizlüfter’s  regeln. Somit steht der Plan für den 12 Volt Frostwächter im Eigenbau.


Komponenten

Die Stromquelle für den 12v Frostwächter

Meine Mobile Solaranlage, welche mir im Sommer am See oder wo auch immer Strom liefert, war im Winter bislang tatenlos. Nun will ich den Strom auch im Winter nutzen um einen kleinen Frostwächter in einem ungeheizten Nebenraum zu betreiben.

Die 12V-Stromquelle  muss natürlich ausreichend Strom liefern können um einen Heizlüfter betreiben zu können. In meinem Fall ist dies durch einen 80Ah AGM-Akku gegeben – den Ausgang jedoch regelt der Solar-Laderegler mit einer Leistung von 30 Ampere. Ebenfalls muss hier auch auf den Draht-Querschnitt geachtet werden. Ein 100 Watt Heizlüfter zieht bei 12 Volt 8,4 Ampere. Und die 100 Watt entsprechen nur einem sehr kleinen Heizlüfter – ich hoffe für einen ca. 3m2-Raum Ausreichend.

12 Volt Frostwächter auf dem Steckbrett

Frostwächter Steckbrett-Planung
Frostwächter Steckbrett-Planung mit fritzing.org

Zuerst einmal die Planung auf dem Steckbrett um zu sehen wie die Schaltung theoretisch funktionieren soll.

Die 12 Volt Stromquelle wird sowohl auf den Arduino wie auch auf den Heizlüfter gelegt. Dem Positiven Pol zum Heizlüfter wird ein Relais-Modul zwischengeschaltet. Die meisten Arduinos verfügen über zwei Pins die einen Spannungseingang zwischen 6 und 20 Volt erlauben (empfohlen 7-12v), den sogenannten ‘raw’ power input. Dort legen wir unsere 12 Volt an.

Den DHT11 Temperatursensor müssen wir nun noch mit 5 Volt vom Arduino versorgen. Das Relais-Modul welches ich hier habe benötigt 12v. Ansonsten  ebenfalls an 5v legen. Natürlich darf auch der GND (Ground) nicht fehlen.

Um das ganze auch steuern zu können, muss der Sensor und das Relais noch mit digitalen Pins vom Arduino verbunden werden. Den Temperatursensor lege ich an den digitalen Pin 4 und das 12 Volt Relais-Modul an den digitalen Pin 5.

Arduino Sketch für den Frostwächter

Nun fehlt natürlich noch der Software-Teil mit dem der Microcontroller programmiert werden soll. Auch wenn mein Heizlüfter mit 100 Watt sehr klein ist, will ich dennoch die Belastung der Batterie nicht ausser Acht lassen. Daher soll die Heizung immer nur Intervall-weise anspringen. Also erst muss die Bedingung erfüllt sein, dass die Temperatur unter x° Celsius gefallen ist. Danach soll für y Minuten geheizt werden und anschliessend z Minuten gewartet werden. In der Wartezeit kann sich die zugeführte Wärme verteilen, wodurch auch wieder ein aussagekräftiger Messwert zu erhalten ist.

Die DHT Library

Für den einfachen Umgang mit dem Temperatursensor muss zuerst die DHTLib von Rob Tillaart eingebunden werden. Diese ist in der Arduino IDE nicht im Umfang mit dabei, kann jedoch ganz leicht nachinstalliert werden.

Download von Github (DHTLib Version 0.1.14) aktuelle Version auf Github

In meiner Umgebung mit dem Nano scheiterte ich mit der Aktuellen Version der Bibliothek. Scheinbar gibt es Probleme mit der Unterstützung für den DHT11. Dazu weitere Informationen auf Github. Die ältere Version 0.1.14 funktioniert jedoch einwandfrei.

Die herunter geladene Zip-Datei wird einfach in der IDE unter “Sketch” -> “Bibliothek einbinden” -> “.ZIP-Bibliothek hinzufügen…” zur IDE hinzugefügt. Gespeichert wird seitens der IDE am selben Ort wie die Sketches abgelegt werden. Danach steht die Bibliothek unter “Sketch” -> “Bibliothek einbinden” zur Auswahl bereit.

Beispiel zur Verwendung der DHT-Library

Hier ein erstes Beispiel wie die DHTLib genutzt werden kann. Um zu testen muss lediglich der DHT11 Sensor angeschlossen werden. Der Sketch erwartet den Sensor an Pin 4. Danach den seriellen Monitor der Arduino IDE unter “Werkzeuge” öffnen um die Ausgabe zu sehen.

Die Relais-Schaltung

Wer im Umgang mit Schaltkreisen nicht all zu bewandert ist, der ist mit einem vorgefertigten Relais-Modul gut bedient. Damit spart man sich meist den Einsatz von Freilaufdioden und und Widerständen.

Bei Relais ist noch zu beachten, dass es sich meist um Low-Active Elemente handelt. Diese werden genau andersrum geschaltet als man sich das etwa von LED’s gewohnt ist. Das heisst wenn man den Output-Pin auf HIGH setzt, wird der Stromkreis unterbrochen. Mit LOW wird er wieder geschlossen und der Verbraucher startet. Daher habe ich in folgenden Script eine Weiche eingebaut, in Form einer Trigger-Funktion. Damit konnte ich wieder wie gewohnt mit HIGH und LOW arbeiten.

Der fertige Sketch für den Frostwächter

Herzstück des fertigen Sketches ist die Intervall-Funktion. Hier zwar sehr einfach gehalten, doch erst damit ist es möglich den 12 Volt Frostwächter jeweils nur eine bestimmte Zeit laufen zu lassen, gefolgt von einer Pause.

Ich denke der Code ist ausreichend kommentiert, sodass man die Einstellungsmöglichkeiten in den oberen Zeilen versteht.

Somit funktioniert der Frostwächter soweit – jedenfalls auf dem Steckbrett.

12 Volt Frostwächter Eigenbau

Als nächstes will der 12 Volt Frostwächter natürlich noch zusammengebaut werden. Dazu muss ein passendes Gehäuse her. Ein ausgedientes PC-Netzteil war in meinem Fall sehr passend. In der einen Hälfte konnte ich den Heizlüfter unterbringen, in der anderen die Elektronik.

Die Elektronik sollte jedoch vom Steckbrett auf eine Platine übertragen werden. Dafür reicht eine einfache Leiterplatine aus Hartpapier. Das ganze muss auch nicht schön aussehen, es muss nur zweckmässig sein.

Des Weitern zeigte sich die Aussparung des Netzteil-Gehäuses als Vorteil. Denn hier konnte ich meinen Heizlüfter mit nur kleinen Anpassungen einbauen. Während die Elektronik auf der anderen Seite liegt. Die einzelnen elektronischen Komponenten wurden ergänzend mit einer Isolator-Folien gegeneinander abgeschirmt, um versehentlichen Kontakt einzelner Leiter zu vermeiden. Dafür wurde aber auf eine mechanische Befestigung verzichtet. Bestimmt nicht TÜV-Konform, aber läuft wunderbar!

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