Hardware
Aus dieser Projektseite wird die verwendetet Hardware beschrieben.
Inhaltsverzeichnis der Arduino-Projektseiten
- Teil 1: Arduino im Reisemobil
- Teil 2: Konzeptionelle Überlegungen
- Teil 3: Hardware
- Teil 4: Erkenntnisse und Tipps
- Teil 5: Tools und Links
1 Arduino Mega
Der im Projekt verwendete Mega arbeitet mit dem Mikrocontroller ATmega2560 und verfügt über folgende Eigenschaften:
- Boardspannung: 5 V
- Spannungsversorgung: Pin-Leiste: 5 V, USB-Stecker, Netzteilbuchse: 7-12 V
- Digitale Ein-/Ausgänge: 54
- Analoge Eingänge: 16
- Serielle Schnitstellen: 4
- Speicher: 256 KB Flash, 8 KB SRAM, 4 KB EEPROM
- Abmessungen: ca. 10 x 5,5 cm
Das Bild zeigt einen kompatiblen Arduino Mega von Elegoo.
2 Sensoren
FC-37 – Wasser
Der Sensor FC-37 ist ein Regensensor, der mit der Sensorfläche nach unten am GFK-Boden des Reisemobils befestigt wird. Der Sensor erkennt Wassertropfen ab ca. 2 mm.
Bei der Montage liegt eine Seite der Sensorfläche direkt am Boden an, während die andere Seite aufgrund der Lötstellen der Steckerleiste ca. 1-2 mm vom Boden absteht.
Leckage-Wasser kann so ungehindert unter den Sensor zur Sensorfläche fließen.
Bei umgekehrter Montage (Sensorfläche oben, ohne Steckerleiste) müsste Wasser erst die Höhe der Leiterplatte (1 mm) erreichen, um auf die Sensorfläche gelangen zu können.
Montageort: Elektrofach, Heizungsfach, Badunterschrank, Kaltwasserverteiler, Pumpenfach, Frischwassertanks, Abwassertank, Küchenspüle.
DHT22 – Luftfeuchte / Temperatur
Zur Messung der Luftfeuchte dienen DHT22 Sensoren, die auch die Temperatur liefern. Die Genauigkeit dieser preiswerten Luftfeuchtesensoren (ca. 5 EUR) ist für den Einsatzzweck ausreichend.
Montageort: Innenraum Wohnkabine, Innenraum Fahrerhaus, Kühlschrank, Elektrofach, Heizungsfach, Badunterschrank, Kaltwasserverteiler, Pumpenfach, Frischwassertanks, Abwassertank, Küchenspüle.
DS18B20 – Temperatur
Der DS18B20 ist ein recht genauer und günstiger Temperatursensor, der über einen 1-Wire-Bus angeschlossen wird. Durch das wasserdichte Gehäuse ist er im Außenbereich einsetzbar.
Montageort: Außen, Boiler, Motor
Spannung
Die Batteriespannung von Fahrgestell und Wohnkabine wird mit je einem Spannungsteiler 56k/11k gemessen. Der Spannungsteiler ist anhand der maximalen Batteriespannung und der Referenzspannung (s.u.) konfiguriert. Bei 28,8 V Batteriespannung liegen am Arduino 4,73 V an. Durch den Spannungsteiler fliesen 0,43 mA bei 28,8 V.
SEN0257 – Wasserdruck
Der Wasserdruck wird mit dem Sensor SEN0257 gemessen. Der Messwert wird als Spannung 0,5 V – 4,5 V ausgegeben.
3 Uhrzeit / Datum
Das System benötigt eine Echtzeituhr für den Kühlschrank-Timer. Ein RTC-Modul (Real Time Clock) liefert Uhrzeit und Datum. Im Projekt verwenden wir eine Echtzeituhr auf Basis des DS3231SN, dessen Genauigkeit recht gut ist.
Eine Knopfzelle kann beim Ausfall des Bordnetzes den DS3231SN mit Strom versorgen, so dass die Uhr weiter läuft und nicht neu gestellt werden muss. Die Alarmfunktion der Echtzeituhr wird zum regelmäßigen Wecken des Arduino verwendet.
Weitere Infos hinsichtlich Brandgefahr bei Verwendung einer CR2032 in den Erkenntnissen.
4 Display
Das Touch-Display ist ein Nextion Enhanced Version NX4832K035 mit 480×320 Pixeln, programmierbarem Mikrocontroller und serieller Schnittstelle. Mit dem kostenlosen Nextion Editor definiert man die Bildschirmseiten und programmiert den Mikrocontroller. Die Programmiersprache ist recht einfach und ähnlich dem C++ des Arduino.
Wir haben die Displays im Bundle mit Gehäuse bestellt. Das Gehäuse besteht aus zwei flachen Kunststoffteilen mit Aussparungen, zwischen die das Display mit Schrauben geklemmt wird. Zwischen den beiden Gehäuseteilen bleibt somit eine umlaufende Fuge. Die Fuge haben wir geschlossen, damit die Elektronik etwas gegen Spritzwasser geschützt ist und es optisch ansprechender ist.
5 Halbleiter-Relais
Das Ein-/Ausschalten der positiven Versorgungsspannung der Displays, Sensoren, Kühlschrank und Lüfter erfolgt mit sogenannten High-Side-Switches mit P-Channel-MOSFET.
Leider war kein Modul bis 28.8 V (24 V) zu finden, das den elektrischen und mechanischen Anforderungen entspricht. Deshalb haben wir eine Platine entworfen, produzieren lassen und bestückt. Vier Schalter sind auf einer Platine, wobei diese für zukünftige Anwendungen auch vereinzelt werden können.
Die Platine für das Halbleiterrelais wurde mit KiCad erstellt und bei aisler.net bestellt. Drei Platinen (je 4 Schalter) kosten < 30 EUR mit kleiner Spende für die Weiterentwicklung von KiCad. Die Lieferung kommt aus Deutschland/Europa, d.h. schnell und kein Verzollungsaufwand.
6 DC-DC-Wandler
Die 5 V Spannungsversorgung für Arduino, Displays und Sensoren kommt von einem DC-DC-Wandler 24 V -> 5 V / 5 A.
Der K240505 hat 1.5 mA Ruhestrom bei 24 V, was für einen geringen Gesamtverbrauch des Systems entscheidend ist. 12V-Fahrzeuge: Ruhestrom 1,13 mA / 12 V
Hinweis: Zuerst hatten wir ein Modell im Kühlkörper-Design mit unglaublichen 34 mA Ruhestrom!
7 Terminalblock
Mit Hilfe des Terminalblocks können die Kabel mit dem Schraubendreher an den Arduino Mega angeklemmt werden. Der Terminalblock wird direkt auf den Arduino Mega aufgesteckt (siehe Bild).
8 CAT6 Kabel für die Sensoren
Die Sensoren sind über CAT6-Netzwerkkabel verbunden (teilweise auch CAT5e).
Bei 8 Adern pro Kabel können nach Abzug von Vcc und GND noch 6 Sensoren (Datenleitungen) pro Kabel angeschlossen werden. Auch mit dem längsten CAT6 Kabel (ca. 10 m) funktioniert die Übertragung der Sensordaten tadellos.
Alle Vcc und GND der CAT6-Kabel sind im Arduino-Gehäuse jeweils an einem gemeinsamen Punkt angeschlossen.
9 Kabel mit Steckverbinder
Die Sensoren sind jeweils über ein kurzes Kabel mit Steckverbinder mit dem jeweilige CAT-Kabel verbunden. Die Steckverbinderkabel sind aus dem Kfz-Bereich.
Im Falle eines defekten Sensors kann dieser recht einfach getauscht werden.
Auch die Installation der Sensoren gestaltet sich einfacher, da nicht an der Stelle gelötet werden muss, an der der Sensor platziert wird. Gerade bei den Wassersensoren ist das hilfreich, da die gewünschte Montageposition am GFK-Boden mit dem Lötkolben nicht immer leicht zugänglich ist.
10 Gehäuse für Sensoren im Innenraum
Für die Raumsensoren gibt es Gehäuse mit Schlitzen, damit die Raumluft die Sensoren erreichen kann.
Wir verwenden in der Kabine und im Fahrerhaus jeweils eines der kleinen 40×40 Gehäuse (s.u.). In einem dieser Gehäuse konnten wir einen DHT22 und einen Sensirion SEK-SCD41 unterbringen.
Die Gehäuse gibt es auch größer und auch rund (z.B. bei voelkner.de).
Hammond Electronics 1551V1WH Universal-Gehäuse 40 x 40 x 20 ABS Weiß
Hammond Electronics 1551V1BK Universal-Gehäuse 40 x 40 x 20 ABS Schwarz
11 Gehäuse für den Arduino / Kabelverschraubungen
Das anfangs leere Gehäuse mit den mächtigen Kabelverschraubungen wirkte für den Arduino im Reisemobil reichlich überdimensioniert. Spätestens beim Verdrahten wurde jedoch deutlich, dass das Arduino-Gehäuse für das Wohnmobil die richtige Größe hat. Es bietet genug Platz zum bequemen Anschließen der Kabel und hat Reserven für Erweiterungen. So konnten auch gleich alle 3 Platinen mit Halbleiter-Relais für spätere Funktionen verbaut werden.
Durch jeden Dichteinsatz der beiden Kabelverschraubungen passen 14 Kabel mit 7 mm Durchmesser. Ideal für CAT6-Kabel.
Gehäuse: Molex 0936040071, RAL 7037, IP66, Abmessungen 252 x 215 x 91 mm (alternativ 0936040032, RAL 9006)
Kabeldurchführung: Lapp Kabelverschraubung (53111060), Mehrfachdichteinsatz 14-fach, Ø 7 mm (53350147), Gegenmutter (53119060)
Weiter zu Teil 4: Erkenntnisse und Tipps
und mach alles meßbar, was sich nicht messen läßt.“