Sammelthread: "Ist mein Projekt machbar?"

  • Hallo Raspberry Pi Community,


    erst einmal eine kurze Vorstellung meinerseits: Ich bin 26 Jahre alt und bin aktuell im Master Maschinenbau. Meine Elektronik & Programmierkenntnisse sind, nach einigen Arduino Projekten und auch Programmieraufgaben in C#, ganz ok. Natürlich ist ein Maschinenbau-Student keinesfalls mit einem Elektrotechnik-Studenten gleichzusetzen. Würde mich eher als Beginner einordnen.


    Für eine größere Projektarbeit sitze ich jetzt schon einige Wochen an der Grobplanung. Aufgabe ist es ein Anschauungsmodell für den Wärmestrom für die Vorlesung im Fach Thermodynamik in der Bachelor-Vorlesung zu entwickeln und zu bauen. Hierbei soll Wasser in einem Wasserkreislauf mittels Strom erwärmt und anschließend wieder mittels Lüftern und Radiator gekühlt werden. Temperatursensoren vor und nach der Erwärmung und Abkühlung nehmen die aktuelle Temperatur auf. Ein Durchflusssensor erfasst den Massenstrom. Mit der spezifischen Wärmekapazität des Wassers, Delta T sowie dem Massenstrom lässt sich anschließend der Wärmestrom beispielsweise der Erwärmung berechnen.


    Die Steuerung und Erfassung soll im besten Fall mit einem Raspberry Pi entwickelt werden. Meine Idee war anfangs ein Arduino, da ich hier schon etwas fortgeschrittenere Kenntnisse habe, mein Betreuer würde aber einen Raspberry Pi bevorzugen.

    Erfassen muss der Raspberry Pi: Die Temperatur der vier Sensoren sowie den Massenstrom über den einen Sensor.

    Gesteuert werden muss: die Spannung der Pumpe (Pumpenleistung), die Spannung der Lüfter (Kühlleistung), die Spannung am Heizelement (Heizleistung).


    Folgend der komplette Aufbau:


    [Blocked Image: http://fs5.directupload.net/images/180415/temp/5j3au7zi.png]


    Die Ausgabe der Messwerte sowie die Einstellung der verschiedenen Leistungen soll über ein Touch-Display erfolgen.


    Nachfolgend eine Beispiel wie ich mir das GUI vorstelle:


    [Blocked Image: http://fs5.directupload.net/images/180415/temp/e836mqm4.png]


    Vor dem Heizelement und vor den Lüftern soll jeweils ein Einbau-Leistungsmesser die aktuelle Leistung anzeigen.

    Budget des Projektes liegt bei 500 €, kann ggf. aber auch mehr werden.


    Jetzt also mal zu meinen bisherigen ausgewählten Bauteilen und Ideen:


    Pumpe:

    Hier würde ich gerne auf eine 12 V Pumpe einer PC-Wasserkühlung zurückgreifen, diese besitzt gleich ein Ausgleichsbehälter. Laut Recherche sollte diese ab ca. 7 V anlaufen und so zwischen 7 V und 12 V je nach gewünschter Leistung eingestellt werden können (Muss ich natürlich bei Erhalt der Pumpe erstmal testen).


    Idee 1: Verwendung einer Pumpe die bereits eine PWM integriert hat. Lieferung des PWM Signals über den Raspberry. Eigene 12 V Spannungsversorgung für die Pumpe. Bspw.: https://www.caseking.de/ek-wat…nkl.-pumpe-waek-1124.html

    Inwiefern da 5V Spannungsspitze des Rasberrys ausreicht müsste ich noch in Erfahrung bringen.


    Idee 2: Steuerung über PWM des Raspberrys am Ground eines Mosfets (z.B. IRFD 024). Eigene 12 V Spannungsversorgung für die Pumpe. Also je nach gelieferter PWM des Raspberrys am Gate stellt sich die passende Drain- Source Spannung ein. Bspw.: https://www.aquatuning.de/wass…pe-12v-ddc-3.25-18w?c=343


    Lüfter:

    Bei den Lüftern würde ich 120 mm Lüfter aus dem Computerbereich nutzen. Hier gibt es ebenfalls Lüfter die bereits über die PWM steuerbar sind. Diese würde ich parallelschalten und das PWM-Kabel mittels Raspberry steuern. Die Lüfter selbst dann über ein passendes 12 V Netzteil mit Spannung versorgen. Bspw.: https://www.caseking.de/bitfen…ter-schwarz-lubf-054.html


    Radiator:

    Hier gibt es je nach benötigter Kühlleistung verschiedene Größen. Bspw.: https://www.caseking.de/coolgate-cg560-560mm-radiator-schwarz-wara-309.html</p><p>


    Heizelement:

    Für das Heizelement werde ich auf eine Teichheizung (230 V AC) zurückgreifen mit einer Leistung von 1 KW. Hier: https://www.koigarten-mueller.…izer-220-V-1-KW-Edelstahl

    Alternativ würden auch Heizpatronen in Frage kommen, die es in verschiedenen Größen gibt. Allerdings müsste ich hierfür wieder ein passendes Gehäuse konstruieren. Falls jemand alternative Ideen zum Heizen hat, immer her damit.


    Da der Teichheizer ein vorgeschaltetes Thermostat hat, müsste ich erst in Erfahrung bringen ob dieses abtrennbar/deaktivierbar ist.

    Zur Steuerung habe ich etwas recherchiert und bin auf den Begriff „Wellenpaketsteuerung“ bzw. „Schwingungspaketsteuerung“ gestoßen. Ein User in einem anderen Forum hat ein Heizelement mittels SSR (ohne Nulldurchgangserkennung) angesteuert. Erscheint mir nach Recherche das Beste, da ich wohl keine Synchronisation durchführen muss im Vergleich zur Phasenabschnittssteuerung?

    Alternativ könnte ich den leichten Weg gehen und mittels Leistungsregler und vorgeschaltetem DC-und Puls-Konverter das ganze bequem steuern. Leistungsregler: https://www.conrad.de/de/leist…0-vac-230-vac-190516.html

    DC-und Puls-Konverter: https://www.reichelt.de/Bausae…ROUPID=7836&ARTICLE=74410


    Temperatursensoren:

    Als Temperatursensoren würde ich 4x den DS18B20 verwenden. Dieser wird anschließend durch eine Bohrung in die Leuitung gehängt und von dem Wasser umströmt.


    Durchflusssensor:

    Als Durchflusssensor würde ich diesen hier verwenden: https://www.conrad.de/de/durch…essbereich-05-503591.html

    Sollte eigentlich leicht über Raspberry auszulesen sein, da ca. 435 Imp./ L über das Signalkabel kommen.


    Anzeige Leistung:

    Leider habe ich bis jetzt noch keine passende Anzeige für die Leistung gefunden. Einmal benötige ich ein Leistungsmesser für DC und einmal für AC. Diese soll die jeweils aktuelle Leistung von den Lüftern und einmal des Heizelementes anzeigen. Hat jemand eine Idee?


    Touch-Display:

    https://www.rasppishop.de/Raspberry-Pi-7-Touchscreen-Display

    oder

    https://www.rasppishop.de/101-…A-AV-Touch-Screen-Display


    Nun zu meinen Fragen:

    Glaubt ihr, dass der Raspberry das richtige System für den gelieferten Aufbau ist? Seht ihr grundsätzlich Problem oder absolute grobe Fehler in meiner Planung?

    Habe ich etwas nicht bedacht, das so nicht funktionieren kann?

    Wenn ich das ganze mit dem Raspberry realisieren sollte benötige ich ja eine PWM für die Pumpe, die Lüfter und das Heizelement. Laut Datenblatt für den Raspberry Pi 3 B+ gibt es vier Hardware PWM Pins, das sollte also ausreichen oder?

    Für den Touchscreen benötige ich ja ein GUI. Welche Library ist denn für Python empfehlenswert und leicht erlernbar?


    Vielen Dank für eure Hilfe!

  • Hallo und Willkommen im Forum,


    schöner Einstiegspost von dir. Auch sehr viel Zeit genommen diesen zu erstellen. Von mir hierfür gleich mal ein Lob :thumbup:

    Folgendes würd ich dir dennoch empfehlen:

    • Lade die Bilder direkt hier im Forum hoch, nicht über einen 3. Anbieter. Dort werden irgendwann die Bilder gelöscht und stehen somit im Beitrag nicht mehr zur Verfügung
    • Prinzipiell bist du (so denke ich) mit dem ganzen gar nicht so auf einen falschen Weg, für konkrete Fragen empfehle ich dir, erstelle einen eigenen Thread mit deinen Anliegen. (Hast du ja eh schon hier gemacht. Wobei du bei eigenen Threads wieder darauf achten musst, dass du so viel Informationen wie möglich mitteilst) Würde somit deinen Post hier bei dem verlinkten Post ergänzen oder auf den hier Bezug nehmen, dass auch jeder immer weiß wo genau das Ziel ist und eben auch wichtig, dass sich jemand Zeit für das nimmt was er wissen will

    Grundsätzlich noch hier zu deinen Fragen, die Verwendung von Python ist schon mal gut.

    Hast du Erfahrung in Python? GUI lassen sich mit vielen verschiedenen Libarys erstellen: QT, tkinter, Kivy...Web Basiertes GUI


    Bezüglich PWM möchte ich dir diesen Thread von mir nicht vorenthalten:

    Softwarepwm vs Hardwarepwm (Code in Python)


    Grobe Fehler kann ich in deiner Planung bisher nicht erkennen, auch sollte dies mit einen Raspberry Pi zu realisieren sein

  • Die Steuerung und Erfassung soll im besten Fall mit einem Raspberry Pi entwickelt werden. Meine Idee war anfangs ein Arduino, da ich hier schon etwas fortgeschrittenere Kenntnisse habe, mein Betreuer würde aber einen Raspberry Pi bevorzugen.

    Arduino, gute Wahl -> Echtzeit OS welches nicht von Linux Bearbeitung in seiner Aufgabe unterbrochen wird!

    Raspi, klar zum Datensammeln und aufbereiten auch vom Arduino,

    dein Betreuer sollte da noch mal nachdenken das ein PI manchmal zeitlich länger mit sich selbst beschäftigt ist als es einer kontinuierlichen Messaufgabe gut tut, vor allen wenn eine Reaktion gefordert wird, da kann man u.U. nicht ms zu spät kommen.


    nur mal so als Anmerkung....

    lasst die PIs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr

  • Um die Liste noch zu erweitern: GTK+ und wxWidgets haben auch Python-Bindings. Auch PyGame (SDL) wäre denkbar. Hier ist eine Übersicht: https://wiki.python.org/moin/GuiProgramming


    Ich persönlich finde GUI-Programmierung zu komplex, als dass man sich da stark beeinflussen lassen sollte. Man muss eben mal ein bisschen rumprobieren und dann für sich entscheiden. Alle haben Vor- und Nachteile, das Nonplusultra gibt es IMHO nicht. (ich habe mit allen hier genannten schon gearbeitet).


    Ansonsten schließe ich mich da an: ist ziemlich viel (gut!, bis auf die Bilder ;)), hier geht's ja nur um machbar, ja oder nein. Und ich denke ja.

    Einzelheiten dann in separaten Threads fragen (:

  • Hallo, ich hatte im November schon mal geschrieben, allerdings ist das ganze aufgrund von mangelnder Zeit ins stocken gekommen.


    Zum Projekt:

    Wir haben auf einem ca. 2000qm Grundstück 6 Gewächshauser, einen Blumenladen mit Kühlhaus und eine Zentralheizung mit Holzvergaser.

    Dazu befindet sich im Wohnhaus (direkt daneben) ein Linux Server.

    Ich möchte die Gärtnerei gerne mit Temperatursensoren ausstatten (später eventuell mehr).


    Die Daten sollen dann abrufbar sein, über Web.

    Jetzt frage ich mich aber gerade, was ist besser geeignet, ein Raspberry oder ein Arduino? Und wie bekomme ich die die Daten dann auf dem Server. Bekomme ich das als Anfänger hin mit Netzwerk Shild?


    Was würdet ihr mir empfehlen?


    Netzwerkkabel verlegen ist kein Problem, habe eh schon einiges verlegt für Video Überwachung (Auswertung und Speichern im Server)


    Danke


    Gruß KsNero

  • Die Daten sollen dann abrufbar sein, über Web.

    Erkläre das mal bitte genauer, was meinst du mit "über Web"? "Web" ist kein Protokoll, meinst du HTTP(S)? Oder meinst du "aus dem Internet"?


    Jetzt frage ich mich aber gerade, was ist besser geeignet, ein Raspberry oder ein Arduino? Und wie bekomme ich die die Daten dann auf dem Server. Bekomme ich das als Anfänger hin mit Netzwerk Shild?


    Was würdet ihr mir empfehlen?

    So wie du fragst: Raspi. Netzwerk am Arduino musst du alles noch dranpflanzen (Shield, IP-Stack etc.) Hast du bei Raspi+Linux nicht. Wie du die Daten auf den Server bekommst ist dir überlassen, da gibt es 1001 Möglichkeiten. Alle haben vor und Nachteile, erfordern unterschiedlich viel Aufwand, kommt halt drauf an, welche Rechte du auf dem Server besitzt, welche Technologien du kennst, Aufwand, Programmiersprache, ...

  • Auf dem Server daheim läuft Apache. Von da soll das abrufbar sein vorzugsweise über http. Aber wenn ich das einmal dort in der Datenbank (am liebsten mysql) habe ist das kein Problem, das schreib ich mir selbst.


    Also Raspberry...

    Ok danke. Den Rest werde ich schon rausfinden 😉

  • Welche Entfernungen sind zu überbrücken? Ist überall Strom verfügbar? Evtl wären auch Lösungen mit einem ESP8266 oder einem Nachfolger über WLAN möglich. Das Projekt an sich ist grundsätzlich recht einfach umzusetzten.

  • Das ESP8266ist sagt mir jetzt nichts.

    Entfernungen sind schon einiges.. Ich würde sagen wenn ich vom Mittelpunkt ausgehen würde ca. 5-50m Kabel. Strom habe ich überall. Allerdings mache ich mir bei Funk Gedanken, da die Gewächshäuser viel Metall haben.


    Ich denke für den Anfang ist es schon nicht einfach, aber ich bin sehr geduldig.

  • Der ESP8266 ist ein kleines preiswertes WLAN-Modul mit einem MC drauf, der einiges an Schnittstellen und auch GPIOs unterstütz, so dass man da alle möglichen Sensoren anbinden und die dann über WLAN abfragen kann. Da gibt es sowohl hier, als auch im gesamten Web Anleitungen.

  • Allerdings mache ich mir bei Funk Gedanken, da die Gewächshäuser viel Metall haben.

    Du kannst ja auch zusätzlich Verstärker/Relays mit den ESP bauen und mit dem Pi nur auswerten. Bei 2,50 das Stück kannst du die ja recht grosszügig verteilen ;)

    Der Unterschied zwischen Genie und Wahnsinn definiert sich im Erfolg.

  • Der ESP8266 ist ein kleines preiswertes WLAN-Modul mit einem MC drauf,

    ich werfe mal den ESP32 in den Raum, mehr Ports und Beine, mehr RAM und mehr flash und in die Arduino IDE zu integrieren wenns hilft.

    https://www.ebay.de/itm/253059783728



    https://www.google.com/search?…cQpwUIHw&biw=1280&bih=900


    erste Schritte

    https://github.com/espressif/a…cs/arduino-ide/windows.md

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    Energiesparen:
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  • ich werfe mal den ESP32 in den Raum, mehr Ports und Beine, mehr RAM und mehr flash und in die Arduino IDE zu integrieren

    Fürn Temperatursensor und etwas Funk sollte auch der kleine reichen, billiger, frisst weniger Strom und ist auch in die IDE zu integrieren ;)

    Der Unterschied zwischen Genie und Wahnsinn definiert sich im Erfolg.

  • Fürn Temperatursensor und etwas Funk sollte auch der kleine reichen, billiger, frisst weniger Strom und ist auch in die IDE zu integrieren

    mag sein ich hatte aber stets Stress mit dem ESP8266-01 umproggen wegen der default baudrate und dem Anschluß, so richtig komfortabel ist das ja nicht, weder auf dem Steckbrett noch in der Anschaltung, einen IO PIN runter ziehen, dem PIN noch einen pullup anlöten (oder waren das mehr als einer? ist länger her)

    Dann die Kommunikation seriell mit dem Arduino die ESP default 115k konnte der Ardu nicht also umflashen vom ESP auf 9600, vom arduino noch die Pegelanpassung auf 3,3V, ich fand das alles umständlich, was jucken da 5-7 € wenn man den nur an den PC steckt zum proggen?

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  • Dann die Kommunikation seriell mit dem Arduino die ESP default 115k konnte der Ardu nicht also umflashen vom ESP auf 9600, vom arduino noch die Pegelanpassung auf 3,3V, ich fand das alles umständlich, was jucken da 5-7 € wenn man den nur an den PC steckt zum proggen?

    USB zu Seriell Adapter, die 3,3V können gibt es wie Sand am Meer, dbv hat ja mal einen Link geschickt.


    Mit diesen Adaptern kannst du auch mit 115kBaud flashen... alles recht einfach...

    Ich mag den ESP32 ja auch, aber auch die NodeMCUs (mit ESP8366) sind nett und ohne Stress...

  • Wenn du die Messwerte nicht zeitnah brauchst, sondern es genügt, sie stündlich zu übertragen, könntest du einen sparsamen µC (z.B. Arduino Pro Mini) nehmen und mit Funkmodulen (866 MHz) an einen Empfänger schicken, der sie ins Netz weiterleitet. Die µC mit Temperatursensor und Sender kannst du mit Batterien bis zu mehrere Jahre betreiben (Hardware und Software optimiert, also vor allem stromfressende LEDs und Spannungsregler entfernen und Schlafmodus nutzen). Extrem niedrige Temperaturen, die den Batterien zu schaffen machen könnten, wird es ja im Gewächshaus eher nicht geben.

    Als Empfänger ginge ein ESP oder ein Arduino mit Ethernet-Shield. 866 MHz hat gute Reichweiten, wenig Störungen (wenn sich alle an die Regeln halten) und brauchen deutlich weniger Strom als ein ESP.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!