MQTT Verstärkerumschalter mit dem ESP8266

Sonos ist ein geiles System, aber … Von Flexibilität haben die da leider noch nichts gehört. Auch die wollen Geld schöffeln und für jeden Zweck ein eigenes Gerät verkaufen. Unser Problem: Wir haben einen Sonos Connect Amp im Wohnzimmer und zusätzlich einen AVReceiver als Verstärker und HDMI-Umschalter für den Beamer. Jeder für sich braucht ein Lautsprecherpaar, d.h. es stehen vier Lautsprecher in der Gegend rum. Wir haben uns unterschiedliche Konfigurationen überlegt, auch mit anderen Sonos Geräten, kamen aber nie auf eine Zufriedenstellende und/oder bezahlbare Lösung. Also durfte ich endlich wieder was basteln 😀

Problem beim Umschalten zwischen zwei Verstärkern ist, dass die Verstärker niemals miteinander verbunden werden dürfen. Bei einem Lautsprecherumschalter ist dies nicht gegeben, da wird nicht darauf geachtet weil es unwichtig ist. Die am Markt verfügbaren Verstärkerumschalter sind alle technisch veraltet (Automation? Schnittstellen?) oder wieder sehr sehr teuer. Wir haben so viel Zeit in die Hausautomation gesteckt, da will ich doch nicht immer von Hand umschalten müssen. Vor allem nicht wenn ich bereits auf dem Sofa liege 😉

Also ging es an einen Plan für einen Umschalter über Relais mit dem ESP8266 (Microcontroller mit WLAN). Ich arbeite bewusst mit vier Relais, um ein zeit verzögertes aus- und einschalten beim Wechsel zwischen den beiden Verstärkern realisieren zu können. Zudem wurde eine Schutzschaltung in Hardware eingebaut die beim Schalten des einen Verstärkers die Schalteingänge für die Relais des zweiten Verstärkers auf Masse zieht, damit diese nicht versehentlich gleichzeitig geschaltet werden können. Sollte es nun passieren, dass alle Relais gleichzeitig geschaltet werden, gibt es keinen Kurzschluss, sondern ein Verstärker gewinnt immer.

MQTTAmpSwitch

Neben den im Schaltplan ersichtlichen Bauteilen kam noch folgendes dazu:

Da die Front- und Rückseite des Gehäuses aus Metall ist und die Anschlussklemmen nicht isoliert sind, habe ich die Rückseite durch eine Epoxy-Platte ersetzt.

 

Als Software kommt MicroPython für den ESP8266 zum Einsatz. Aktuell gibt es das Binary noch nicht öffentlich sondern nur eine Preview für Unterstützer über Kickstarter.

Fazit: Die Preview ist schon mega geil! Macht viel mehr Laune damit den ESP zu bestücken als mit der ArduinoIDE. Zudem hat man eine direkte Python-Konsole auf dem ESP und kann per Kommandozeile mit dem Microcontroller arbeiten. Das macht das Programmieren und Debuggen um einiges einfacher.

Hier ein erster Entwurf des Python Codes für den Umschalter – ist aber eher ein Proof of Concept – vernünftiger Code muss noch nachträglich gebaut werden 😀
Den jeweils aktuellsten Code gibts auf github: https://github.com/Torsten-/MicroPython_MQTTAmpSwitch

Der Code schickt übrigens auch jede Statusänderung über MQTT raus – egal ob manuell über den Taster, oder ob automatisiert über MQTT. So ist FHEM immer auf dem aktuellsten Stand.

 

In FHEM wird dann ein neues Device angelegt:

 

Zu den Schaltregeln – für den Anfang gibt es folgende:

  • Wenn ein Entertainment-Programm gestartet wird (Leinwand runterfahren, Beamer an, ..) wird der Umschalter auf den AVReceiver umgestellt
  • Beim Beenden des Entertainment-Programms wird der Umschalter wieder auf Sonos zurück gestellt
  • Wenn der Umschalter auf den AVReceiver umgeschaltet wird, wird die Wiedergabe des Sonos gestoppt

Lego Mindstorms – Baustellenkran

Bei diesem Lego-Projekt lag das Konstruieren im Vordergrund. Software gibt es zu dem Projekt nicht, mir reichte die Möglichkeit über Bluetooth und einer Android App fern zu steuern – das bietet der EV3 Controller auch ohne extra Programm an.

2015-01-01 14.05.18

Alle drei Motoren des Mindstorms-Sets haben ihre Funktion. Einer der zwei großen Motoren dreht den kompletten Kran, der zweite ist zuständig für die Seilwinde. Der kleine Motor bewegt den Haken auf dem Ausleger nach vorne und hinten. Der Haken selbst ist als Flaschenzug konstruiert (weil es geht – nicht weil es notwendig ist 😉 ).

Die meisten Probleme hat die Gewichtsverteilung gemacht. Etwas Spiel haben die zusammengesteckten Bauteile immer, deswegen ist der schwere Kran teilweise eine wackelige Angelegenheit. Beim drehen merkt man, dass der Fuß viel zu leicht ist. Wenn der Motor voll loslegt, dreht sich eher der Fuß auf dem Boden. Insgesamt bin ich mit dem Ergebnis aber zufrieden.

Lego Mindstorms – Farbsortierer

Mir wurde eine Leihstellung Lego Mindstorms Education zur Verfügung gestellt. Damit kann man auf die etwas andere Art experimentieren und basteln – und ganz wichtig: endlich wieder mit Lego Technik spielen 😀

 

Der erste „Gehversuch“ war dann direkt ein balancierender Roboter.

2014-12-24 22.53.47

Der Roboter balanciert auf den zwei Rädern und weicht Hindernissen aus, wenn er diese durch den Ultraschall- oder Lichtsensor erkennt.
Das ganze wurde jedoch nach Anleitung gebaut und die Software war auch schon fertig.

 

 

Heute ging es dann an den ersten freien Versuch ohne Anleitung und mit eigener Software. Es sollte ein kleiner Sortierer werden, der die Bausteine nach Farbe sortiert. (UPDATE: Ich habe mittlerweile gesehen, dass es einen Farbsortierer als Beispielprojekt gibt – deren Lösung ist anders, aber auch interessant 😉 ) Ein Motor legt Baustein für Baustein einzeln auf das Fließband. Vorher nimmt der Farbsensor die Farbe auf. Danach dreht ein zweiter Motor das Fließband für x Sekunden weiter, wobei x durch die zuvor erkannte Farbe bestimmt wird. Zum Schluss wird über einen dritten Motor ein Schieber bewegt, der den farbigen Baustein vom Fließband schiebt.
Das Display zeigt die jeweils erkannte Farbe und zum Schluss eine Statistik der gezählten Bausteine pro Farbe.

Hier gibt es den „Quelltext“: Farbsortierer
Bildschirmfoto vom 2014-12-26 11:45:12

Und hier ein Video mit der Maschine in Aktion.

Erste Erkenntnisse:
– Konstruktionen sind gar nicht so einfach – es fehlt immer ein bestimmter Stein, den es nicht gibt 🙂
– Die Programmierung ist echt super einfach gestaltet
– Die super einfache Programmierung ist manchmal etwas umständlich, wenn man schon programmieren kann

RGB Temperatur Anzeige (für FHEM)

Um morgens entscheiden zu können, wie dick ich mich für die Fahrradfahrt zur Arbeit anziehen muss, werfe ich einen flüchtigen Blick auf ein Thermometer. Das Problem ist, dass die meisten Thermometer ein Display ohne Beleuchtung haben. Man muss schon genau hingucken und in der Nähe des Thermometers sein um die Zahlen erkennen zu können. Vor allem wenn man die Brille noch nicht auf hat 🙂

Zudem habe ich zwei Funkthermometer – eines zum Messen der Raumtemperatur, das andere zum Messen der Außentemperatur. Diese Thermometer funken auf 868 Mhz zu einem Raspberry Pi mit FHEM. Vorteil bei den Funkthermometern: Ich habe nicht nur eine History in FHEM sondern kann die Thermometer auch sinnvoller platzieren als Kabelgebundene.
Leider ist es noch umständlicher eine App zu öffnen, als auf ein dunkles Thermometer-Display zu gucken 😉 Auch der Versuch ein par FHEM Daten auf einem kleinen Display auszugeben waren nicht zufriedenstellend, da mir die Zahlen noch zu klein waren.

Irgendwann habe ich mich entschieden das Problem mit 7-Segment-Anzeigen zu lösen. Da leuchten die Zahlen aktiv, sie sind groß genug um sie auch aus der Ferne zu erkennen und ich habe die Anzeige nicht mit weiteren Informationen überfrachtet.

Hardware

Die Anzeige besteht aus zwei Zeilen und sechs Spalten.

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Zusätzlich wollte ich ausprobieren, ob man über RGB-LEDs ein zusätzliches visuelles Feedback zur Temperatur abgeben kann, sodass man anhand der Farbe schon auf die ungefähre Temperatur schließen kann – ob sich das bewährt, wird sich zeigen – ansonsten ist es halt nur Kunst 😀

2014-12-14 19.39.21

Die Alufolie war zunächst meine Lösung um die LEDs des darunter liegenden Arduinos zu verbergen, hat sich aber auch als Reflektor bewährt.

Die Platine mit den Anzeigen besteht tatsächlich nur aus den Anzeigen, den LEDs und Stiftleisten. Zum Multiplexen der Anzeige habe ich die gemeinsame Anode der 7-Segment-Anzeigen pro Spalte zusammengefasst, sodass bei der Spaltenauswahl sowohl das Element aus der ersten als auch das aus der zweiten Zeile gleichzeitig angesteuert wird.
Die Auswahl der entsprechenden Segmente erfolgt über Schieberegister. Die jeweils gleichen Segmente der ersten Zeile sind miteinander verbunden und die der zweiten auch. So kann ich über die Anode eine Spalte auswählen und über zwei Schieberegister (pro Zeile eins) die entsprechenden Segmente pro Zeile aufleuchten lassen.
Der Arduino geht spaltenweise durch. Es kann zwar immer nur eine Spalte leuchten, da das Auge aber träger ist, als der Arduino die Spalten durchgeht, sieht es aus als würden alle gleichzeitig leuchten.

 

Eine zweite Platine im gleichen Format beherbergt dann die restliche Elektronik und die Buchsenleisten zum Aufstecken des Display-Boards.

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In der Mitte ein Arduino Nano Nachbau – Vorteil daran ist die fertige Schaltung inklusive USB-Anschluss. Und das zu einem unschlagbaren Preis – wenn man etwas längere Versandzeiten aus China in Kauf nimmt.

Rechts die zwei Schieberegister – diese sind in Reihe geschaltet. Links oben die Transistoren zum Schalten der Spalten und unten die Anschlüsse für die RGB-LEDs.

Hier der professionelle Schaltplan zum Logik-Board 😀

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Hier erkennt man das Stacking der zwei Boards aufeinander mit dem Arduino in der Mitte.

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Als Gehäuse habe ich einen Ikea-Bilderrahmen genommen. Die sind schön dick und können etwas Elektronik aufnehmen.

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So sieht das ganze dann in Aktion aus.

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Software

Den Arduino-Quelltext habe ich auf github hochgeladen: siehe hier

Übergabeformat
Zum Anzeigen der Werte gibt es ein simples Format, was über die serielle Schnittstelle zum Arduino übertragen wird.

1:23,4\n

Mit 1 (oder 2) gibt man die Zeile an, für die man den Wert setzen will. Gefolgt von einem Doppelpunkt und dem Wert der Anzeige. Ob Komma oder Punkt zum Trennen der Dezimalstellen ist egal. Für negative Werte einfach das Minus mit angeben. Ein Zeilenumbruch schließt den Input ab und sagt dem Arduino, dass er den Wert parsen und anzeigen soll.
Das hat den Vorteil, dass die Werte der zwei Zeilen unabhängig voneinander gesetzt werden können. Die trudeln nicht gleichzeitig bei FHEM ein, daher setze ich die Werte unabhängig voneinander.

Timeout
Sollten mal die Updates der Anzeige fehlschlagen (Übertragung zum Arduino, FHEM läuft nicht, Thermometer senden nicht mehr, ..) stellt der Arduino den Wert auf „-0,0“ um zu demonstrieren, dass ihm Werte fehlen. Dies passiert über einen konfigurierbaren Timeout (derzeit 30 Minuten). Damit beuge ich dem Problem vor, dass ich tagelang eine eingefrorene Anzeige habe und nicht mitbekomme, dass die Werte veraltet sind.

FHEM
In FHEM habe ich das ganze dann stumpf umgesetzt, indem ich die Werte direkt auf das serielle Device schreibe, ohne dieses vorher zu konfigurieren. Dafür gibt es garantiert hübschere und sauberere Wege, aber dieser funktioniert einwandfrei – warum dann mehr Arbeit reinstecken?! 😀

define Outdoor_Temp_Board notify Indoor:T:.* {\
open(FILE,“>/dev/ttyUSB0″);;\
print FILE „1:“;; print FILE %EVTPART1;; print FILE „\n“;;\
close(FILE);;\
}