Hallo zusammen! ich möchte mir gerne eine Art Duschkostenzähler bauen, der mir immer die aktuell angefallenen Kosten aufzeigt. D.h. ich drehe den Wasserhahn auf, der Zähler läuft los und ich bekomme auf den Cent genau die entstandenen Kosten angezeigt. Nach 5 Min Stillstand reseten sich die Werte und der Spaß fängt von vorne an. Dieser Zähler soll zwischen Mischbatterie und Duschschlauch geschraubt werden. Das Ganze ist ein Studienprojekt, das ich aber auch tatsächlich für daheim baue und verwenden will. Zum Erfassen der Kosten gilt es die Temperatur und die Durchflussmenge zu bestimmen, woraus sich die Kosten in € erfassen lassen. Die Temperatur will ich per Thermowiderstand erfassen, was recht trivial ist. Die Durchflussmenge wollte ich eigentlich mit einem Durchflusssensor erfassen. Hier gibt es auch nette Kombilösungen mit einschraubbarem Thermowiderstand, wie dieser hier: https://www.amazon.de/gp/product/B07QNMZ7ZK Was mich technisch aber mehr reizt, wäre ein kleines Wasserkraftwerk zu verwenden und über die Spannung die Drehzahl und somit letztlich auch die Durchflussmenge zu ermitteln. z.B. dieses hier: https://www.amazon.de/gp/product/B08NXHSR9Y/ Mit letzterer Lösung könnte ich einen 3.7V Akku verwenden, welcher bei Wasserfluss geladen wird. Somit könnte ich ein schön helles OLED Display verwenden, ohne dass ich mehrmals im Jahr die Akkus zu tauschen habe. Zusätzlich könnte ich das 3D-gedruckte Gehäuse auch gleich wasserdicht verkleben, da dieses ja nicht mehr geöffnet werden muss. Laut Beschreibung liefert das Teil 150mA bei 12V, die Bewertungen korrigieren das in Richtung 100mA. Aber auch das sollte noch mehr als genug sein, um dem Energieverbrauch des Displays und des Mikrocontrollers, sowie dem Nachladen des Akkus hinterher zu kommen. Die maximal 12 Volt würde ich mit einer Spannungsteilerschaltung auf maximal 3.3 Volt bringen, um diese für den Mikrocontroller lesbar zu machen und die Durchflussmenge zu bestimmen. Das ist das kleinere Problem. Problematischer ist für mich das Laden des Akkus. Ich kenne von meiner Wohnmobilinsellösung MPPT Regler für solche Fälle mit starken Spannungsschwankunen. Es gibt Regler mit max. 12V für solche Fälle, wie diesen hier. Aber so richtig sauber scheint das alles nicht zu sein: https://www.amazon.de/gp/product/B08LL83P1R/ Hat jemand daher einen Vorschlag für die Schaltung zum Laden des Akkus? Meine Stärke liegt deutlich tiefer in der Programmierung des ganzen Projekts, als in der Auslegung der Schaltung, daher freue ich mich sehr über eure Hilfe! :-)
Erstmal brauchst du einen geeigneten Generator und dessen technische Daten.
Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max. 12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend. Und auch die Anschlüsse haben die richtigen Dimensionen, fehlt nur noch ein Adapter zum Anschließen.
...und dann step down (du willst die energie ja wandeln, nicht berheizen) aufv5v und dann TP4056. Fertsch. Klaus.
Heiner schrieb: > Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max. > 12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend. Also realistisch ein paar Volt bei ≤25mA bei einem beim Duschen üblichen Durchsatz. Ich würde da überhaupt nicht mit Akkus hantieren, sondern Supercaps hernehmen.
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Heiner schrieb: > Hältst du den verlinkten Generator nicht für geeignet? 0-150 mA bei max. > 12V und maximal 25 Liter/Minute klingt für mich recht passend. Ich hatte die technischen Daten auf die schnelle übersehen. Wie viel Wasser fließt denn so beim Duschen, vielleicht 3 Liter pro Minute? Probiere den Generator beim Duschen aus, dann haben wir konkrete Daten mit denen wir weiter arbeiten können. Ein realativ einfacher Ansatz besteht darin, die Spannung gleich zu richten und damit den Akku damit direkt zu laden. Die Stromstärke hängt dann ganz banal von der Durchflussmenge ab. Die Spannung ergibt sich von alleine durch den Akku. Wenn der Akku voll ist, trennst du ihn vom Generator. Ich fürchte allerdings, dass diese nicht konstante Last einen Einfluss auf das Messergebnis hat. Könnte schwierig werden, den Generator sowohl zum Strom-Erzeugen als auch zum Messen der Durchflussmenge zu verwenden. Ich finde das Projekt spannend.
Ich sehe gerade, dass der Durchflussbereich bei 2,5 l/min beginnt. Passt das zur Dusche? Es soll ja auch funktionieren, wenn man den Wasserhahn nicht voll auf dreht.
Nur so ein paar Überschlagsbetrachtungen. Bei PV-Geräte (Solarzellen) hat man im Jahresdurchnitt 12 von 24h "hell" wobei aus "Gründen" jenes "hell" nicht dauernd volle elektrische Leistung hergibt. Solche Geräte können kaum im Dauerbetrieb sein. Wenn jemand nur so als "verrücktes" Beispiel nach jeder Mahlzeit duschen ginge, für die Dauer von... 20' (beliebige Annahme) macht das 1 von 24h Energieertrag, wohl ebenfalls nicht volle el. Leistung hergebend. Wielange darf dann ein so gespiesenes Gerätchen mit Energieversorgung rechnen? (Effizienz von Akkuzellen und Ladeschaltung mal aussen vor gelassen - der groben Vereinfachung erstmal)
Und nicht vergessen: rein die Fallhöhe der Wassermasse vom Duschkopf bis zur Duschtasse runter ist dann ebenfalls verpasste Energiegewinnung... ;)
Zum Wasserdurchfluss: Laut Internet verbraucht man zwischen 12 und 15 Litern mit einem normalen Duschkopf. 6-8 Liter scheinen sich mit einem wassersparenden Duschkopf erreichen zu lassen. Von daher denke ich, dass die 2,5 Liter wirklich nur zu Stande kommen, wenn man es quasi etwas stärker tröpfeln lässt. Aber ganz klar: Das würde ich am Liebsten auch miterfassen! Ist ja auch wahnsinnig interessant, wie die Kosten gerade dann ausfallen, wenn man zwar gerne länger, aber "weniger intensiv" duschen möchte. Fraglich ob sich in der geringen Durchflussmenge noch etwas auf diese Art und Weise messen lässt. @Klaus: Step Down auf 5V und dann den Laderegler hatte ich auch schon überlegt. Wenn sowas gängig und erprobt ist, nehme ich den Vorschlag gerne an! @Jack: 25mA könnten tatsächlich zum Problem werden. Alleine das geplante OLED braucht schon mehr. @Stefan: Gleichrichten ist nicht nötig. Es kommt DC aus der "Turbine". Dass die Last die Spannung beeinflussen wird hatte ich auch schon im Hinterkopf. Ist alles andere als optimal und dafür habe ich bisher auch keine Lösung. Eine Lösung wäre natürlich einen Durchflussmesser UND die Turbine zu verwenden. Dadurch erzielt man eine saubere Messung auch unter 1 Liter/Minute und hat die Stromversorgung (eventuell) auch gelöst. Aber interessanter ist natürlich die Herausforderung mit weniger klar zu kommen :-) EDIT an der Stelle: Einen Transistor als Schalter verwenden und z.B. 2 Mal pro Sekunde die Verbindung zum Step-Down-Converter unterbrechen zum Messen wäre eventuell eine Möglichkeit an der Stelle! Die Spannung müsste ja sofort wieder hochspringen, wenn die Last wegfällt. @Spatzenkanonier: Sobald kein Wasser fließt, würde ich das OLED Display noch ein wenig laufen lassen und nach 5 Minuten alles in den Deepsleep schicken. Sprich: Das Gerät läuft dann mit wenigen und absolut zu vernachlässigenden µA. Die Batterie ist quasi nur als Puffer eingeplant. ...ich mache mich mal noch auf der Suche nach einem Generator, der auch unter 2,5 Liter "anspringt", aber der Markt ist nicht gerade voll mit solchen sehr speziellen Bauteilen. P.S.: Bin jetzt auch mal registriert und nicht nur Gast hier.
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Heiner W. schrieb: > Laut Internet verbraucht man zwischen 12 und 15 Litern mit einem > normalen Duschkopf. Während des Duschvorgangs. Zumindest meiner ist in der Regel länger, als eine Minute. Mit diesen Spar-Duschköpfen werden’s gar noch weniger als 2,5ℓ/min sein. Es gibt so Duschköpfe, welche die Wassertemperatur mit LED-Farben anzeigen, und die die Energie dafür aus dem Wasserfluss beziehen – ich würde zunächst in diese Richtung gucken, ob sich da belastbare Daten zu den tatsächlich erreichbaren Werten finden lassen. Vielleicht findet sich ja auch günstig so ein Teil, das man dann mal untersuchen kann?
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Schau mal, das gibts (fast) schon. Vielleicht läßt sich so ein Duschkopf modifizieren, manche haben Display eingebaut. https://www.amazon.com/led-shower-head-3-color-changing/s?k=led+shower+head+3+color+changing
Ja das ist ein interessanter Ansatz! Der Duschkopf hier hat einen "Mikro-Flow-Generator", also irgendwie was vergleichbares im Miniformat drin: https://www.amazon.de/Temperaturanzeige-Funktioniert-Farbwechsel-Strahlarten-Duschbrause/dp/B08QYY3K9J/ Muss gerade lachen, weil bei uns genau so ein Teil mit bunten LEDs hängt, welches noch vom Vormieter stammt. Das hat am Anfang noch sporadisch geblinkt, aber seit vielen Jahren garnicht mehr aufleuchtet. Aber das Teil zerlegen ist wohl auch keine Lösung. Oder was meinst du, wie mich das voran bringen kann? Neues Problem: Den Generator gibt es wohl mit 4.2V, 5V, 12V und ungeregelten 0-80V. Also liegen in der von mir verlinkten 12V oder 0V an. Dadurch bietet sich keine Möglichkeit zur Messung des Durchflusses über die anliegende Spannung. Leider findet sich nirgends ein vernünftiges Datenblatt, aber hier die Quelle dazu: https://www.alibaba.com/product-detail/DC-Hydroelectric-Power-Hydro-Generator-F50_60490053281.html Die 4.2V Version soll einen Laderegler eingebaut haben, mit dem man den 3.7V Akku direkt versorgen könnte. Die Strommenge sollte ja hierbei den Wasserfluss widerspiegeln. Aber sobald der Regler abschaltet, weil der Akku voll ist, hat sich das ja auch wieder erledigt.
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Heiner W. schrieb: > Aber das Teil zerlegen ist wohl auch keine Lösung Ja ähm doch? Erstmal schauen, wie das aufgebaut ist, und statt dem eingebauten uC einen eigenen mit Impulszähler + Wärmerechner reinsetzen. Muß dann halt passend kalibriert werden, linear wird da nicht viel sein. Ist doch eine formschönere Lösung als man's selbst machen könnte.
Jack V. schrieb: > Es gibt so Duschköpfe, welche die Wassertemperatur mit LED-Farben > anzeigen, und die die Energie dafür aus dem Wasserfluss beziehen – ich > würde zunächst in diese Richtung gucken, ob sich da belastbare Daten zu > den tatsächlich erreichbaren Werten finden lassen. Einen solchen Duschkopf hatte ich mal gekauft, der Generator ist an Kalkablagerungen meines sehr harten Wassers gestorben. Natürlich habe ich den zerlegt, das Elektronikmodul liegt noch auf dem Kramhaufen. Im Eingang hat es einen Brückengleichrichter und eine Z-Diode, um die Versorgung zu klemmen. Am Labornetzteil erfolgt eine sinnvolle Anzeige ab 6,5V DC, dabei braucht es 14 mA. Werte vom Wasserdynamo habe ich natürlich nicht, aber kann abschätzen, dass der mindestens 100 mW geliefert hat.
Heiner schrieb: > Die Durchflussmenge wollte ich eigentlich mit einem Durchflusssensor > erfassen. Hier gibt es auch nette Kombilösungen mit einschraubbarem > Thermowiderstand, wie dieser hier: > https://www.amazon.de/gp/product/B07QNMZ7ZK Du musst nur noch das Wunder vollbringen, das in der Dusche wasserdicht nach IPx7 aufzubauen. Eine reizvolle Studienaufgabe, aber als langjährig stabil funktionierendes Gerät kaum umsetzbar.
Die Wasserdichtheit finde ich noch nicht mal so tricky. Ich habe die Möglichkeit einen 3D Drucker zu nutzen und wie gesagt: Wenn der Akku drin bleiben kann und dort geladen wird, kann ich das Gehäuse sinnvoll konstruieren und ordentlich verkleben. Damit sollte es länger wasserdicht bleiben, als der Generator hält oder verkalkt. Mit einer Batterieöffnung sieht das natürlich wieder ganz anders aus. Ich hau mich mal aufs Ohr und lasse die Idee reifen. Vielen Dank euch allen für das konstruktive, wertvolle und schnelle Feedback!
Wofür Akku bei dieser Anwendung? Elko / Supercap reicht aus, wenn nur bei Benutzung was angezeigt wird. Dann ist ja auch Ladestrom da. Ist der Ladestrom aber kleiner als die Stromaufnahme der Schaltung, bleibt der Akku immer leer. OLED braucht Strom. Alternative LCD, direkt vom Prozessor gesteuert, das braucht nur ein paar uA. Bei Durchfluß = Energie läuft die Hinterleuchtung, bei Wasser aus halt nicht. Reicht doch aus?
Über einen deutlich kleineren elektrischen Puffer hatte ich auch schon nachgedacht. Supercaps scheinen da ja wirklich eine interessante Alternative zu sein! Die waren mir bisher nicht geläufig. Auch um eine OLED zu betreiben und nach dem Duschen noch mehrere Minuten aktiv zu halten sollte das nutzbar sein. Danke für den Tipp! Jack hatte das ja auch schon empfohlen, ist mir aber irgendwie in der Kürze der Nachricht untergegangen. Die Verwendung scheint nicht 1:1 identisch mit der von normalen Kondensatoren zu sein. Da muss ich mich mal einlesen. Aber einfach zwischen 3.3V und GND dazulöten wird wohl nicht so einfach funktionieren. Zur Stromquelle und dem Durchflussmesser: Ich ordere denke heute noch diesen Generator hier: https://www.amazon.de/gp/product/B08VWN1LLG/ Der sieht ganz interessant aus, da er eine Spannung zwischen 9,8 und 18,5 Volt DC und 128-260 mA ausspucken soll. Mal schauen, was der bei 1 Liter/Minute abgibt. Evtl kann man da auch noch irgendwo einen Magnet+Hallsensor an die Welle kleben, falls der Spannungsverlauf im unteren Bereich zu problematisch ist. Und auch ein Temperatursensor wird sich vielleicht unterbringen lassen. Ich geb Rückmeldung, wenn ich da schlauer geworden bin!
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