Feedback zu DS18B20 & 230V Relais "Shield"

[Malte Z. (malte_z)]

Hi,

ich habe zu Weihnachten ein kleineres Projekt entworfen. Da es der erste 
Entwurf ist, den ich tatsächlich bestellt habe, würde ich mich über ein 
paar Anmerkungen aus dem erfahrenen Lager freuen.

Die Eckdaten:
- µC ist ein fertiges ESP32-CAM Modul, angeschlossen per Jumper Wire, 
das Modul wird mit der Kamera im Gehäusedeckel verklebt, auf dem Board 
sitzen zwei Pin-Header. DA ich eh 3 PCBs abnehmen muss, ist das aber so 
im Layout eingebaut, dass man auch Buchsenleisten verwenden könnte um 
das Modul direkt aufzustecken.
- Schraubklemmen zum Anschluss von +5V Versorgungsspannung von externem 
Netzteil
- 1 DS18B20 auf dem Board, eine parallel beschaltete Schraubklemme für 
externe Sensoren
- auf dem Board ein Relais HONGFA HF41F/005-ZST
 (das fertige Projekt soll in einem Gewächshaus hängen, dort die 
Temperatur liefern und möglicherweise Lüfter o.ä. übers Relais steuern, 
allerdings nicht direkt sondern über ein eltako oder vergleichbares, der 
Strombelastbarkeit wegen.)

Die abgebildete Version hab ich auf Grund der Zeitnähe zu Weihnachten 
schon bestellt, ich hab mir nach der Fertigstellung noch ein paar Seiten 
durchgelesen und bin schonmal auf folgende Kritikpunkte gekommen:
- Kupferflächen auf beiden Seiten ein No-Go, ich würde es wenn ich es 
nochmal layoute für dieses Board so handhaben, dass ich die Oberseite 
komplett als GND nehme mit Ausnahme der einen Verbindung, die ich nicht 
anders geroutet bekommen habe)
- Ein paar Kommentare/Beschriftungen auf dem Silkscreen wären ne gute 
Idee gewesen, also +5V, GND, vielleicht Name und Version des Boards
- Das Via an R1 am oberen Bein ist sinnlos, ich hätte ja einfach auf dem 
anderen Layer starten können, ist ja ein bedrahtetes Bauteil und eh 
durchkontaktiert
- Vielleicht wäre der eine oder andere Kondensator eine gute Idee 
gewesen, aber der ESP32 kommt ja ohnehin schon als Modul und läuft 
eigentlich (bisher) recht stabil

R2 ist übrigens nur ein Platzhalter, ich hab noch nicht durchgerechnet 
welcher Wert da verwendet werden muss, die restlichen Bauteile sind fix. 
Ich würde mich sehr freuen wenn man mir ein paar Tipps geben könnte, 
gerne auch nicht super konkret sondern eher in die Richtung was man noch 
nachlesen könnte und wo ich mich weiterentwickeln kann.

Und ich würde mich auch freuen über eine Einschätzung, ob ich das Relais 
so tatsächlich verwenden kann um auch Netzspannung zu schalten. Es ist 
grundsätzlich erst einmal da, weil ich Zeitdruck hatte und noch nicht 
weiss ob ich es verwenden möchte und es genauso gut ja auch unbestückt 
lassen könnte. J4 ist eigentlich nur da, damit das Board im Gehäuse 
richtig sitzt, falls benötigt. Würde ich sonst einfach auch nicht 
bestücken. Ein Anwendungszweck wäre z.B. in meiner Wohnung um das 
Wandthermostat der Heizung zu ersetzen, das ist nämlich leider in einem 
Raum, wo es überhaupt keinen Sinn macht angebracht.

Vielen Dank für eure Zeit!
Malte

[Jörn P. (jonnyp)]

Malte Z. schrieb:
> soll in einem Gewächshaus hängen, dort die
> Temperatur liefern und möglicherweise Lüfter o.ä. übers Relais steuern

Warum soll dann der Sensor IM gehäuse verbaut werden?

[au weia (Gast)]

Malte Z. schrieb:
> Vielleicht wäre der eine oder andere Kondensator eine gute Idee
> gewesen,

Ja. Hätte, hätte Fahradkette.

Malte Z. schrieb:
> aber der ESP32 kommt ja ohnehin schon als Modul und läuft
> eigentlich (bisher) recht stabil

Das wird sich sicher noch ändern wenn erst mal das Relais
vor sich hinklackert und die Primär- und Sekundärströme
ihren (Induktions-) Unfug treiben.

Bloss keinen Kondensator zuviel draufbauen, erhöht signifikant
das Gewicht, Lötzinnverbrauch und Bauteilekosten. Ganz zu
schweigen von dem immensen Mehr an Bestüückungsarbeit.

Sparen! Koste es was es wolle!

au weia

Malte Z. schrieb:
> Da es der erste
> Entwurf ist, den ich tatsächlich bestellt habe,

Dann ist ja jedes weitere Wort schon für die Katz bzw der Zug
ist abgefahren.

[Malte Z. (malte_z)]

Jörn P. schrieb:
> Malte Z. schrieb:
>> soll in einem Gewächshaus hängen, dort die
>> Temperatur liefern und möglicherweise Lüfter o.ä. übers Relais steuern
>
> Warum soll dann der Sensor IM gehäuse verbaut werden?

Ich hab mich dafür interessiert, wie die Temperatur im Gerät sich im 
Vergleich zu draussen entwickelt. Der eigentlich wichtige Sensor, den 
man dann frei platzieren kann wird an der Schraubklemme angeschlossen

au weia schrieb:
> Das wird sich sicher noch ändern wenn erst mal das Relais
> vor sich hinklackert und die Primär- und Sekundärströme
> ihren (Induktions-) Unfug treiben.

Ich werd gern berichten. Aber wie kann man sich davor gut schützen?

> Bloss keinen Kondensator zuviel draufbauen, erhöht signifikant
> das Gewicht, Lötzinnverbrauch und Bauteilekosten. Ganz zu
> schweigen von dem immensen Mehr an Bestüückungsarbeit.
> Sparen! Koste es was es wolle!

>> Da es der erste
>> Entwurf ist, den ich tatsächlich bestellt habe,
>
> Dann ist ja jedes weitere Wort schon für die Katz bzw der Zug
> ist abgefahren.

Ich würde gerne für eine mögliche Version 2 oder andere Projekte in der 
Zukunft lernen. Insofern bin ich wirklich dankbar für Hinweise, wo ich 
mich weiter einlesen kann. Kleinere Modifikationen wie z.B. die o.g. 
Kondensatoren kann ich ja durchaus auch dazulöten. Allerdings wüsste ich 
nicht genau wo, der eigentliche Spannungswandler für den µC sitzt ja 
erst auf dem Modul.

[Andi (Gast)]

Malte Z. schrieb:
> - Kupferflächen auf beiden Seiten ein No-Go, ich würde es wenn ich es
> nochmal layoute für dieses Board so handhaben, dass ich die Oberseite
> komplett als GND nehme

Weise Entscheidung.

> mit Ausnahme der einen Verbindung, die ich nicht
> anders geroutet bekommen habe)

Doch, geht ganz einfach.
So wie du es machst reißt du einen unnötig langen Schlitz in die Fläche.
Bei R1 nur kurz nach oben wechseln um die störende Leitung zu 
überbrücken. Dann wieder unten weiter zum Stecker.

> - Vielleicht wäre der eine oder andere Kondensator eine gute Idee
> gewesen, aber der ESP32 kommt ja ohnehin schon als Modul und läuft
> eigentlich (bisher) recht stabil

Jojo, das Modul an sich mag stabil laufen, aber lange Leitungen und das 
Relais sorgen schon dafür dass sich das schnell mal ändern kann.
1-2 Kondensatoren direkt am Stecker zum ESP zu layouten und 
gegebenenfalls wenn notwendig nachbestücken kostet nichts.

[Achim M. (minifloat)]

Der Klemmblock J4 sieht irgendwie sinnlos aus, weil nix angeschlossen 
ist.

Brauchst du die Isolations-Fräsung wirklich? Die 3mm+ sind doch locker 
einhaltbar?

Statt dem Relais geht auch SSR. Vorteil wäre, SSRs sind kleiner. 
Vielleicht bekommt J4 doch noch einen Sinn... Du wolltest eh ein 
externes Relais als Nachbrenner benutzen und eine Lüftung und Lampen 
steuern. Das geht dann auch getrennt...

[Andreas B. (bitverdreher)]

Die 10k Basiswiderstand sind viel zu hoch.
Die fehlenden Kondensatoren wurden ja oft genug bemängelt.
Grundsätzlich sollte man Versorgungsleitungen dicker als Signalleitungen 
ausführen. Diese routet man dann zuerst.

Malte Z. schrieb:
> Ich werd gern berichten. Aber wie kann man sich davor gut schützen?
Hat er doch geschrieben: Durch Kondensatoren, die Du eingespart hast.

[MaWin (Gast)]

Malte Z. schrieb:
> ob ich das Relais so tatsächlich verwenden kann um auch Netzspannung zu
> schalten

Das schon, hat 4000V Isolationsspannung, sogar ohne Schlitz in der 
Platine an dem die sowieso nur zerbricht. Aber du wirst dich noch 
wundern welche Störungen es produziert, und der ESP so nah dran mit 
seiner Antenne sich einfängt.

Ein Snubber wäre sicher keine schlechte Idee wenn man eine weitere Spule 
(Eltako) steuern will. Ausserdem schützt man solche (6A) Relais gerne 
mit einer Feinsicherung vor Kurzschluss auf der Lastseite, denn bevor 
der 16A LSS auslöst, ist das Relais längst kaputt. Und 10cm Abstand 
zwischen Relais und ESP.

Dabei kann man gleich die miese Masse besser machen, eine von 
Leiterbahnen zerschnittene Fläche ist keine Massenfläche.

Grössere Platine würde helfen.

Im Gewächshaus ist Korrosion ein Problem.

[Malte Z. (malte_z)]

Andi schrieb:
> So wie du es machst reißt du einen unnötig langen Schlitz in die Fläche.
> Bei R1 nur kurz nach oben wechseln um die störende Leitung zu
> überbrücken. Dann wieder unten weiter zum Stecker.

Danke, klar, das wär viel klüger, ja. Ich steh halt noch am Anfang und 
da hast du oft echt ein Brett vorm Kopf.

MaWin schrieb:
> Dabei kann man gleich die miese Masse besser machen, eine von
> Leiterbahnen zerschnittene Fläche ist keine Massenfläche.

Das sollte damit auch adressiert sein.

Andi schrieb:
> 1-2 Kondensatoren direkt am Stecker zum ESP zu layouten und
> gegebenenfalls wenn notwendig nachbestücken kostet nichts.

Voll...

Achim M. schrieb:
> Der Klemmblock J4 sieht irgendwie sinnlos aus, weil nix angeschlossen
> ist.

Ja, der wird auch nicht bestückt, ich hatte vorher 2 Relais geplant, das 
ging sich aber mit Abständen nicht auf der Platine aus. Ich habs 
trotzdem drauf gelassen, für den Fall, dass das Board nicht stabil genug 
im Gehäuse liegt, es gibt dort leider keine Befestigungsmöglichkeit. Ist 
aber nicht nötig. Hab's jetzt einmal testweise ohne J4 aufgebaut, passt 
und wackelt nicht.

Achim M. schrieb:
> Brauchst du die Isolations-Fräsung wirklich? Die 3mm+ sind doch locker
> einhaltbar?

Ich hab mir den Artikel zum Abstand durchgelesen und weil ich noch nicht 
sicher war, wie ich's montiere war ich mir nicht sicher was der richtige 
Abstand wäre. Grundsätzlich hab ich viel im Forum gesucht und neben dem 
Wiki-Artikel waren da viele Threads zu. Die Fräsung ist nicht notwendig 
und würd ich in V2 weglassen.

Achim M. schrieb:
> Statt dem Relais geht auch SSR. Vorteil wäre, SSRs sind kleiner.
> Vielleicht bekommt J4 doch noch einen Sinn... Du wolltest eh ein
> externes Relais als Nachbrenner benutzen und eine Lüftung und Lampen
> steuern. Das geht dann auch getrennt...

Da hab ich auch schonmal drüber nachgedacht, da war ich mir aber noch 
nicht sicher, ob ich ein externes dahintergebe. Das Platzproblem hatte 
ich allerdings hauptsächlich wegen der Abstände zwischen Niederspannung 
und Netzspannung, ich fürchte das bleibt dann bei dem schmalen 
Gehäuselayout. Ich würde für V2 aber wahrscheinlich auch ein anderes 
Gehäuse nehmen, im Endeffekt hab ich hier grundlos ein 
Hutschienengehäuse genommen und mir damit fast nur Nachteile 
eingehandelt.

Andreas B. schrieb:
> Die 10k Basiswiderstand sind viel zu hoch.
> Die fehlenden Kondensatoren wurden ja oft genug bemängelt.
> Grundsätzlich sollte man Versorgungsleitungen dicker als Signalleitungen
> ausführen. Diese routet man dann zuerst.

Ich hab versucht das auszurechnen, nach 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Basiswiderstand#Berechnung hab 
ich aber das Problem, dass ich aus den Datenblättern die ich hab für den 
BC337-40 das hFESAT nicht weiss. Mein Relais hat einen Spulen-R von 147 
Ohm und zieht damit bei 5V ca. 35mA Strom. Wenn ich mit hFE ~75 (hFE 
Min. 250 bei Ic=100mA, 250/3.3 lt. Artikel) rechne, ergäbe sich Ib = 
35mA / 75 = 0,5 mA.

Mein Vb = 3.3V, Spannungsabfall hab ich im Datenblatt nicht gefunden, 
angenommen 0,7V => 2,6V / 0,0005 A = 5.200 Ohm. Allerdings funktioniert 
es mit 10 kOhm experimentell auch super. Ich werd allerdings einen 4,7 k 
verbauen, das ist die nächste Größe, die ich da hab.

MaWin schrieb:
> Das schon, hat 4000V Isolationsspannung, sogar ohne Schlitz in der
> Platine an dem die sowieso nur zerbricht. Aber du wirst dich noch
> wundern welche Störungen es produziert, und der ESP so nah dran mit
> seiner Antenne sich einfängt.

Gibt's da Faustformeln oder Möglichkeiten das auszurechnen wie viel 
Abstand da benötigt wird? EDIT: Ich hab gesehen, du hast 10cm 
vorgeschlagen.

In meinem Fall ist das Board noch 3,5cm in der Vertikalen nach oben 
verlagert, aber die Litzen, die Board und Platine verbinden laufen 
natürlich näher dran vorbei. Die Schlitze würde ich beim nächsten Mal 
auch weglassen. Es ist allerdings immer noch ziemlich stabil, die Sorge 
hatte ich zuerst auch.

MaWin schrieb:
> Ein Snubber wäre sicher keine schlechte Idee wenn man eine weitere Spule
> (Eltako) steuern will. Ausserdem schützt man solche (6A) Relais gerne
> mit einer Feinsicherung vor Kurzschluss auf der Lastseite, denn bevor
> der 16A LSS auslöst, ist das Relais längst kaputt. Und 10cm Abstand
> zwischen Relais und ESP.

Danke, beides hilfreiche Tipps. Snubber werde ich mich einlesen!

MaWin schrieb:
> Im Gewächshaus ist Korrosion ein Problem.
Ich möchte ein Gehäuse mit Dichtlippe zwischen Körper und Deckel zu 
verwenden und Kabelverschraubungen. Damit sollte das gelöst sein?