Hardware-Anleitung

Übersicht

Diese Anleitung führt dich Schritt für Schritt durch den Hardware-Aufbau des Pool-Controllers — von der Teileauswahl bis zur fertigen Schaltung. Auch wenn du noch nie gelötet hast, helfen dir die detaillierten Erklärungen, alles richtig zusammenzubauen.

Zielgruppe: Elektronik-Bastler mit grundlegenden Lötkenntnissen. Gesamtkosten: unter 100€ (ohne Pumpen und Pool-Infrastruktur).

Sicherheitshinweise ⚠️

• Der Controller schaltet 230V Netzspannung für die Pumpen. Fehlerhafte Verdrahtung kann zu Stromschlag oder Brand führen.
• Arbeite nur spannungsfrei an der Schaltung.
• Verwende einen FI-Schutzschalter (RCD) für den Pumpenstromkreis.
• Sensorleitungen (Niederspannung) und Netzleitungen räumlich getrennt führen.
• Im Zweifel die Netzinstallation von einem Elektrofachbetrieb prüfen lassen.

Benötigte Teile (BOM)

Bezugsquellen

Alle Teile gibt es bei Amazon, AliExpress, eBay oder bei Elektronik-Distributoren wie:

• Reichelt (reichelt.de) — zuverlässig, schneller Versand in DE/AT
• Pollin (pollin.de) — günstige Komponenten
• Conrad (conrad.de) — großes Sortiment, etwas teurer
• Amazon — bequem, aber oft Aufpreis

Suchbegriffe:

• ESP32: “ESP32 DevKit V1” oder “ESP32 NodeMCU-32S”. Kein ESP32-S2/S3/C3 kaufen — die Firmware läuft auf dem Standard-ESP32 (Xtensa Dual-Core).
• DS18B20: Edelstahl, wasserdicht mit 1m Kabel. Günstige Kunststoff-Varianten gehen auch, sind aber weniger haltbar im Außeneinsatz.
• Relaismodul: Achtung: Logikpegel prüfen! Die Firmware schaltet per active-high (GPIO HIGH → Relais EIN). Viele günstige Module sind active-low (mit Jumper zum Umschalten). Vor dem Festlöten prüfen.

Pin-Belegung (Firmware-Standard)

Die Firmware verwendet eine optimierte Pin-Belegung, die Strapping-Pins und ADC2-Probleme vermeidet (Details siehe Alternative Pin-Belegung). Definiert in src/Config.hpp:

Hinweis: Diese Pins sind auf maximale Kompatibilität ausgelegt. Die ursprüngliche Belegung (GPIO15/16/18/19) funktioniert ebenfalls, aber die optimierten Pins eliminieren jedes Boot-Risiko und vermeiden ADC2-Pins.

Schaltplan

 ─── STROMVERSORGUNG ──────────────────────────────────────────────

  [USB-Netzteil 5V/1A+]      [ESP32 Board]           [Relaismodul]
   ┌──────────┐              ┌─────────────┐          ┌────────────┐
   │ 5V (+) ──┼──────────────┤ VIN         │          │ VCC        │
   │          │              │  (versorgt  │      ┌───┤ (versorgt  │
   │          │              │   Board)    │      │   │  Spulen)   │
   │          │              │             │      │   │            │
   │          │              │ 3V3 ───┬────┘      │   │ GND ◄──────┼──┐
   │          │              │        │           │   └────────────┘  │
   │ GND ─────┼──────────────┤ GND ◄──┼───────────┼──────────────────┘
   └──────────┘              └────────┘           │

 ─── SENSOREN ─────────────────────────────────────────────────────

  [DS18B20 Solar]                               [DS18B20 Pool]
   ┌───────────┐                                 ┌───────────┐
   │ VDD (rot) ─┼── 3,3V ─────────────────────────┼── VDD (rot)│
   │           │                                 │           │
   │ GND (sw) ─┼── GND ──────────────────────────┼── GND (sw)│
   │           │                                 │           │
   │DATA (ge) ─┼── GPIO32 (PIN_DS_SOLAR)          │           │
   │           │  │                              │           │
   │           │  └──[4,7kΩ]── 3,3V ← Pull-up    │           │
   │           │                   Widerstand    │           │
   │           │                                 │DATA (ge) ─┼── GPIO33 (PIN_DS_POOL)
   │           │                                 │           │  │
   │           │                                 │           │  └──[4,7kΩ]── 3,3V
   └───────────┘                                 └───────────┘

 ─── RELAIS-STEUERSIGNALE ─────────────────────────────────────────

  ESP32 GPIO25 ────────────────────────────── Relais IN1 (Pool)
  ESP32 GPIO26 ────────────────────────────── Relais IN2 (Solar)

 ─── STATUS-ANZEIGE ───────────────────────────────────────────────

  ESP32 eingebaute LED (GPIO2) ── Status-Blinkcodes (Homie)

 ─── RELAIS-LASTSEITE (230V AC) ───────────────────────────────────

  L (Außenleiter) ─── RCD ─── MCB ──┬── Relais COM1 ── Pool-Pumpe
                                     └── Relais COM2 ── Solar-Pumpe
  N (Neutralleiter) ───────────────────── Neutralleiter ── Pumpen N

Schritt-für-Schritt-Verdrahtung

1. Temperatursensoren (DS18B20)

Der DS18B20 hat drei Adern (bei wasserdichten Fühlern: rot = VDD, gelb/weiß = DATA, schwarz = GND — immer mit Datenblatt deines Sensors vergleichen!):

Wichtig — den 4,7kΩ-Pull-Up-Widerstand nicht vergessen:

Jede DATA-Leitung muss über einen 4,7kΩ-Widerstand mit 3,3V verbunden werden. Ohne diesen Widerstand wird der Sensor nicht erkannt — das ist die häufigste Fehlerquelle.

   Solar DATA ──── 4,7kΩ ──── 3,3V
   Pool  DATA ──── 4,7kΩ ──── 3,3V

Löte den Widerstand möglichst nahe am ESP32-Pin-Header, zwischen DATA-Pin und der 3,3V-Schiene. Geeignet ist jeder 4,7kΩ ±5%-Widerstand (¼W oder ⅛W, Metall- oder Kohleschicht).

2. Relaismodul

Wichtig — Logikpegel: Die Firmware setzt den GPIO-Pin auf HIGH (3,3V) um das Relais zu aktivieren (active-high). Wenn dein Modul bei LOW schaltet (active-low), suche nach einem Jumper auf der Modulplatine, um den Modus zu wechseln. Active-high-Module sind einfacher in der Handhabung.

Lastseite (230V-Seite):

   L (Außenleiter) ─── FI ─── LS ──┬── Relais COM1 ── Pool-Pumpe
                                    │       NO1 ─────┘
                                    │
                                    └── Relais COM2 ── Solar-Pumpe
                                            NO2 ─────┘
   N (Neutralleiter) ───────────────────── Neutralleiter ── Pumpen N

• Den Außenleiter (L) der Pumpe an den COM-Kontakt (Mitte) des Relais.
• Den NO-Kontakt (Schließer, “normally open”) mit der Pumpe verbinden.
• Den anderen Pumpenanschluss an Neutralleiter (N).
• Den 230V-Stromkreis immer über einen FI-Schutzschalter und einen passend abgesicherten Leitungsschutzschalter führen.

3. Stromversorgung

Wichtig: Der eingebaute 3,3V-Spannungsregler des ESP32 liefert ca. 600mA. Die DS18B20-Sensoren brauchen zusammen < 5mA — völlig unkritisch. Wenn du viele zusätzliche 3,3V-Komponenten anschließt, einen externen 3,3V-Regler verwenden.

Aufbau-Schritte

Testaufbau auf dem Breadboard

1. ESP32 aufstecken — mittig auf dem Breadboard, über die Mittellücke
2. Stromschienen verbinden — 3,3V und GND auf beiden Seiten
3. Pull-Up-Widerstände einstecken — zwischen DATA-Reihe und 3,3V-Schiene
4. DS18B20-Sensoren anschließen — Jumper-Kabel für VDD (3,3V), GND und DATA
5. Relaismodul anschließen — Jumper für VCC (5V), GND, IN1, IN2
6. Stromversorgung per USB — Der VIN/USB-Pin des ESP32 liefert 5V fürs Relaismodul
7. Alle Verbindungen prüfen bevor du Spannung anlegst
8. Test: Siehe Inbetriebnahme

💡 Tipp: Unterschiedliche Jumper-Farben verwenden — z.B. rot für Spannung (3,3V/5V), schwarz für Masse (GND), gelb für Sensordaten, blau für Relais-Steuerung.

Dauerhafter Aufbau auf Lochrasterplatine

Wenn der Testaufbau auf dem Breadboard funktioniert, baust du die endgültige Version:

1. Layout planen: Komponenten vor dem Löten auf der Platine anordnen. 230V-Relais-Anschlüsse an einer Kante, Sensoranschlüsse an der gegenüber- liegenden Seite.
2. In dieser Reihenfolge löten:
   • Stiftleisten / Schraubklemmen für den ESP32 (fasse ihn in eine Sockelleiste, löte nicht direkt auf die Platine)
   • Widerstände (4,7kΩ)
   • Stiftleisten fürs Relaismodul (auch hier sockeln)
   • Schraubklemmen für Sensoranschlüsse
3. Verbindungen führen: Massivdraht für die Verbindungen. Datenleitungen kurz halten.
4. Auf Lötzinnbrücken prüfen: Jede Lötstelle mit der Lupe oder Multimeter (Durchgangsprüfung) kontrollieren.
5. Ins Gehäuse einbauen: Abstandsbolzen oder doppelseitiges Klebeband verwenden. Löcher für Sensor- und Relaiskabel bohren. Kabelverschraubungen (PG7/PG9) für wasserdichte Kabeldurchführung nutzen.

Fertigungstipps

Löten

• Blei-Lot verwenden (Sn60Pb40 oder Sn63Pb37) — es fließt besser als bleifreies Lot, besonders für Anfänger. (In DE/AT für Hobbyzwecke weiterhin erlaubt und empfohlen.)
• Flussmittel: Flussmittelkern-Lot nehmen; bei widerspenstigen Lötstellen zusätzlich Flüssig-Flussmittel.
• Temperatur: Lötkolben auf 320–350°C (Bleilot) oder 370–400°C (bleifrei) einstellen.
• Spitze sauber halten: Vor jeder Lötstelle an feuchtem Schwamm oder Messingwolle reinigen.
• Gute Lötstelle: Glänzend, konkave Verrundung, die um den Draht herum fließt. Eine matte, rissige oder kugelförmige Stelle ist schlecht — nachwärmen und frisches Lot zugeben.

Gehäuse

• ABS- oder PVC-Projektbox mit mindestens IP54-Schutzart für den Außeneinsatz (Spritzwasserschutz).
• Lüftungsschlitze bohren, wenn das Relaismodul warm wird — aber nach unten gerichtet, damit kein Wasser eindringt.
• ESP32 auf M2,5- oder M3-Nylon-Abstandsbolzen montieren, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
• Außenanschlüsse beschriften (Pool-Sensor, Solar-Sensor, Pumpe 1, Pumpe 2, USB-Strom).
• Kabelverschraubungen (PG7 für dünne Sensorkabel, PG9 für dickere Stromkabel) an den Kabeleinführungen verwenden.

Kabelmanagement

• Beide Enden jedes Kabels beschriften — mit Schrumpfschlauch-Etiketten oder kleinen Klebeetiketten. Zukünftiges Du wird es dir danken.
• Sensor- und Relaiskabel getrennt führen im Gehäuse, um Einstreuungen zu minimieren.
• Zugentlastung: Kabel an Montagepunkten oder mit Kabelbindern fixieren, damit Zug an den Außenkabeln nicht die Lötstellen belastet.
• Service-Schlaufe: Genug Drahtreserve im Gehäuse lassen, damit du es öffnen und arbeiten kannst ohne alles zu trennen.

Sensoren im Außenbereich

• DS18B20-Fühler sind wasserdicht, aber der Kabeleingang am Sensor ist nicht immer dicht. Schrumpfschlauch über die Kabelverbindung ziehen oder selbstverschmelzendes Silikonband für Außeninstallationen.
• Sensorkabel in Leerrohr (PVC oder flexibel) verlegen, wo sie mechanisch belastet werden (Rasen, Einfahrt).
• Maximale Kabellänge: DS18B20 funktioniert zuverlässig bis ca. 30m mit 4,7kΩ-Pull-up und verdrilltem Kabel. Bei längeren Strecken den Pull-up auf 2,2kΩ verringern oder einen OneWire-Treiber verwenden.
• Pool-Sensor in den Pumpenkreislauf einbauen (nach dem Filter, vor dem Rücklauf) für eine genaue Durchschnittstemperatur.
• Solar-Sensor an der heißesten Stelle des Solarkollektors (meist das obere Austrittsrohr) anlegen.

Stromversorgungs-Optionen

Empfehlung: Wenn du einen festen Installationsort in der Nähe deiner Pumpensteuerung hast, nimm ein Hutschienen-5V-Netzteil (z.B. Mean Well HDR-15-5). Das ist sauber, zuverlässig und versorgt ESP32 und Relaismodul problemlos.

Alternative — Industriesteuerung: Der NORVI IIOT-AE01-R ist ein ESP32-basierter Industriecontroller mit integrierten Relais, 24V-DC-Versorgung, Hutschienenmontage und CE-Zertifizierung. Wenn du bereits ein 230V AC → 24V DC Netzteil hast, wird kein zusätzliches 5V-Netzteil benötigt. Siehe NORVI AE01-R Konfigurationsanleitung für Details.

Inbetriebnahme und Test

1. Sichtprüfung

Vor dem Anlegen der Spannung:

• Auf Lötbrücken zwischen benachbarten Pins prüfen
• Polung aller Komponenten kontrollieren (DS18B20 VDD/GND, Relais VCC/GND)
• Keine losen Drahtenden, die benachbarte Pins kurzschließen
• Widerstand zwischen 3,3V und GND messen — sollte > 10kΩ sein (kein Kurzschluss)

2. Einschalten

1. USB-Strom (oder 5V-Netzteil) anschließen
2. Die eingebaute LED zeigt den Systemstatus nach Homie-Convention:
   • Schnelles Blinken (5 Hz) — AP-Modus (kein WLAN konfiguriert)
   • Langsames Blinken (1 Hz) — WLAN-Verbindung läuft
   • Meist an, kurzes Blinken alle 2s — WLAN OK, MQTT getrennt
   • Dauerhaft an — WLAN + MQTT verbunden

3. Sensoren prüfen

Serielles Monitor öffnen (115200 Baud):

Pool Controller v3.3.0
Starting up...
✓ Pin configuration validated - no conflicts (optimierte Belegung)
  Solar Temp (DS18B20): GPIO32
  Pool Temp  (DS18B20): GPIO33
  Pool Pump  (Relay):   GPIO25
  Solar Pump (Relay):   GPIO26
  Status LED:           GPIO2 (LED_BUILTIN)

Wenn die Sensoren angeschlossen sind und funktionieren:

Solar temperature: 25.3°C
Pool temperature:  22.1°C

Bei Sensor error oder -127°C, prüfe:

• 4,7kΩ-Pull-up-Widerstand auf jeder DATA-Leitung vorhanden?
• DS18B20 VDD an 3,3V (nicht 5V)?
• DS18B20 GND an gemeinsamer Masse?
• DATA-Pin stimmt mit Firmware-Konfiguration überein?

4. Relais testen

Über das Web-UI (Reiter Konfiguration) oder per seriellem Befehl:

Mode: manual
Pool pump: ON  → Relais klickt hörbar, Pumpe läuft an
Solar pump: ON → Relais klickt hörbar, Pumpe läuft an

Wenn das Relais nicht klickt:

• Ist das Relaismodul mit Strom versorgt (5V zwischen VCC und GND)?
• Stimmt der Logikpegel (active-high vs. active-low)?
• Leuchtet die LED auf dem Relaismodul, wenn GPIO auf HIGH geht?

Fehlersuche

Alternative Pin-Belegung (Original)

Die Firmware verwendet jetzt standardmäßig die optimierten Pins (GPIO32/33/25/26) (siehe Pin-Belegung oben). Die ursprüngliche Belegung (GPIO15/16/18/19) steht als Alternative zur Verfügung, falls du Legacy-Hardware oder bestimmte Shield-Boards verwenden möchtest:

constexpr uint8_t PIN_DS_SOLAR{15};     // war 32
constexpr uint8_t PIN_DS_POOL{16};      // war 33
constexpr uint8_t PIN_RELAY_POOL{18};   // war 25
constexpr uint8_t PIN_RELAY_SOLAR{19};  // war 26

Die Optimierung ist im Dokument ESP32 Schaltplananalyse und Optimierung ausführlich analysiert und begründet.

LED-Status-Codes (Homie-Convention)

Der Controller nutzt die eingebaute LED zur Signalisierung des Systemzustands nach der Homie Convention, dem Standard für IoT-Statusanzeigen.

LED-Muster	Systemzustand	Darstellung
Schnelles Blinken (100ms an/aus = 5 Hz)	AP-Modus — kein WLAN konfiguriert, Setup-Portal aktiv
Langsames Blinken (500ms an/aus = 1 Hz)	Verbindungsaufbau — WLAN-Verbindung läuft
Meist an, kurzer Aus-Blinker alle 2s	WLAN OK, MQTT getrennt — Netzwerk aktiv, Broker nicht erreichbar
Dauerhaft an	Voll verbunden — WLAN + MQTT betriebsbereit
Sehr schnelles Blinken (50ms an/aus = 10 Hz)	OTA-Update — Firmware-Download/-Installation aktiv
Doppel-Blink (200/200/200/600ms)	Safe-Mode — Boot-Loop erkannt oder kritische Degradation

Was beim ersten Einschalten passiert:

1. Schnelles Blinken — AP-Modus (noch kein WLAN konfiguriert)
2. Nach WLAN-Konfiguration im Webportal → langsames Blinken während der Verbindung
3. Sobald WLAN verbunden → meist an während MQTT-Verbindung
4. Dauerhaft an — alles läuft normal

Tipp: Bleibt die LED nach dem Einschalten im schnellen Blinken, öffne das WLAN-Netzwerk Pool-Controller-Setup, um dein Heim-WLAN zu konfigurieren.

Referenzen

• Fritzing-Quelldatei: pool-controller.fzz
• KiCad-Schaltplan: ESP32 Dev Board — KiCad-9.0-PDF-Export
• KiCad-Schaltplan: NORVI AE01-R — KiCad-9.0-PDF-Export
• NORVI AE01-R Konfigurationsanleitung — Industrie-ESP32-Controller Pinbelegung & Verdrahtung
• ESP32 Schaltplananalyse und Optimierung
• ESP32 Komplett-Schaltplan
• DS18B20 Datenblatt
• ESP32 Pin-Referenz
• Config.hpp Pin-Quelle