Architektur

🏊 Smart Swimming Pool: Systemarchitektur und Datenfluss im Überblick.

Diese Seite beschreibt, wie die Hardware-Komponenten, Software-Module und Kommunikationsprotokolle in einer typischen Smart-Swimming-Pool-Installation zusammenwirken.

Systemübersicht

Das folgende Diagramm zeigt alle Hauptkomponenten und ihre Verbindungen:

    flowchart LR
    subgraph Sensors["🌡️ Sensoren (Niederspannung)"]
        S1[DS18B20<br/>Solarkollektor] -->|GPIO32<br/>OneWire| ESP
        S2[DS18B20<br/>Poolwasser] -->|GPIO33<br/>OneWire| ESP
    end

    subgraph Controller["🎛️ Pool Controller"]
        ESP[ESP32<br/>Pool Controller<br/>Firmware v3.x]
        WEB[Weboberfläche<br/>LittleFS<br/>Konfiguration]
        ESP --- WEB
    end

    subgraph Relay["🔌 Relais-Modul (Niederspannung)"]
        R[2-Kanal<br/>Relais-Modul<br/>GPIO 25/26]
    end

    subgraph Mains["⚡ Netzspannung (230V)"]
        P1[Heizkreis<br/>Pumpe]
        P2[Filter-/<br/>Umwälzpumpe]
        RCD[FI-Schutzschalter<br/>Leitungsschutz]
    end

    subgraph Network["🌐 Netzwerk"]
        MQTT[MQTT Broker<br/>Mosquitto]
    end

    subgraph SmartHome["🏠 Smart Home (optional)"]
        HA[Home Assistant<br/>MQTT Discovery]
        OH[openHAB<br/>MQTT Binding]
        GRAF[Grafana<br/>Dashboard]
    end

    subgraph Display["🖥️ Optionale Module"]
        PM[Pool Monitor<br/>Kabelloses Display]
    end

    %% Verbindungen
    ESP -->|GPIO 25/26<br/>Aktiv-Low| R
    ESP -->|MQTT<br/>HA Discovery / Homie| MQTT

    R -->|230V via FI| Mains
    RCD --- P1
    RCD --- P2

    MQTT --> HA
    MQTT --> OH
    MQTT --> GRAF
    MQTT --> PM

Legende

Element	Bedeutung
Durchgehender Pfeil	Direkte elektrische Verbindung
Netzwerk-Pfeil	Netzwerk- / MQTT-Verbindung
230V (Netzspannung)	Hochspannungsseite — elektrische Sicherheit beachten
Niederspannung	3,3V / 5V Seite — arbeitssicher bei Netztrennung

Komponentenbeschreibungen

Sensoren (Niederspannung)

Komponente	Typ	Anschluss	Zweck
Solarkollektor-Sensor	DS18B20 (wasserdicht)	GPIO32 via OneWire	Misst Temperatur am Kollektoraustritt
Poolwasser-Sensor	DS18B20 (wasserdicht)	GPIO33 via OneWire	Misst die Pool-Wassertemperatur

Beide Sensoren teilen sich 3,3V und GND. Jede Datenleitung benötigt einen 4,7kΩ Pull-Up-Widerstand nach 3,3V.

Pool Controller

Der ESP32 führt die Pool-Controller-Firmware aus, welche:

Beide DS18B20-Temperatursensoren via OneWire ausliest
Die Heizungslogik implementiert (Hysterese, Temperaturschwellen)
Die Zirkulationssteuerung übernimmt (Timer, temperaturbasiert)
Alle Daten via MQTT im Home Assistant MQTT Discovery-Format (v3.x) oder der Homie-Convention (v2.x) veröffentlicht
Eine Weboberfläche zur Konfiguration bereitstellt (LittleFS)
Befehle via MQTT und Web-UI entgegennimmt
Vollständig autark arbeitet — kein Smart-Home-Server erforderlich

Relais-Modul

Ein Standard 2-Kanal-5V-Relais-Modul (Aktiv-Low):

Kanal	GPIO	Steuert
Relais IN1 (Kanal 1)	GPIO26	Heizkreispumpe
Relais IN2 (Kanal 2)	GPIO25	Filter-/Umwälzpumpe

Das Relais-Modul sorgt für galvanische Trennung zwischen ESP32 (Niederspannung) und den Pumpen (230V). Pumpen immer über einen FI-Schutzschalter anschließen.

Netzspannungsseite (230V)

⚠️

WARNUNG: 230V Netzspannung

Dieses Projekt arbeitet mit 230V Wechselstrom und darf nur von Personen mit Elektronik-Grundkenntnissen nachgebaut werden. Verwende immer einen RCD (FI-Schutzschalter). Das Projekt ist nicht CE/UL-zertifiziert und nicht für den gewerblichen Einsatz bestimmt.

Heizkreispumpe: Zirkuliert Poolwasser durch den Wärmetauscher
Filter-/Umwälzpumpe: Betreibt die Sandfilteranlage nach Zeitplan
FI-Schutzschalter (RCD): Vorschriftsmäßige Schutzeinrichtung gegen Fehlerströme
Leitungsschutzschalter: Überstromschutz für jeden Pumpenstromkreis

⚠️ Alle 230V-Installationen müssen den örtlichen Elektrovorschriften entsprechen. Im Zweifel einen Elektriker hinzuziehen.

Datenfluss

Sensor-Messung: ESP32 liest Temperaturen von DS18B20-Sensoren via OneWire
Steuerlogik: Firmware wertet Heizungs- und Zirkulationsregeln aus (autark, kein Server nötig)
MQTT-Veröffentlichung: Alle Sensorwerte, Schaltzustände und Diagnosedaten werden an den MQTT-Broker gesendet (Home Assistant MQTT Discovery-Format in v3.x)
Smart-Home-Integration: Home Assistant, openHAB oder Grafana abonnieren MQTT-Themen zur Visualisierung und Automatisierung
Aktorik: ESP32 steuert das Relais-Modul zum Schalten der Pumpen

Wichtige Design-Entscheidungen

Entscheidung	Begründung
Steuerlogik auf ESP32	System bleibt voll funktionsfähig, auch wenn WiFi oder Smart-Home-Server offline sind
MQTT Discovery (HA / Homie)	Standardisierte Auto-Discovery, lose Kopplung; v3.x nutzt Home Assistant MQTT Discovery, v2.x nutzte Homie-Convention
Aktiv-Low Relais	Kompatibel mit gängigen Relais-Modulen; beim ESP32-Start sind GPIOs HIGH = Relais AUS (sicher)
Getrennter GPIO pro Sensor	Ermöglicht unabhängige Fehlererkennung; bei Ausfall eines Sensors arbeitet der andere weiter

Optionale Module

Die Architektur unterstützt mehrere optionale Erweiterungen:

Modul	Zweck	Integration
Home Assistant	Vollständiges Dashboard, Automationen, Benachrichtigungen	MQTT Discovery (automatisch)
openHAB	Sitemap-basierte Steuerung	MQTT Binding
Grafana Dashboard	Historische Datenvisualisierung	MQTT → InfluxDB → Grafana
Pool Monitor	Solarbetriebenes, kabelloses Temperaturdisplay	MQTT-Abonnement
Smart Analyzer (geplant)	Wasserqualitätsüberwachung	MQTT (zukünftig)