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Elektronik erleben.
4.1.12 Baucontainer entfeuchten
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Stephan_Mischnick 

Administrator



11.03.18 02:37

4.1.12 Baucontainer entfeuchten

Den ersten Teil dieses Artikels findest du auf dem Strippenstrolch.


Puuh, wie die Jahre vergehen.

Da hatten wir gerade noch den Januar 2017 und schon wieder ein Jahr herum.

Aber neulich war ich wieder bei dem ehemaligen Bauunternehmer (der ist inzwischen in Rente) und da kam das Gespräch auf die fast vergessene Baucontainer-Entfeuchtung.

Zwei Umstände waren es, die mich wohl eine Lösung haben finden lassen (ich weiß aber immer noch nicht, ob es funktionieren wird):

==> Ich habe die oben genannten Sensoren inzwischen in irgend einer Schachtel oder Beutel verbummelt.
==> Ich habe daraufhin neu recherchiert und andere Sensoren gefunden, die ich wohl zuvor übersehen hatte.

Diese Sensoren bereiten das Messergebnis bereits als relative Luftfeuchtigkeit auf und geben ein der Luftfeuchtigkeit proportionales Signal heraus:



(Aus dem Voelkner-Katalog)

Das Sensorkabel muss nun zwar dreiadrig ausgelegt werden, aber das ist ja nicht so tragisch.
Klar ist auch, dass ich nun neue Versuchsaufbauten und neue Messreihen machen muss.

Es wäre nun sehr einfach, einen Mikrocontroller für die Steuerung der Entfeuchtungseinheit einzusetzen. Aber ich denke, es wird sehr schwierig werden eine fertige Einheit später auf irgend einem Bauhof zu pflegen und zu warten, wenn man dort umständlich ein Laptop mit hin schleppen muss.

Daher mache ich gleich die ersten Versuche in Richtung Operationsverstärker.

Gestern sind die Sensoren also eingetroffen und warten darauf, erkundet zu werden.

Mein erster Versuchsaufbau zu dieser Thematik ist dieser hier:



Zunächst stecke ich das und fahre ein paar Versuche damit. (Also quasi beginnen wir mit einer "stumpfen Poti-Spielerei". )

Den ersten Versuch machte ich mit einer roten, direkt angeschlossenen low current LED und alles klappte auf Anhieb:

- Wenn Udiff > 0 dann "springt" die LED an (also, wenn der Plus-Eingang positiver als der Minus-Eingang ist.)
- Wenn Udiff < 0 dann "ploppt" die LED aus (also, wenn der Plus-Eingang negativer als der Minus-Eingang ist.)

Was man aber auch sieht, ist ein gewisses "Glimmen" der LED im Übergangsbereich. Das liegt aber am benutzten Operationsverstärker 741. (Sorry, ich hatte nichts anderes liegen). Wenn man hier einen Rail-To-Rail-OP einstzen würde, wäre das Ergebnis noch um ein Vielfaches besser.

Ich wollte dieses Konzept schon beinahe umsetzen, als ich mit erinnerte, dass die angelieferten Feuchtesensoren mit einer Betriebsspannung von 5 Volt arbeiten.

Nun haben wir ein kleines Problem, denn der Lüfter soll ja mit 12 Volt betrieben werden, um die Beschaffung (Ersatzteil) möglichst einfach zu gestalten.

Also müssten wir die 5 Volt für die Sensoren noch einmal extra "erschaffen". Das geht sehr einfach, indem wir einen 7805 oder einen ähnlichen Baustein einsetzen. Gleichzeitig bedeutet es aber auch einen erhöhten Aufwand bei der Platine (Routing, oder Lochrasterlayout Erstellung).

Hmmm.

Wenn wir aber wiederum sowieso mit 5 Volt hantieren müssen, dann können wir ja doch einen Mikrocontroller einsetzen.

Dabei stören mich aber noch die zwei Stück Sensoren. Das kostet Geld und das kann ja jeder.

Also fiel mir eben gerade ein völlig innovatives Konzept ein, mit nur einem Innensensor auszukommen und dem Controller dann dafür eine kleine Portion "Intelligenz" einzuhauchen.

Man könnte es dann anstatt "Feuchtedifferenz-Schaltung" auch gern "Feuchte-Differenzial-Schaltung" nennen, also richtig eine kleine Bastelei für die Ingenieure unter euch.

Dabei spielt die Luftfeuchte über die Zeit betrachtet eine Rolle:

Würde man einen Graphen zeichnend, der auf der X-Achse die Zeit hat und auf der Y-Achse die relative Luftfeuchte, so brauch man nur noch bis zum relativen Minimum (erste Ableitung = 0, wir erinnern uns) zu lüften und hat "die Bude etwas trockerner, als vorher).

Ich bin selber total gespannt, ob diese Konzept aufgehen wird und beginne also nun doch, meine "geliebte Picaxe" zu einem Differenzen-Quotienten zu bewegen. Wie gesagt, nur ganz grob, ohne Gleitkomma-Arithmetik.

Mein Versuchsaufbau bislang:



Zum Einsatz soll der Sensor HMZ 333A1 von Conrad kommen. Er ist preislich noch erschwinglich und soll laut Katalog eine bereits der relativen Luftfeuchte proportionales Gleichspannungssignal ausgeben können:



Als Beigabe hier auch gleich das Datenblatt dazu: Download Datenblatt HMZ333A1 (PDF)


Nun folgen ein paar Exzerpte aus dem Datenblatt, um den Sensor weiter erkunden zu können:



Wie wir sehen, ist die Ausgangskurve bereits sehr schön linearisiert, so dass wir nachher recht einfach mit dem Differenzenquotienten auf der Picaxe "herum ackern" können.

Aber ganz so einfach ist es dann vielleicht doch nicht, denn die ganze Sache ist temperaturabhängig. aber auch darüber gibt das Datenblatt Auskunft:



Aber möglicherweise brauchen wir die Temperatur gar nicht zu berücksichtigen. Aber wir werden das noch sehen.

Der Sensor hat seine Anschlüsse wie folgt:



Da steht, dass man die Polarität der Betriebsspannung nicht vertauschen soll, also immer Obacht beim Nachbau, denn der Sensor ist zu teuer, als dass er "einfach mal so" aufraucht.

Nachdem wir dieses alles studiert haben, können wir dabei gehen, und einmal eine Betriebsspannung von 5 Volt anlegen und ein Multimeter anklemmen und mal schauen, wie die "Performance", also die Reaktionsgeschwindigkeit des Sensors wohl so ist.

Ich habe schon seit langer Zeit sehr gern LinuxMint im Einsatz und dazu gab es ein Programm namens "QTDMM" in der Synaptik zum Download. Leider hat der Autor das System zu RedHatLinux gewechselt, so dass es keine Aktualisierungen als DEB-Pakete mehr gibt. Aber ich habe mir rechtzeitig eine Sicherungskopie gemacht und möchte diese Kopie hier auch anbieten, denn auch unter LinuxMint 18.xx funktioniert das Ganze immernoch:



Nach dem "Entzippen" (sorry, ich habe der Einfachheit halber das ZIP-Format gewählt) erhält man diese vier DEB-Pakete, die man einfach von links nach rechts mittels "Gdebi" (rechter Mausklick, ganz oben) installiert:



Danach liegt das Programm QTDMM im Ordner "Zubehör". Wenn du alles richtig gemacht hast, wirst du dann das Programm starten können:



Mit folgenden Komponenten werden wir nun arbeiten:

- Mulitmeter Voltcraft VC820 mit serieller Schnittstelle (Conrad)
- Sensor HMZ333A1 (Conrad)
- Tasse Kaffee "Moreno Espresso" (ALDI)
- QTDMM (Matthias Toussaint)
- ASRock ITX-PC (Pollin)

Zunächst sollte der elektrische Part aufgebaut werden, damit der Kaffee in der Zwischenzeit nicht abkühlt, denn dessen Wasserdampf benötigen wir für die ersten "Geh-Versuche."

Ich startete mit der Ersten Messung indem ich mir die Tasse Kaffee holte.
Schon beim Eintritt in die Werkstatt mit der Tasse dampfenden Kaffees war eine deutliche Aktivität des Sensors am Messgerät ablesbar:



Zuletzt bearbeitet am 27.05.18 02:21

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Feuchte-Sensor-Modul-HMZ-333A1-Messbereich-20-90-rF-L-x-B-x-H-31-x-18-x-9.7mm-1St..jpg Feuchte-Sensor-Modul-HMZ-333A1-Messbereich-20-90-rF-L-x-B-x-H-31-x-18-x-9.7mm-1St..jpg (75x)

Mime-Type: image/jpeg, 120 kB

Stephan_Mischnick 

Administrator



17.03.18 21:49

4.1.12.4 Versuch 2 mit Innen- und Außenfühler

Damit das hier nicht immer dieselbe "Machart" ist, fange ich hier nun einmal mit dem Foto meines Versuchsaufbaus an:



Wir sehen hier neben einigem Drahtgewirr diese Komponenten:



-- 1 = Kaffeetasse mit Kaffee zur Simulation der Luftfeuchtigkeit
-- 2 = Außenfühler (links) und Innenfühler (rechts)
-- 3 = OP 741 und CD 4093 zur Signalaufbereitung
-- 4 = BUZ 11 MOSFET (Merke: "Ein guter BUZ ist immer nutz.")
-- 5 = Spannungsversorgung 9.2.13 (Strippenstrolch-Variante)
-- 6 = 12 Volt Silent-Lüfter (Im Versuch mit nur 5 Volt betrieben)

Diesem "Geraffel" liegt folgender Schaltplan zugrunde:



Ich probierte das Ganze dann auch mit einer Tasse wirklich guten Kaffees aus:

Zunächst lief der Lüfter von allein an. Also trank ich einen tiefen Schluck des Kaffees und hauchte also den Außenfühler an, in der Hoffnung, dass dieser nun eine größere Feuchtigkeit anzeigt, als der Innenfühler. Aber es tat sich nicht wirklich etwas. Erst nach intensivem Kaffeegenuss und wirklich derbem Anhauchen des Außenfühlers bequemte sich die Schaltung, den Lüfter abzuschalten. (Weil ich ja eine höhere Außenluftfeuchte simulierte, als im Inneren des Containers.)

Das beutet nun dieses hier:

Das Prinzip funktioniert also durchaus so, wie ich es mir gedacht hatte, jedoch sind die Hysteresen der Bausteine viel zu groß und zudem so noch nicht einstellbar. Auch müssten die Feuchtesensoren kalibriert werden, was einen späteren Austausch auf dem Bauhof zu einem wahren "Experiment" machen würde.

Daher bin ich nun doch geneigt, einen Mikrocontroller einzusetzen, der mit nur einem einzigen Sensor ausgestattet wird.
Eine gute Software wird dann ebenfalls den Container entfeuchten können.

Dazu in der nächsten Erweiterung mehr.

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Stephan_Mischnick 

Administrator



17.03.18 23:12

4.1.12.5 Versuch 3 mit nur einem Innenfühler und µC

Also zunächst müssen wir mal gucken, welche der Picaxen wir nutzen können. Dabei müssen wir ein Augenmerk darauf legen, dass wir die kleinstmögliche Picaxe auswählen.

Dabei benötigen wir nun:

- 1 Analogeingang für den Sensor
- 1 Digitalausgang für den Lüfter
- 1 oder mehrere Ausgänge für die Visualisierung

Schauen wir doch einmal, ob das die Picaxe 08M2 schon leistet. Dabei nehme ich gleich ein Pinout für das Strippenstrolch Experimentierboard:

<a href="download.php?type=image_full&id=1520759855" rel="lightbox-forum"><a href="download.php?type=image_full&id=1520759855" rel="lightbox-forum"><a href="download.php?type=image_full&id=1520759855" rel="lightbox-forum"></a></a></a>


So wie ich das sehe, werden wir bereits mit einer Picaxe 08M2 auskommen:

C.4 ==> Sensor-Eingang (ADC)
C.1 ==> Lüfter-Ausgang (Out)
C.2 ==> Status LED (Out)

Also werde ich das nun erst einmal nach diesem Prinzip aufbauen:



Uuuih, das sieht schon wesentlich übersichtlicher aus, als der Versuch mit den zwei Sensoren, oder ?

Als erstes habe ich ein Programm geschrieben, was mit einen 10-Bit-Wert einliest und diesen Wert auf dem Debug-Bildschirm ausgibt:



Als ich das Programm startete und nachschaute, ergab sich schon auf Anhieb ein sehr guter Zahlenwert:



Dieser Zahlenwert spiegelt im Moment die aktuelle Raumfeuchtigkeit wider.

Jetzt müssen wir daran gehen, und eine gewitzte Software erstellen, die die Raumfeuchte immer geringer und geringer werden lässt.

Ein erstes Prinzip ist das "Delta-Prinzip":

1. Der Raum wird eine Minute "auf Verdacht" gelüftet.
2. Es wird ein erster Feuchte-Wert gespeichert.
3. Der Raum wird eine Zeit "Delta" lang gelüftet.
4. Es wird geschaut, ob der Raum trockerner geworden ist. (Delta Feuchte 1 und Feuchte 2)
5. Wenn kein "Feuchtedelta" mehr vorhanden ist, ist die maximale Raumtrockenheit erreicht.

Das sieht im Picaxe-Editor folgendermaßen aus:



Dieses Programm funktioniert zusammen mit dieser Schaltung:



Aber diese Lüftungs-Variante hat ihre Tücken.

Davon in der nächsten Erweiterung.

Zuletzt bearbeitet am 18.03.18 10:39

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Stephan_Mischnick 

Administrator



18.03.18 10:56

4.1.12.6 Versuch 4 mit Innen- und Außenfühler

Zunächst beschreibe ich hier, warum es mit nur einem Fühler schwierig werden könnte.

Wenn die Innenfeuchte z.B. auf etwa 40% RH herunter gedrückt wurde und die Schaltung festgestellt hat, dass das ein relatives Minimum ist (Delta RH% wurde zu Null), schaltet der Lüfter ja ab.

Das funktioniert auch sehr eindrucksvoll bereits mit der hier gezeigten Probeschaltung.

Jetzt müsste aber immer mal "nachgeguckt" werden, ob es im Container nicht vielleicht wieder feuchter geworden ist. Das kann man machen, in dem man einfach den Innenfühler überwachen würde, und bei einem Delta X RH% größer Hysterese den Lüfter wieder einschaltet.

Nun könnte es aber sein, dass es draußen inzwischen feuchter geworden ist. Damit käme man aber nicht wieder auf die 40% RH zurück, denn die einprogrammierte Hysteresedifferenz bliebe übrig und würde sich von Vorgang zu Vorhgang aufaddieren, wenn es draußen gerade dabei ist, noch feuchter zu werden (z.B. Frühlingsbeginn).

Damit hätten wir also keinen "Blumentopf" gewinnen können.


Es folgt hier also nun der vierte Versuch, mit je einem Innen- und Außenfühler. Dann sieht die Sache schon ganz anders aus.

Um etwas "beweglicher" zu sein greife ich nun zu einer Picaxe 14M2. Damit müsse es dann auch möglich sein, die HR in % auf einem Display anzuzeigen. Da ich hier noch ein solches Display aus einem anderen Projekt liegen habe, plane ich es gleich mit ein.

Aber zunächst müssen wir uns hier das Pinout der Picaxe 14M2 einbinden, um zu schauen, welche Pins wir wofür nutzen möchten:



Wir benötigen nun also:

C.4 ==> Sensor-Eingang "innen" (ADC-10Bit)
C.0 ==> Sensor-Eingang "außen" (ADC-10Bit)
C.1 ==> LED-Ausgang "Betriebsmodus" (OUT)
C.2 ==> Serieller Ausgang für das Display (OUT)
B.5 ==> Lüfterausgang (OUT)

B.1 ==> (Evtl. Temperaurfühler-Eingang "innen") (Später)
B.2 ==> (Evtl. Temperaturfüher-Eingang "außen") (Später)

Beginnen wir erstmal ohne Display und ohne Temperaturfühler:



Dies Konstellation funktioniert schon einmal wesentlich besser als das Modell mit nur einem Fühler. Wenn ich also einen kräftigen Schluck guten Kaffees trinke und den Innenfühler anhauche, so setzt sich umgehend (nach 1 Sekunde) der Lüfter in Gang und man kann am Debugging-Fesnter gut sehen, wie effektiv der Innenfühler "dehydriert" wird. Zudem funktioniert nun auch die Abschaltung des Lüfters auf den Punkt und überdies hinaus ist das zugrunde liegende Programm sehr viel einfacher.

Ich würde also sagen, das ist schonmal der richtige Weg:

-- Innenfühler
-- Außenfühler
-- Silent-Lüfter
-- Picaxe 14M2

Jetzt bin ich neugierig geworden und möchte nun einmal die "Performance" aufzeigen. Dazu benutze ich wieder das QTDMM.

Zunächst ohne Lüfter (einfach abgeklemmt):



Und nun mit Lüfter:



Wir sehen einen deutlichen Unterschied:

==> Ohne Lüfter ==> Trockungszeit ca. 7,5 Minuten
==> Mit Lüfter ==> Trockungszeit ca. 2,5 Minuten

Das beflügelt mich, mit dieser Technologie weiter zu machen.

Hier der Schaltplan dazu:



Auch die Kürze des Programms ist sehr erfrischend:



Zuletzt bearbeitet am 18.03.18 20:16

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Stephan_Mischnick 

Administrator



26.05.18 22:53

4.1.12.7 Auswertung des ersten Versuchs

Beim ersten Versuch installierte ich den Lüfter "nackt" und bannte die Elektronik in ein kleines TEKO-Gehäuse:



Ich bat den befreundeten Ingenieur, doch bitte eine kleine Messreihe aufzunehmen, wie sich die Feuchtigkeit in dem Proberaum entwickeln würde.

Da er selber sehr interessiert war (wie bei Ingenieuren so oft der Fall), hat er ein digitales Hygrometer besorgt und diese schöne Messreihe aufgenommen:



In dieser Messreihe fällt auf, dass es in der letzten Messung und in der siebenten Messung von hinten draußen feuchter war, als drinnen und der Lüfter trotzdem lief.

Das mag an den unterschiedlichen Luft-Temepraturen gelegen haben, und auch daran, dass ich auf die Programmierung einer Hysterese verzichtet hatte.

Zudem erkennt man in manchen Messungen, dass der Raum eine Luftfeuchtigkeit von weniger als 40% aufwies, was bei der Lagerung von Hölzern arge Probleme bereiten kann.

Fazit 1:

- Die Schaltung funktioniert "brutal" tadellos.
- Der Raum wird immer weiter herunter getrocknet, allerdings ohne Rücksicht auf eine verbleibende Raumfeuchte.
- Die nicht einstellbare Luftfeuchte kann z.B. bei Hölzern arge Probleme erzeugen, weil die Luft zu trocken wird.

Fazit 2:

- Es muss eine einstellbare Entfeuchtung konzipiert werden.
- Das System sollte keinen Ruhestromverbrauch haben, um mit Solarantrieb zu funktionieren.

Fazit 3:

- Ich muss nochmal ran.

Zuletzt bearbeitet am 26.05.18 22:54

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Stephan_Mischnick 

Administrator



26.05.18 23:19

4.1.12.8 System ohne Ruhestrombedarf

Also, zunächst einmal besorgte ich ein paar einfache Hygrometer aus dem Hause TFA. Eines dieser Geräte gab ich umgehend bei dem Versuchs-Ingenieur ab, damit das Instrument sich schon einmal "in Ruhe" auf das dortige Raumklima einstellen konnte.

Dieses Hygrometer hat zwei "grüne Zonen" (eine für die Raumtemperatur und eine für die rel. Luftfeuchte) und funktioniert ohne Hilfsenergie, also komplett ohne Batterien:



Die Idealwerte für einen Wohnraum (also auch für die Lagerung von Hölzern) sind bei diesem Modell schon sehr schön in Grün dargestellt.

Danach suchte ich nach Sensoren ohne Hilfsenergie und wurde bei Conrad-Elektronik fündig:



Dieser Sensor funktioniert mit einem Plastik-Streifen, der sich mit Feuchtigkeit vollsaugt und dadurch seine Länge ändert. Also genau so, wie das gute alte Pferdehaar, nur halt "ohne Pferd".
Das Gute an dem Sensor ist, dass er keine Hilfsenergie benötigt und das komplette fertige Gerät somit später problemlos (???) mit Solarenergie betrieben werden könnte.

Die elektrische Schaltung dazu ist wirklich extrem einfach:

Bild


Zuletzt bearbeitet am 26.05.18 23:25

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