Ja, es gibt bereits allerhand Lösungen mit ESP Home, ESP Easy & Co. aber das gefällt mir alles nicht so besonders und bedingt immer eine zentrale Lösung wie FHEM, HA, Grafana etc. in der die Ergebnisse anzeigt und auswertet werden. Meine Lösung stellt die Daten aber, wie auch bei der Zisternenfüllstandsmessung, ohne zentrale Komponente direkt auf einer Webseite dar und bietet eine Anbindung an einen Heimautomatiserungs-Server. Dazu aber gleich mehr.

Installation

Zum flashen der bin-Datei auf den Mikrocontroller kann das Programm „ESPEasy Flasher“ genutzt werden. Dieses ist auf Github unter https://github.com/BattloXX/ESPEasyFlasher/releases/tag/1.1 zu finden. Nach dem Download einfach die ZIP-Datei entpacken, die bin-Datei des Gaszählers in den gleichen Ordner kopieren, Mikrocontroller anschließen und FlashESP8266.exe starten. Nach Auswahl des richtigen COM-Ports und der Firmware startet der Flash-Prozess mit Klick auf „Flash“.

Der Reed-Kontakt muss an GND und D4 angeschlossen werden. Ich spare mir für die zwei Litzen eine Fritzing-Zeichnung. Einen Pull-Down Widerstand habe ich aktuell nicht eingebaut. Bisher war die Messung des Schaltimpuls wenn der Magnet seine Runden machte immer erfolgreich. Falls es ohne Widerstand doch Probleme gibt kann ich ggf. noch eine Zeichnung nachreichen. Als Reed verwende ich immer noch das gleiche Bauteil wie in der vorherigen Lösung am Odroid (mk 471 b z.B. von Reichelt).

Hier die bin-Datei zum direkten Download:

http://www.bubux.de/heimautomatisierung/ota/gaszaehler_aktuell.bin

Ersteinrichtung und Anschluss des Reed-Kontaktes

Nach dem flashen startet der Sensor und baut ein eigenes WLAN-Netz mit dem Namen „WLAN-Gaszaehler“ auf (Access Point – AP). Mit diesem muss man sich z.B. mit einem Smartphone verbinden. Bis es gefunden wird kann es einen Moment dauern – nicht ungeduldig werden. Nach dem Verbinden kann das Smartphone meckern weil kein Internet „hinter“ diesem AP-WLAN verfügbar ist. Manchmal wechselt das Gerät dann wieder schnell zum „normalen“ WLAN. Ist man aber schließlich im AP-WLAN des NodeMCUs eingebucht, ruft man in einem Webbrower die Adresse 192.168.4.1 auf. Es sollte eine Konfigurationsseite zur Eingabe der SSID und des WLAN-Passwortes erscheinen. Hier dann die Daten des eigenen WLANs eingeben und speichern. Der NodeMCU muss anschließend neu gestartet werden (Reset oder vom Strom trennen) und sollte sich beim neuen Start mit den eingegebenen Zugangsdaten in das WLAN einbuchen. Welche IP der NodeMCU bekommen hat, kann man in seinem Router nachschauen. Ab jetzt jetzt ist der Sensor unter der entsprechenden IP im Heimnetz erreichbar. Ist der Sensor nicht in das eingene WLAN eingebucht muss nochmal geprüft werden ob eventuell wieder ein AP aufgemacht wurde.

Startseite und weitere Konfiguration

Auf der Startseite des Sensors werden der bisher gemessene Gesamtverbrauch im Kubikmeter (m³) und Kilowattstunden (kWh) angezeigt und eine Kachel die zu einer Seite mit Auswertungen führt. Die Berechnung des Verbrauchs in kWh erfolgt erst nach mindestens einem Impuls. Zudem werden einige technische Daten angezeigt die mit Klick auf den blauen Balken „Technische Daten“ ausklappen. Unter „Sonstiges“ klappt der Link zu der Konfigurationsseite und einem Button zum Restart des Sensors auf. Bei Impuls blinkt die eingebaute LED des NodeMCUs kurz auf.

In der Konfiguration unter „Sensordaten“ kann der auf der Startseite oben angezeigte Name definiert werden. Der Startwert muss vom Gaszähler abgelesen werden wobei hier die Angabe mit zwei Nachkommastellen erforderlich ist. An der dritten Nachkommastelle des Zählers ist in der Regel der Magnet befestigt dessen Impulse mit dem Reed erfasst werden.

Mithilfe der Werte „Brennwert“ und „Zustandszahl“ wird der Verbrauch in kWh berechnet. Diese Werte sind abhängig vom Gaslieferanten und in der Regel auf der Gasrechnung zu finden. Auch hier sind jeweils zwei Stellen hinter dem Komma einzugeben. Die Werte für Brennwert und Zustandszahl können sich mit der Zeit ändern und können in der Konfiguration entsprechend angepasst werden.

Der Wert Impulszähler sollte zu Beginn auf „0“ gesetzt werden. Hier werden alle gemessenen Impulse hochgezählt, so das bei einem Neustart des Mikrocontrollers, nicht wieder der Startwert angepasst werden muss. Bei Bedarf kann dieser Wert aber auch im Betrieb geändert werden.

Wie auch bei der Messung des Zisternenfüllstandes sind auch hier die aktuellen Werte auch per JSON abrufbar:

Auch können die Daten an einen MQTT-Broker gesendet und/oder an eine eigene API welche die Daten per HTTP-Post entgegen nimmt übermittelt werden.

Auswertung auf bubux.de

Falls eine Datenübermittlung an die bubux-WebAPI aktiviert wurde, erscheint auf der Startseite eine Kachel mit einem Graphensymbol. Bei Klick auf diese Kachel öffnet sich eine weitere Webseite welche die übermittelten Daten darstellt. Eine Kachel für den Tagesverbrauch, eine Kachel für den Monatsverbrauch und eine graphische Darstellung der letzten 7 Wochentage. Diese Seite ist noch im Aufbau. Hier werden mindestens noch ein Graph für den Monatlichen- und den Jahresverbrauch dazu kommen. Die dafür gespeicherten Daten sind die lokale IP-Adresse des Sensors (damit der Klick auf den Link für den Rückweg zur lokalen Sensorseite funktioniert), die MAC-Adresse des Sensors zur Zuordnung der Daten sowie die Impulse. Beim Aufruf der Seite werden Brennwert, Zustandszahl und aktueller Zählerstand übermittelt. Diese Daten werden aber nicht gespeichert.

So, bleibt mir nur noch viel Spaß zu wünschen mit dem neuen Sensor. Kommentare sind gerne willkommen.

Eine Möglichkeit zum Logging der Daten mittels MariaDB und Darstellung mittels Grafana habe ich in einem weiteren Artikel beschrieben.

Gruß Chris

Mit der Version 1.017 bekommt der NodeMCU mit dem Sensor für die Füllstandsmessung der Zisterne (siehe auch die beiden anderen Artikel hier und hier) das MQTT-Protokoll beigebracht. Was MQTT ist, erfahrt ihr ausführlich hier in der Wikipedia oder hier mit weiterführenden Erklärungen wie das ganze z.B. in FHEM genutzt werden kann. Im Heise-Artikel wird MQTT auch sehr anschaulich erklärt.

Benötigt wird ein MQTT-Server (z.B. Mosquitto) dessen IP in die Konfiguration eingetragen werden muss. Optional kann ein Benutzername und ein Passwort genutzt werden. Dann noch das Topic unter dem der Sensor seinen Wert (Füllstand in %) an den MQTT-Broker veröffentlichen soll. Unter „Intervall“ dann noch die Zeit in Sekunden zwischen den Veröffentlichungen angeben.

http://www.bubux.de/heimautomatisierung/ota/zisterne_aktuell.bin

Gruß Chris

Heute nochmal ein Update bzw. eine vollständige Zusammenfassung zur Messung des Füllstands der Zisterne mittels Ultraschall. Ich habe den Sketch für den ESP8266 (den ich immer noch in Form eines NodeMCU betreibe) mal etwas aufgebohrt.

Zu den alten Artikeln geht es hier und hier.

Im folgenden werden alle notwendigen Schritte beschrieben um die Firmware auf den ESP8266 zu flashen und den Sensor in Betrieb zu nehmen.

Benötigte Hardware

Die benötigte Hardware besteht aus einem NodeMCU mit ESP8266 und einem HC-SR04 Ultraschallsensor. Die Beschaltung folgt weiter unten.

Dann noch ein mindestens vieradriges Kabel und ein Gehäuse zur Unterbringung des Ultraschallsensors in der Zisterne z.B. eine kleine Aufputzdose aus dem Baumarkt.

Firmware installieren

Zur Installation der Firmware auf dem ESP8266 muss zuerst die Arduino Software auf einem PC installiert werden. Diese ist für Linux, Windows und MAC unter https://www.arduino.cc/en/main/software verfügbar.

Um in der Arduino IDE den ESP8266 nutzen zu können, muss in den Einstellungen (Datei -> Voreinstellungen) in das Feld „Zusätzliche Boardverwalter URLs“ folgende URL eingetragen werden: http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json

Dann unter „Werkzeuge -> Board … -> Boardverwalter…“ nach „esp8266“ suchen und „esp8266 by ESP8266 Community“ installieren. Hiermit werden u.a. die Tools zum flashen der Firmware auf den ESP8266 installiert.

Herunterladen der aktuellsten Firmware für die Füllstandmessung der Zisterne www.bubux.de/heimautomatisierung/ota/zisterne_aktuell.bin.

Den NodeMCU mit dem Rechner verbinden. In der Arduino IDE unter „Werkzeuge -> Port“ den COM-Port des NodeMCU ermitteln. Das Flashen der Firmware funktioniert leider nicht direkt aus der Arduino IDE heraus. Hierfür muss die Kommandozeile bemüht werden:

Flashen des ESP8266 unter Windows

Unter Windows dazu die Kommandozeile öffnen (cmd.exe) und dort den folgenden Befehl eingeben:

%USERPROFILE%\AppData\Local\Arduino15\packages\esp8266\tools\esptool\0.4.8\esptool.exe -vv -cd nodemcu -cb 57600 -ca 0x00000 -cp COMXY -cf Pfad_zur_Firmwaredatei

Wichtig: Die Versionsnummer des esptool kann ggf. abweichen, das Device hinter -cp (COMxy) muss entsprechend angepasst werden sowie der Pfad zur Firmwaredatei muss entsprechend angepasst werden.

Flashen des ESP8266 unter Linux

Auf der Kommandozeile folgenden Befehl ausführen:

~/.arduino15/packages/esp8266/tools/esptool/0.4.9/esptool -vv -cd nodemcu -cb 57600 -ca 0x00000 -cp /dev/ttyxxxx -cf Pfad_zur_Firmwaredatei

Wichtig: Die Versionsnummer des esptool kann ggf. abweichen, das Device hinter -cp muss entsprechend angepasst werden sowie der Pfad zur Firmwaredatei muss entsprechend angepasst werden.

Anschluss des Sensors

Von HC-SR04 an NodeMCU:

Vcc an VU
Gnd an GND
Trig an D2
Echo an D1

Inbetriebnahme

Ist die Firmware auf den NodeMCU geflasht und der SR04-Ultraschallsensor angeschlossen, kann die Inbetriebnahme erfolgen. Dazu den Sensor mit Strom versorgen.

Der Sensor versucht sich mit einem konfigurierten WLAN zu verbinden. Funktioniert dies nicht (was bei der ersten Inbetriebnahme der Fall ist), erstellt der Sensor einen WLAN Accesspoint mit dem Namen „WLAN-Zisterne“ der z.B. im Smartphone gefunden werden sollte. Mit diesem WLAN verbinden.

Nun im Browser des verbundenen Gerätes die Adresse http://192.168.4.1 aufrufen. Diese Adresse wird in der Regel auch in den Verbindungseinstellungen des verbundenen WLAN angezeigt und verlinkt. Es öffnet sich nun die Konfigurationsseite des Sensors.

Dort die SSID und das Passwort des Heim-WLAN eingeben und auf „Konfiguration speichern“ klicken. Die weiteren Einstellungen können später erfolgen.

Der Sensor startet daraufhin neu und versucht sich mit dem Heim-WLAN zu verbinden. War dies erfolgreich ist der Accesspoint nicht mehr erreichbar und des Sensor sollte eine IP-Adresse im Netzwerk zugewiesen bekommen haben. Diese kann im Router nachgeschaut werden )in der Friztbox z.B. unter „Heimnetz -> Netzwerk„).

Ist der Accespoint „WLAN-Zisterne“ weiterhin sichbar, war die Verbindung mit den Heim-WLAN nicht erfolgreich. Dann die obigen Schritte erneut ausführen.

Betrieb

Die Oberfläche des Sensor ist nun im Browser nach Eingabe der IP-Adresse verfügbar. Für den weiteren Betrieb müssen zuerst weitere Einstellungen vorgenommen werden. Dazu den Bereich „Sonstiges“ aufklappen und auf „Konfiguration“ klicken.

Einstellungen des Sensors

Unter „Abstand Sensor/Boden“ muss der Abstand in Zentimeter zwischen Sensor und Boden der Zisterne angegeben werden. Unter „Abstand Sensor/Max. Höhe“ muss der Abstand zwischen Sensor und Wasseroberfläche bei maximalen Wasserstand angebenen werden. Ist die Zisterne nicht voll, kann der Wert auch jederzeit korrigiert werden

Daten an eigene API übergeben

Die Daten des Sensors können an eine eigene Schnittstelle übergeben werden. Hierzu kann ein Server, Port und der Pfad angegeben werden. Die Sensordaten werden als Argumente in der URL angehangen. So kann z.B. ein PHP-Script auf dem Server aufgerufen werden welches die angehangenen Argumente empfängt und weiter verarbeitet (z.B. an FHEM übergibt oder in eine Datenbank schreibt.

Update 20.07.2019

Die URL für die eigene API kann mit zwei Variablen frei definiert werden. Dazu die Variablen „_abstand“ und „_fuellstand“ in einer beliebigen URL nutzen. Im NodeMCU werden die beiden Platzhalter durch die echten Werte ersetzt.

Zum Beispiel wird aus der konfigurierten URL:
/umwelt/zisterne_neu.php?abstand=_abstand&fuellstand=_fuellstand
beim Aufruf der eigenen API dann:
/umwelt/zisterne_neu.php?abstand=29&fuellstand=100.00&vcc=2.75

Hier ein Beispielscript welches das Schreiben der Werte in eine Textdatei und in eine MySQL-Datenbank vornimmt sowie die Übergabe der Werte an eine FHEM-Installation:

<?php

$fuellstand=$_GET["fuellstand"];
$abstand=$_GET["abstand"];
$vcc=$_GET["vcc"];

//*************************
// Werte in Datei schreiben
//*************************
$datum = date("d.m.Y H:i");
$handle = fopen ('zisterne.txt', 'a');
fwrite ($handle, $datum.",".$fuellstand.",".$abstand."\n");
fclose ($handle);

//****************************
//Werte in Datenbank schreiben
//****************************
$servername = "localhost";
$username = "benutzer";
$password = "passwort";
$dbname = "dbname";

$connection = new mysqli($servername, $username, $password, $dbname);
if ($connection->connect_error) {
        die("Connection failed: " . $connection->connect_error);
}
$sql = "INSERT INTO zisterne (timestamp,fuellstand,spannung) VALUES (CURRENT_TIMESTAMP,$fuellstand,$vcc)";
if ($connection->query($sql) === TRUE) {
        //echo "INSERT war erfolgreich";
} else {
        echo "Error: " . $sql . "<br>" . $connection->error;
}

//***********************
//Werte an FHEM übergeben
//***********************
$fhemhost = "192.168.178.1";
$fhemport = 7072;
$fhemsock = fsockopen($fhemhost, $fhemport, $errno, $errstr, 30);
$fhemcmd = "set ZisterneFuellstand ".$fuellstand."\r\nquit\r\n";
fwrite($fhemsock, $fhemcmd);
fclose($fhemsock);

$fhemsock = fsockopen($fhemhost, $fhemport, $errno, $errstr, 30);
$fhemcmd = "set ZisterneSpannung ".$vcc."\r\nquit\r\n";
fwrite($fhemsock, $fhemcmd);
fclose($fhemsock);
?>

Daten an bubux.de übergeben

Steht kein eigener Server zur Historisierung der Daten zur Verfügung, können die gemessenen Werte an bubux.de gesendet werden. Dort ist (aktuell) eine Auswertung des letzten 30 Tage verfügbar und wird graphisch dargestellt. Nach der Aktivierung mittels der Checkbox ist ein entsprechender Link auf der Startseite des Sensors verfügbar.

Es werden der prozentuale Füllstand, die MAC-Adresse zur Zuordnung der Daten, die lokale IP des Sensors zur Verlinkung von der Webseite auf bubux.de zur Webseite des Sensors und die Version der Firmware übergeben.

Startseite des Sensors

Sind alle Einstellungen vorgenommen kann der Sensor genutzt werden. Auf der Startseite werden der prozentuale Füllstand und der aktuelle Abstand zwischen Sensor und Wasseroberfläche angezeigt.

Einbau

Da der Einbau je nach Zisterne individuell ist, will ich nicht viel Worte darüber verlieren. Nur soviel, das ich den Sensor in ein Baumarkt-Aufputzdose gepackt habe und mit Heißkleber „vergossen“ haben. Harz wäre wahrscheinlich besser gewesen, aber der Sensor funktioniert bisher einwandfrei. Der Sensor hängt nach unten an einem Brett in der Zisterne. Der NodeMCU ist an ein etwa 6m langes Kabel angeschlossen und ist in einem Lagerräumchen untergebracht.

Ich würde mich über Rückmeldungen (Fehler, Verbesserungswünsche, …) bzgl. der neuen Firmwareversion freuen. Todo wäre noch die Daten per JSON abrufbar zu machen und z.B. ein Plugin für FHEM zu bauen.

Viel Spaß beim basteln!

Chris