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 diese GPIO-Pins (definiert in src/Config.hpp):

Hinweis zu GPIO15: Dies ist ein Strapping-Pin am ESP32 — er beeinflusst den Boot-Vorgang, wenn er beim Start HIGH oder LOW anliegt. Die Firmware funktioniert zuverlässig mit dieser Belegung. Falls du Boot-Probleme hast, kannst du die DS18B20-Sensoren auf GPIO32/33 legen (siehe Verdrahtungsoptimierung).

Schaltplan

                         +-------------------------+
                         |         ESP32           |
                         |                         |
  DS18B20 SOLAR DATA --->| GPIO15   (PIN_DS_SOLAR) |
  DS18B20 POOL  DATA --->| GPIO16   (PIN_DS_POOL)  |
  Relais IN1 (Pool) ---->| GPIO18   (PIN_RELAY_POOL)|
  Relais IN2 (Solar) --->| GPIO19   (PIN_RELAY_SOLAR)|
                         |                         |
  3,3V ------------------>| 3V3                     |
  GND ------------------->| GND                     |
                         +-----------+-------------+
                                     |
                                     | gemeinsame Masse
                                     v
         +--------+--------+--------+--------+
         |        |        |        |        |
    +----+--+  +--+----+  |   +----+--+  +--+----+
    |Solar  |  | Pool  |  |   | RLY1  |  | RLY2  |
    |DS18B20|  |DS18B20|  |   |(Pool) |  |(Solar)|
    |       |  |       |  |   |       |  |       |
    | VDD --+--+ VDD --+--+---> 3,3V  |  |       |
    | GND --+--+ GND --+-------> GND  |  |       |
    |DATA --->| GPIO15|  |   |       |  |       |
    |       |  |DATA -->|  |   | VCC  |  | VCC  |
    +-------+  +-------+  |   | -- 5V |  | -- 5V|
                           |   | GND  |  | GND  |
                    4,7kΩ  |   |      |  |      |
                     |     |   | IN1  |  | IN2  |
                     v     |   | <-18 |  | <-19 |
                3,3V ----+-+--- 3,3V

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 Pull-Up-Widerstand nicht vergessen:

Löte einen 4,7kΩ-Widerstand zwischen die DATA-Leitung und 3,3V. Einen Widerstand pro Sensor, möglichst nahe am Sensor-Anschluss.

    ESP32 3,3V ──┬── 4,7kΩ ──── DS18B20 DATA
                  │
                DS18B20 VDD

Ohne diesen Widerstand wird der Sensor nicht erkannt — das ist die häufigste Fehlerquelle bei “Sensor nicht gefunden”-Meldungen.

2. Relaismodul

Relais-Logik: Die Firmware setzt den GPIO-Pin auf HIGH (3,3V) um das Relais zu aktivieren. Wenn dein Modul bei LOW schaltet (active-low), den Jumper umstecken oder die Firmware anpassen (siehe src/RelayModuleNode.cpp).

Lastseite (230V-Seite):

    L ──┤ FI ├──┤ LS ├──┬──┤ Relais-KOM1 ├── Pool-Pumpe ── N
                          └──┤ Relais-KOM2 ├── Solar-Pumpe ── 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.

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 des ESP32 blinkt schnell → Boot-Vorgang
3. Nach ca. 3 Sekunden blinkt die LED langsam → wartet auf WiFi

3. Sensoren prüfen

Serielles Monitor öffnen (9600 Baud):

Pool Controller v3.3.0
Starting up...
Initialized pins: GPIO15, GPIO16, GPIO18, GPIO19
Solar Temp: GPIO15
Pool Temp:  GPIO16
Pool Relay: GPIO18
Solar Relay: GPIO19

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

Optional: Verdrahtungsoptimierung

Die Standard-Pins (GPIO15/16/18/19) funktionieren bei den meisten Anwendern zuverlässig. Falls du Boot-Probleme hast oder die robusteste Konfiguration möchtest, verwende diese optimierten Pins:

Für die optimierten Pins in src/Config.hpp anpassen:

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

Diese optimierte Pinbelegung ist bereits im Dokument ESP32 Schaltplananalyse und Optimierung ausführlich analysiert und begründet.

Referenzen

• Fritzing-Quelldatei: pool-controller.fzz
• ESP32 Schaltplananalyse und Optimierung
• ESP32 Komplett-Schaltplan
• DS18B20 Datenblatt
• ESP32 Pin-Referenz
• Config.hpp Pin-Quelle