HappyHeaterMon Heizungsüberwachung

Ziel des Projekts ist, den Zustand meiner Heizung im Keller mittels geeigneter Sensoren zu kontrollieren und diese Daten vom Wohnraum aus einzusehen. Als Wärmequellen stehen ein Holzpellet-Ofen (Grimm Pellino), sowie eine Solarthermie-Anlage zur Verfügung. Die Wärme wird in einen 900L Kombipufferspeicher eingespeist. Der Ofen hat einen Zwischenspeicher für Pellets und wird aus einem großen Bunker mittels Spiralförderschnecke versorgt.

Ich möchte vom Wohnraum aus alle Daten der Heizung überwachen. Die Rohdaten sollen im Heizungskeller von einem Gerät erfasst werden und an einen zentralen Server geschickt werden. Im Wohnraum ist ein zweites Gerät zur Anzeige aller Daten geplant. Natürlich soll es im Keller ebenfalls möglich sein, die aktuellen Messwerte einzusehen. Weiterhin ist gewünscht, alle Daten auch über das Internet einsehen zu können. Es bietet sich dafür eine Weboberfläche (WWW) an, da alle modernen Endgeräte wie z. B. Handys mit einem Browser ausgestattet sind und IP sprechen. Weiterhin ist gewünscht, dass alle Daten in eine zentrale Datenbank gespeichert werden um dort entsprechende Auswertungen machen zu können und eine Historie zu haben.

Das Monitoring der Heizung mittels des hier geplanten und gebauten Systems HappyHeaterMon, ist Teil einer größeren Installation in meinem Haus und muss daher offen sein. Die Überwachung soll für jedermann nachbaubar, verbesserbar und anpassbar sein. Die Schaltpläne, sowie die Software sollen frei zugänglich sein, bzw unter freien Lizenzen (z. B. (L)GPL verfügbar sein. Diese Seite dokumentiert ausschließlich die Einheit im Keller (HappyHeaterMon folgend nur noch HHM genannt), welche die Daten dort erhebt, zum Teil anzeigt und an den Rechner übermittelt. Den Überblick über das gesamte Konzept findet man hier.

Im Wohnraum, sowie im Keller liegen Ethernetdosen, eine Kommunikationsverbindung zwischen HHM und Server ist gegeben. Da die Dosen auf ein Patchpanel aufgelegt sind, ist es möglich die Sensordaten als serielles Signal über die Netzwerkleitung zu senden.

Als Hardwarebasis soll ein Arduino dienen. Er lässt sich sehr leicht programmieren und alle nötigen Bibliotheken für Ein- und Ausgaben können einfach eingebunden werden. Als Temperatursensoren werden DS18S20 zum Einsatz kommen. Deren Messspektrum (-55°C - +125°C) ist groß genug für die zu erwartenden Temperaturen und sie genügen sich dank OneWire-Bus mit einem einzigen Kabel und einem Messeingang am Controller. Außerdem wurden die Sensoren von mir mittlerweile über ein Jahr im Praxiseinsatz getestet, da sieben davon auf meinem Warmwasserspeicher aufgeklebt waren und mittels Rechner ständig ausgelesen wurden. Der Füllzustand der Pelletbehälters soll mittels Ultraschall bestimmt werden. Der Betrieb der Pumpen, der Förderschnecke und des Zugmotors wird über eine Art selbst gebauten Optokoppler ermittelt. Dazu kommen an die 230V-Verbraucher 230V-LEDs und diese werden mittels Sensor-LED (Entladezeitmessung) vom Mikrocontroller ausgelesen. Als Anzeige dient ein 20×4 LC-Display, die Steuerung wird mittels eines Joysticks vorgenommen. Die Luft im Heizungsraum soll zusätzlich mit einem Rauchsensor überwacht werden.

Für die Umsetzung in Software machte ich einige Tests um festzustellen, ob es überhaupt möglich ist, alle Daten die ich messen möchte zu erlangen und alle Bauteile anzusteuern. Dabei fanden letztlich folgende Bibliotheken Verwendung:

Bauteil	Bibliothek	Lizenz	Funktioniert
DS1820	Dallas Temperature Control Library	LGPL
SRF02	SRF02 Library	LGPL
74*LS*164	ShiftRegLCD	LGPL(?) / GNU GPL v3
Sharp GP2Y1010AU0F	selbst gehackt, ist ja nur ein Puls und eine Spannung	LGPL

• Warmwasser-Pufferspeicher
  • 7x Temperatur-Sensoren, die äußerlich auf den Puffer aufgebracht werden
  • 1x Temperatur-Sensor für Warmwasservorlauf

• Solaranlage
  • Solarpumpe (an/aus)
  • Vor- und Rücklauftemperatur

• Heizung
  • Vor- und Rücklauftemperatur
  • Heizkreispumpe (an/aus)

• Umgebung
  • 1x Temperatur im Heizraum
  • 1x Rauchsensor im Heizraum

• Ofen
  • Vor- und Rücklauftemperatur
  • Zugmotor (an/aus)
  • Pufferladepumpe (an/aus)
  • Pelletmotor (an/aus)
  • Füllstand des Pelletbehälters im Ofen
  • 1x Temperatursensor Kessel
  • 1x Temperatursensor Pelletförderschnecke (Rückbranddetektion)
  • Füllstand des Vorratsbehälters

Eigentlich bestellte ich mir einen FriedlyARM eher als Spielzeug. Nach einigen Tests und der Installation von Debian, stellte sich allerdings heraus, dass das Gerät geradezu ideal war als Frontend für meine Heizungsüberwachung. Folgendes soll angezeigt werden (= Spezifikation für die Webanwendung):

• Zustand Ofen
  • Füllstand Pellets
  • Status Zugmotor (an/aus)
    • letzter Lauf
  • Status Pufferladepume (an/aus)
    • letzter Lauf
  • Temperatur Vor- und Rücklauf
  • Status Pelletförderschnecke (an/aus) - interpoliert
    • letzter Lauf
    • errechneter Verbrauch in 1h, 24h, 7 Tagen

• Zustand Heizkreis
  • Temperatur Vor- und Rücklauf
  • Status Heizkreispumpe (an/aus)

• Zustand Solar
  • Temperatur Vor- und Rücklauf
  • Status Solarpumpe (an/aus)

• Zustand Puffer
  • Temperaturen des Puffers
  • Grafik der Temperaturverteilung
  • Temperatur am Warmwasser-Vorlauf

• Zustand Umgebung
  • Partikel in der Luft (Rauch)
  • Temperatur im Heizraum
  • Temperatur Aussen

• mySQL-Tabellen (Minutentakt)
• munin-Grafiken (5 Minutentakt)
• Update der sonstigen Daten ~ 10 Sekunden

• wenn Solarvorlauf Nachts warm (ungewollte Zirkulation)
• wenn Temperatur im Heizraum zu hoch (Brand)
• wenn Rauch im Heizraum zu dicht (Brand)
• wenn Temperatur an Förderschnecke zu hoch (Brand)
• wenn Puffer kalt (kein Warmwasser)
• wenn Pelletbehälter im Ofen unter 20% Füllstand
• wenn Heizkreisvorlauf zu hoch (Schädigung der Fussbodenheizungen)
• wenn Kesseltemperatur zu hoch (Überkochen)

Achtung! Wer meine Hardware nachbaut oder Software verwendet, tut das auf eigenen Gefahr. Ich übernehme keine Haftung für Datenverluste, kaputte Hardware, abgebrannte Häuser, zerstörte Atomkraftwerke oder am Frickelwahn zerschellte Familienverhältnisse.

Quelltext-Download

• 0-255 Byte - Adressen der Temperatursensoren (Zuordnung auf Grund Speicherplatz) (max. 32 Sensoren)
  1. auf Puffer (unten)
  2. ..
  3. ..
  4. ..
  5. ..
  6. ..
  7. auf Puffer (oben)
  8. Warmwasser Vorlauf
  9. Heizung Vorlauf
  10. Heizung Rücklauf
  11. Solar Vorlauf
  12. Solar Rücklauf
  13. Ofen Vorlauf
  14. Ofen Rücklauf
  15. Ofen Kessel
  16. Ofen Pelletschecke
  17. Heizungsraum
  18. Aussen
  19. frei
  20. frei
  21. frei
  22. frei
  23. frei
  24. frei
  25. frei
  26. frei
  27. frei
  28. frei
  29. frei
  30. frei
  31. frei
  32. frei
• 256, 257 Byte - Minimal- und Maximal-Stand des Pelletspeichers im Zentimeter, als Byte (0-255)

• 0 RX via RS232MAX an PC
• 1 TX via RS232MAX an PC
• 2 LCD-Data an LCD-Modul
• 3 LCD-Takt an LCD-Modul
• 4 OneWire-Verbindung zu den Temperatursensoren
• 5 LED-Sensor Pelletförderschnecke
• 6 LED-Sensor Zugmotor
• 7 LED-Sensor Heizkreispumpe
• 8 LED-Sensor Solarpumpe
• 9 LED-Sensor Pufferladepumpe
• 10 Joystick Button
• 11 Staubsensor Schalter LED
• 12 Status-LED grün
• 13 Status-LED rot

• 0 (14) Joystick Horizontal
• 1 (15) Staubsensor Messeingang
• 2 (16)
• 3 (17)
• 4 (18) SRF02
• 5 (19) SRF02

• 1 LED-Sensor Pelletförderschnecke - weiß
• 2 LED-Sensor Zugmotor - rosa
• 3 LED-Sensor Heizkreispumpe - grau
• 4 LED-Sensor Pufferladepumpe - gelb
• 5 LED-Sensor Solarpumpe - grün
• 6 OneWire - grün
• 7 Staubsensor Messeingang - grün
• 8 Staubsensor LED - rosa
• 9 SRF02 SCL - gelb
• 10 SRF02 SDA -weiß
• 11
• 12
• 13
• 14 LED-Sensoren GND - braun
• 15 OneWire GND - braun
• 16 LED-Sensor Solar GND - braun
• 17 SRF02 GND - schwarz
• 18 Staubsensor S-GND / Staubsensor LED GND - braun
• 19
• 20
• 21
• 22 Staubsensor VCC / Staubsensor LED VCC - gelb
• 23 SRF02 VCC - rot
• 24 OneWire VCC - gelb
• 25

Displayplatine Hauptplatine

Eagle Board Download Vorlagen für Tonerdirektmethode