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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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2 Kommentare

  1. coole sache, gibt es auch eine möglichkeit mit einer 12V Autobatterie (Dimension noch zu errechnen) eine kleine 12V Heizmatte (rund Durchmesser ca 6-8cm, rechteckig ca 6-8cm zum quadrat oder 7cm breit x 10-15cm lang, zu betreiben.
    1) nicht im Dauerbetrieb, sondern nur im intervallbetrieb
    2) nur als Frostwächter, damit etwas nicht einfriert, also plus 5 grad ist ausreichend
    3) eventuell mit temperatursensor, nur im intervall arbeiten, wenn 3 grad außentemperatur UNTERschritten
    4) die Batterie sollte mit Solarzellen aufgeladen werden können, da kein 230V Anschluss im Umkreis von 5km.

    Wozu das ganze?
    Ganz einfach: Pferdeweide, Brunnen 8 m tief vorhanden, DER friert NICHT ein , aber
    die SELBSTTRÄNKER Weidepumpe (die die Pferde mechanisch selbst bedienen, friert
    EIN, nicht die sehr massiven mechanischen Teile, sondern die Unterdruck-Kammer welche das Wasser in die Schale befördert (Bitte Funktionszeichnung einer Lister Weidepumpe oder Eider Weidepumpe (seit 40 Jahren gebräuchliche, zu hundertfach auf den deutschen Weiden installierte und vorhandene Weidepumpen) ansehen, danke!)

    Eine kurze ZULEITUNG von ca 20-50cm Ansaug-Rohr oder Ansaug-Schlauch ist auf 4 Grad zu halten, damit Wasser nicht einfriert, sowie Ansaug-Innenteil mit Membrane…

    Eventuell auch ein 50cm langes Heiz-Kabel, welches aber nicht auf 10-12 grad aufheizt, sondern nur auf 6grad. darüber dann mehrere Lagen ISOLATIONS-Material, wie von Heizungsdämmung üblich und in jedem Bauhaus zu kaufen.

    Die bisherigen Heizkabel werden alle ZUUUU warm. wie ist es möglich, heizstäbe oder Heizmatten oder Heizkabel NUR bis 12-15 Grad maximal (NOCH WENIGER als die geringste Stufe einer Sitzheizung !!!) aufzuheizen ??????

    Bitte bei mir Melden 0160 1069069 ich wäre über jede Idee mehr als Froh
    und eine Lösung wäre 100ertfach zu verkaufen !!!

    • Vom Hersteller gibt es ja eine Lösung mit Gas https://www.lister.de/marktplatz/de/articles/view/00-0046000/
      wäre interessant zu wissen wie hiermit genau gedämmt wird, auch welche Teile überhaupt gedämmt werden müssen.
      Das ganze mit Solarstrom umzusetzen, halte ich durchaus für sinnvoll – ich hatte so mal ein kleines Gewächshaus im Winter warm gehalten.
      Ohne das System der Pumpe genau zu kennen, würde ich folgendes vorschlagen aus meiner Erfahrung mit ähnlichen Projekten:

      • Gel-Batterie bzw. AGM (da geschlossen, weniger empfindlich und sauberer als herkömmliche Blei-Akkus) mindestens 80 Ah.
      • Solar-Panel min. 150 W
      • Solar-Laderegler
      • Temperatur-Regler mit Sensor (kann eingestellt werden ab welcher Temperatur bis zu welcher geheizt werden soll. Hab ich selber auch im Einsatz – einfacher gehts kaum;))
      • Heizdraht – hier kenne ich mich nicht aus. aber eigentlich egal wie stark der Draht heizt, sobald die Temperatur erreicht ist, wird der Regler die Stromversorgung unterbrechen, bis er wieder unter die Mindest-Temperatur fällt. Läuft dann einfach im Intervall

      Wichtig ist natürlich die Elektronik und Batterie trocken unter zu bringen – vielleicht in einer geeigneten Kiste (Lüftung nicht nötig wenn vor Sonneneinstrahlung geschützt). Der Heizdraht passend verlegen und an einem geeigneten Ort den Sensor anbringen. Dieser sollte nicht direkt den Heizdraht berühren, dafür aber die kälte-empfindlichen Teile. Die Dämmung sollte grosszügig angebracht werden. Wichtig auch dass diese trocken bleibt, weil sich sonst der Dämmwert verschlechtert.

      Da das Ganze recht experimentell ist, wichtig dass zu Beginn täglich kontrolliert wird ob alles funktioniert, damits den Pferden auch sicher gut geht.

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