Bodenfeuchtesensor

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Version 1.0	08.05.2011	Initialversion
Version 1.1	09.05.2011	Hardwareabschnitt ergänzt

Dr. Boris Neubert omega@online.de
Hausautomation
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Motivation

Maz Rashid hat auf seiner Seite vorgestellt, wie er den Bodenfeuchtesensor von Gardena in seine Hausautomation mittels FS20-Funkanbindung integriert hat. Aufgrund geringfügig anderer Rahmenbedingungen haben wir für die Integration eines Gardena-Bodenfeuchtesensors (Artikelnummer 1188) in unsere Hausautomation eine leicht andere Vorgehensweise gewählt, die hier beschrieben ist.

Folgende Rahmenbedingungen waren zu beachten:

Die Stromversorgung für den Bodenfeuchtesensor und das FS20-Modul sollten aus dem benachbarten Gartenhäuschen erfolgen, wo die Versorgungsspannung von 3,3 V in der vorhandenen Pumpen- und Ventilsteuerung für die Bewässerung zur Verfügung steht.
Das FS20-Modul sollte im Inneren des Bodenfeuchtesensors Platz finden.
Da die Spannungsversorgung über ein Netzteil erfolgt, spielte Stromsparen bei der Entwicklung im Gegensatz zu batteriebetriebenen Geräten nur eine untergeordnete Rolle.

Hardware

Bodenfeuchtesensor

Die Funktionsweise des Bodenfeuchtesensors ist auf Maz' Seite ausführlich erläutert. Für den hier beschriebenen Aufbau ist darüberhinaus wichtig, daß der Schaltanschluß nicht potentialfrei ist. In dem nebenstehenden Ersatzschaltbild ist der Schalter geschlossen, wenn der Boden feucht ist, und offen, wenn der Boden trocken ist. Bei Blick von vorne auf die Buchse am Kabel liegt der rechte Pin auf Masse.

Modul

Es kommt ein CPM zum Einsatz, der auf einer Streifenrasterplatine mit einigen diskreten Komponenten aufgebracht wird. Die Schaltung kann mit V_DD= 3 V oder 3,3 V versorgt werden. Der Schalter, der ein sofortiges Senden des Zustands auslöst und ferner zum Einschalten des Konfigurationsmodus dient, wird von Pin PA0 nach GND geschaltet. Die Sende/User-LED wird mit einem 820Ω-Widerstand von Pin LED/CS nach V_DD gelegt. Der Schaltanschluß des Bodenfeuchtesensors wird mit Pin PA1 (SENS) und GND verbunden. Aufgrund des vergleichsweise geringen Widerstands von 10 kΩ im geöffneten Zustand wird der Schaltanschluß nicht mit einem internen Pullup des ATTiny84 sondern mit einem externen Pullup von R= 1 kΩ nach V_DD gelegt. Dies führt im geschlossenen Zustand (feucht) zu einem für den Batteriebetrieb nicht unerheblichen Strom von ca. 3 mA.

Hier sieht man das Platinenlayout (hochauflösende Druckversion als PDF-Datei):

Es sind zunächst die Drahtbrücken (blau und rot) einzulöten, da sie unter anderen Bauteilen verschwinden. Das CPM wird gesockelt (Präzisionssockel mit gedrehten Fassungen). Rechts und links neben dem CPM werden Präzisionsbuchsenleisten aufgebracht, um das Selbstbau-ISP-Programmierkabel anschließen zu können. Die Spannungsversorgung der Schaltung und des Bodenfeuchtesensors sowie der Schaltanschluß des Bodenfeuchtesensors werden mittels Buchsenleisten und aus Stiftleisten herstellten Steckern (1×2) mit rechteckigen Kontakten an die Platine angeschlossen.

Einbau

Der Bodenfeuchtesensor läßt sich leicht zerlegen und wieder zusammenbauen.

Das Batteriefach wird geöffnet und der Batteriehalter aus dem Batteriefach entfernt. Die beiden Schrauben (Torx T20) werden herausgedreht und der Pfahl, mit dem der Bodenfeuchtesensor eingepflanzt wird, abgehebelt. Darauf zerfällt der Bodenfeuchtesensor in den Steuerteil, den Pfahl und zwei Gehäusehälften.

Die Spannungsversorgung des Bodenfeuchtsensors wird auf der einen Seite am Batterieclip angelötet und auf der anderen mit einem aus einer Stiftleiste hergestellten zweipoligen Stecker versehen. Der zweipolige Stecker mit flachen Stiften am schwarzen Kabel (mit der dreipoligen Buche am anderen Ende) wird dicht an diesem zweipoligen Stecker abgeschnitten. In den Teil des Gehäuses mit der verschließbaren Außenöffnung wird ein Loch gebohrt und eine Kabeldurchführung aus Gummi eingebracht. Durch diese werden das Kabel für die externe Spannungsversorgung und das Ende des schwarzen Kabels geführt. An beide Kabel werden aus Stiftleisten zweipolige Stecker angelötet. Die drei Kabel werden auf die Platine gesteckt, die vollständig im Batteriefach Platz findet.

Danach wird das Gehäuse wieder zusammengebaut und das schwarze Kabel am Steuerteil eingesteckt. Das Kabel führt durch die Kabeldurchführung zurück in den Innenraum. Der Bodenfeuchtesensor kann nun gemäß Anleitung eingepflanzt werden.

Software

Die Firmware für das Modul beruht auf dem CPM Tiny Action Framework und befindet sich im Statussensor-Projekt, welches Teil der Firmware-Suite culfw ist.

Details zur Firmware und der Bedienung sind im README dargestellt.

Bildergalerie

Die Spannungsversorgung des Bodenfeuchtsensors vom FS20-Modul wird am Batterieclip angelötet.

Wiederverschlossener Batterieclip.

FS20-Modul mit Anschlüssen: Spannungsversorgung (rot markiert) und Sensorverbindung (blau markiert).

Der zerlegte Bodenfeuchtesensor mit FS20-Modul.

Testumgebung im sandgefüllten Blumentopf am PC mit FS20-Fernbedienung zum Anlernen.

Der zweipolige Stecker am Schaltkabel wird abgeschnitten.

Das Schaltkabel (schwarz) und die Spannungsversorgung (rot) werden durch eine Gummidichtung (Kabeldurchführung) ins Innere geführt.

Der eingepflanzte Bodenfeuchtesensor.