Spannungsregler

Hallo zusammen,

in meinem heutigen Beitrag möchte ich über die Energie-/Spannungsversorgung von Smart-Home-Geräten sprechen. Die meisten dieser Geräte benötigen intern eine Spannung von 3.3V oder 5V. Je nach Modell wird diese Spannung über ein integriertes Netzteil erzeugt oder extern als Niederspannung zugeführt. In letzterem Fall beträgt die zugeführte Spannung abhängig vom Einsatzzweck oft 5V oder 12V. Entsprechend muss die zugeführte Spannung auf die benötigte Versorgungsspannung heruntertransformiert werden.

Als Beispiel möchte ich einen meiner RGB-Controller aufführen. Dieser steuert ein 12V RGB-LED-Band, weswegen sich hier ein 12V-Netzteil anbietet. Die dadurch zur Verfügung gestellten 12V sollen gleichzeitig für die Versorgung des Controllers verwendet werden. Intern habe ich deswegen zwei Spannungsregler verbaut. Dabei handelt es sich um einen Linearregler vom Typ LM7805. Dieser erzeugt aus den gegebenen 12V zunächst 5V. Daran schließt sich ein Low-Dropout Linearregler vom Typ LM1117-3.3 an, welcher aus den 5V nun 3.3V erzeugt. Beide Spannungen werden intern für verschiedene Bauteile benötigt.

Aufbau des RGB-Controllers. Rechts oben im Bild befinden sich die beiden Spannungsregler.

Bei beiden Spannungsreglern handelt es sich um lineare Längsregler. Diese haben den Nachteil, dass sie eine hohe Verlustleistung aufweisen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Ausgangsspannung dadurch erzeugt wird, indem sie die Spannungsdifferenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung in Wärme umwandeln. Dabei ergibt sich die entstehende Wärmeverlustleistung aus der Multiplikation der Spannungsdifferenz mit dem fließenden Strom. Dieser ist auf Eingangs- und Ausgangsseite nahezu identisch. Praktisch heist das daher, dass die Wärmeverluste sowohl linear mit der Spannungsdifferenz, als auch linear mit dem Strom skalieren.

Soll nun also ein ESP8266 über die genannte Konfiguration aus 12V versorgt werden, so ergibt sich bei einem angenommenen Strombedarf von 100mA eine Wärmeverlustleistung von (12V-3.3V) * 0.1A = 0.87W. Gleichzeitig liegt die tatsächlich benötigte Leistung des ESP bei grade einmal 3.3V * 0.1A = 0.33W. Es wird also mehr als das 2.5-fache an Leistung zur Versorgung als zum Betrieb benötigt. Für den Anwender ergeben sich daraus zwei Schlussfolgerungen: Erstens eine dauerhafte elektrische 0,87W-Heizung und zweitens jährliche (unnötige) Stromkosten von 2.30€ pro Jahr (30ct/kWh).

Glücklicherweise gibt es eine Alternative zu Linearreglern in Form von Schaltreglern (auch "DC/DC-Wandler" oder "Step-Down Converter"). Deren Wirkungsweise unterscheidet sich grundlegend, sodass sie wesentlich effizienter arbeiten. Anstatt die Spannungsdifferenz in Wärme umzuwandeln, schalten sie die Eingangsspannung mit einer hohen Frequenz ein und wieder aus. Abhängig von dem zeitlichen Verhältnis zwischen ein und aus ("Tastverhältnis") ergibt sich im Durchschnitt die benötigte Ausgangsspannung. Dieses Verfahren wird als PWM ("Pulsweitenmodulation") bezeichnet. Dies hat jedoch den Nachteil, das die Ausgangsspannung unsauber ist. Daher wird sie nach dem Schalten noch mit Hilfe von Spulen und Kondensatoren geglättet, um eine annähernd konstante Spannung zu erzeugen. Trotzdem ist dies ein Punkt der beachtet werden muss, da sich Schaltregler dadurch nicht zur Verwendung in frequenzkritischen Anwendungen, wie zum Beispiel in der Audiotechnik, eignen.

Allerdings sind auch Schaltregler nicht Verlustfrei, da Energie zur Versorgung des Reglers benötigt wird. Ich habe mich nun gefragt, wieviel Energie mit dem Ersatz von Linearreglern durch Schaltregler gespart werden kann. Deswegen habe ich mir online DC/DC-Wandler als Modul des Typs HW-613 besorgt. Leider konnte ich keine Angabe finden, welcher Reglerchip auf diesem verbaut ist, auf Grund der Aufschrift vermute ich jedoch das Modell MP2315. Die Module können bis zu 3A Strom zur Verfügung stellen. Dabei unterstützen sie einen Eingangsbereich von 4.5V-24V und können eine beliebige Spannung ab 0.8V bis zur Versorgungsspannung zur Verfügung stellen. Die Ausgangsspannung kann dabei über ein Potentiometer auf der Oberseite oder über Lötbrücken auf der Rückseite eingestellt werden.

DC/DC-Wandlermodul HW-613.

Zum Vergleich der Regler habe ich die drei Regler LM7805, LM1117-3.3 und HW-613 in einem Versuch durchgemessen. Dafür habe ich jeden Regler mit einem einstellbaren Widerstand belastet und somit verschiedene Lastströme erzeugt. Dabei habe ich die Eingangs- und Ausgangsspannung, sowie den Eingangs- und Ausgangsstrom des Reglers gemessen. Die Messungen der beiden Linearregler musste ich bei 200mA abbrechen, da einerseits die Regler bereits beachtlich warm wurden, andererseits mein Messgerät bei der gewünschten Auflösung maximal 200mA messen kann. Dadurch ergeben sich folgende Diagramme für den Wirkungsgrad und die Verlustleistung.

Verlustleistung der verschiedenen Regler in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom.

Wirkungsgrad der verschiedenen Regler in Abhängigkeit vom Ausgangsstrom.

Mit den ermittelten Werten wollte ich nun wissen, wieviel Verlustleistung und Geld damit nun theoretisch gespart werden kann. Dafür gehe ich wieder davon aus, dass 100mA bei 3.3V benötigt werden. Bei der Kombination der zwei Linearregler ergibt sich mit den gemessenen Werten eine Verlustleistung von 0.965W (2.53€/Jahr). Wird nun der LM7805 durch ein DC/DC-Wandler ersetzt, veringern sich die Verluste auf 0.287W (0.72€/Jahr). Wird nun auch der LM1117-3.3 ersetzt, so reduzieren sich die Verluste auf 0.096W (0.25€/Jahr). Die Verluste wurden dadurch also auf ein Zehntel des ursprünglichen Wertes verringert. Bei den Kosten von etwa 40ct pro DC/DC-Wandler rentiert sich der Ersatz daher bereits nach knapp zwei Monaten.

Dies sind jedoch nur theoretische Werte. Dabei ist beispielsweise nicht beinhaltet, dass das verwendete Netzteil auch noch Verluste aufweist. Deswegen habe ich den LM7805 meines RGB-Controllers ersetzt und die Stromaufnahme des Netzteils vorher und nachher gemessen. Dadurch ergeben sich die folgenden beiden Abbildungen.

Stromaufnahme vor dem Umbau

Stromaufnahme nach dem Umbau

Dazu muss gesagt werden, dass die Stromaufnahme Schwankungen unterliegt. Im Durchschnitt betrug die Aufnahme vorher 21mA und nachher 17.5mA. Das klingt zunächst nicht viel, macht aber bei 230V Netzspannung einen Leistungsunterschied zwischen 4.83W (12.69€/Jahr) und 4.025W (10.58€/Jahr) und damit einer Differenz von 0.805W (2.11€/Jahr). Der Unterschied ist also größer, als durch die theoretische Betrachtung vorhergesagt. Leider habe ich den LM1117-3.3 nicht auch gleich noch mit ausgetauscht, sodass ich keine Angabe machen kann, wieviel der Austausch des zweiten Reglers noch bringt. Dies möchte ich jedoch demnächst nachholen. Möglicherweise tritt jedoch keine massive Änderung auf, da die Hauptverluste durch das Netzteil verursacht werden.

Zum Abschluss stellt sich nun noch die Frage, für welche Geräte denn ein Umbau möglich ist. Dies hängt hauptsächlich davon ab, wie die Spannungsversorgung aufgebaut ist. Ein gutes Beispiel eine Gerätes (bzw. Modules), welches sich für den Umbau eignet ist der Arduino. Bei der Versorung über die Hohlsteckerbuchse wird die Eingangsspannung (12V-7V) über einen Linearregler (LM1117-5) geregelt. Diesen habe ich durch einen DC/DC-Wandler ersetzt. Der Arduino läuft dabei ohne Probleme, leider habe ich dazu aber keine Leistungsmessungen gemacht. Ich kann jedoch sagen, dass die gefühlte Temperatur in diesem Bereich drastisch abgenommen hat.

Arduino mit ersetztem Spannungsregler

Damit verabschiede ich mich bis zum nächsten Beitrag.

Shelly 2.5

Heute möchte ich den Shelly 2.5 vorstellen. Es handelt sich dabei um den Nachfolger des Shelly 2, welchen ich vor knapp vier Monaten vorgestellt habe. Grundsätzlich ist der Shelly 2.5 genau wie sein Vorgänger ein 2-Kanal WLAN-Funkschalter, welcher für den Einbau hinter einem Lichtschalter konzipiert ist. Er ist ein direkter Ersatz für den Shelly 2, daher wird der Shelly 2 auch nicht weiter hergestellt und vertrieben. Der Preis ist mit 20€ pro Stück gleich geblieben. Als Nachfolger weist das Gerät eine Reihe von Verbesserungen und Unterschiede auf.

Die Anschlüsse des Shelly 2.5 befinden sich nun alle auf einer Seite.

Auf der Rückseite finden sich der Pinheader zum Flashen, sowie ein Resetbutton.

Äußerlich fällt zunächst direkt auf, dass das Gerät nun deutlich kantiger ist als sein Vorgänger. Vermutlich konnte der zusätzliche Platz auf der Platine des Shelly 2 durch die runde Form nicht genutzt werden und konnte daher eingespart werden. Die Anschlüsse des Shelly 2.5 liegen nun alle auf einer Seite. Die Anzahl derer ist zudem um eins gewachsen, da es nun zwei Schraubanschlüsse für den stromführenden Leiter gibt. Diese sind intern zwar verbunden, ermöglichen dadurch jedoch theoretisch einen höheren Strom. Dieser wurde vom Shelly 2 von 8A auf 10A pro Kanal erhöht. Bei kleineren Lasten sollte es aber kein Problem darstellen, nur einen Anschluss anzuschließen.

Auf der Rückseite des Gerätes befinden sich nun eine Pinleiste, ein Reset-Button, sowie eine Status-LED. Die Pinleiste dient zum Flashen einer eigenen Firmware. Dies gestaltet sich jedoch ein wenig schwieriger als erwartet, da diese nicht das typisch 2.54mm Raster aufweist, sondern nur 1.27mm verwendet werden. Normale Kabel von Breadboards funktionieren daher hier nicht, oder nur mit erhöhtem Aufwand. Die Pins sind von außen nicht beschriftet, dafür befindet sich die Beschriftung direkt auf der Platine. Da sich auf der Pinleiste aber sowieso werksseitig eine kleine Klebefolie befindet, muss das Gehäuse eh einmal geöffnet werden. Das Öffnen des Gerätes gestaltet sich deutlich einfacher als beim Shelly 2, bei welchem die Gehäusehälften noch verklebt wurden. Beim Shelly 2.5 wird dagegen ein Schnappmechanismus verwendet. Dieser ist von außen am Gehäuse markiert.

Ein Shelly 2.5 mit geöffnetem Gehäuse.

Nach dem Öffnen des Gerätes zeigen sich zunächst die beiden Relais, sowie verschiedene Bauteile des internen Netzteiles. Die Relais befinden sich auf einer zweiten, senkrechtstehenden Platine, welche in die Hauptplatine gesteckt und gelötet ist. Dadurch wird sich der Platz für die Relaispins auf der Hauptplatine gespart.

Die Rückseite der Hauptplatine des Shelly 2.5.

Auf der Rückseite der Hauptplatine befindet sich die Logik des Gerätes. Neben dem ESP8266 als Mikroprozessor finden sich zudem ein Chip mit der Bezeichnung ADE7953. Dabei handelt es sich um einen Chip zur Energiemessung. Dieser unterscheidet sich deutlich vom MCP39F501, welcher im Shelly 2 verbaut wurde. Für den Anwender am relevantesten ist hier, dass der Chip des Shelly 2.5 nun eine Zweikanalmessung für Strom und Leistung beherrscht. Die beiden Schaltausgänge des Gerätes können nun also getrennt gemessen werden. Der Chip beherrscht zudem eine Spannungsmessung. Da beide Kanäle an die gleiche Versorgungsspannung angeklemmt ist, ist diese auch nur einkanalig. Im Gegensatz zum Chip des Shelly 2 beherrscht der Chip nun jedoch keine Messung der Phasenverschiebungen, sowie keine Unterscheidung der Leistung nach Schein-, Wirk- und Blindleistung. Dies dürfte jedoch für das Anwendungsfeld kaum relevant sein.

Ein weiterer Vorteil des neuen Chips ist die Kommunikation mit dem ESP8266. Diese wird nun über I²C durchgeführt, anstatt über eine serielle Verbindung. Dadurch bleibt die serielle Schnittstelle des ESP8266 frei und kann für Debugging-Nachrichten genutzt werden.

Bevor ich nun zu einem abschließenden Vergleich des Shelly 2 mit dem Shelly 2.5 komme, möchte ich noch eine Warnung zum Shelly 2.5 verbreiten, welche vom Hersteller veröffentlicht wurde. Die Geräte der ersten Charge des Shelly 2.5 weisen möglicherweise einen Fehler auf, was die Platzierung der Antenne betrifft. Diese ist an den unteren Gehäusedeckel geklebt und mittels einer Folie isoliert. Die Platzierung der Antenne der ersten Charge ist jedoch teils fehlerhaft. Im Fehlerfall kann die Folie durch herausstehende, Netzspannung führende Pins zerstört werden. Dies kann zu einem Kurzschluss und damit zu einer Zerstörung des Gerätes führen. Es soll wohl jedoch keine Gefahr nach außen bestehen. Dafür übernehme ich jedoch keine Garantie. Näheres dazu im Forum des deutschen Vertreibers CreationX.

Hier ist die Antenne zu weit unten rechts platziert, wodurch sie perforiert werden kann. Im Bild erkennt man auch bereits rechts einen Abdruck eines Pins.

So sollte die Antenne in etwa platziert sein.

Zum Abschluss des Blogeintrags hier nun noch einmal die wichtigsten Daten des Shelly 2.5 im direkten Vergleich zu seinem Vorgänger.

	Shelly 2	Shelly 2.5
Abmessungen: (L*B*H)	44mm * 43mm * 20mm	39mm * 36mm * 17mm
Maximale Größe: (diagonal)	44mm	47mm
Energiemessung:	1 Kanal: Spannung Strom Wirkleistung Blindleitsung Scheinleistung Phasenverschiebung	2 Kanal: Spannung Strom Scheinleistung
Maximale Schaltleistung pro Kanal:	8A (1840W @ 230V)	10A (2300W @ 230V)
Weitere Vorteile	-	Pinheader zum Flashen Reset-Button + LED

Shelly 2 und Shelly 2.5 im Größenvergleich.
Der Shelly 2 hier nur als Gehäuse ohne Innenleben.

Projektzwischenstand und GitHub

Der heutige Post wird leider ein ziemlich kurzer. Da ich ja aktuell meine Masterarbeit schreibe, fehlt mir momentan die Lust dazu, auch noch privat technische Beschreibungen und Darstellung zu erarbeiten. Ich arbeite allerdings trotzdem weiterhin an meinen Projekten. Insbesondere bei meinem Smart-Home Projekt gibt es einige Fortschritte.
So habe ich beispielsweise inzwischen gerätespezifische Funktionen implementiert. Dies sind Funktionen welche vom Userclient aus gestartet und unter Verwendung von Parametern auf den Geräten ausgeführt werden können. Praktisch habe ich dies benötigt und verwendet, um die Energiemessung des Shelly 2 und des Shelly 2.5 kalibrieren zu können. Die Shelly 2.5 sind inzwischen bestellbar und ich habe sie auch bereits erhalten und in mein System eingebunden.

Aktuell arbeite ich zudem an Gerätevorlagen. Im momentanen Zustand ist es noch notwendig, dass jeder Eingang, jeder Ausgang und jede Funktion eines Gerätes einzeln benannt werden müssen. Wird ein weiteres Gerätes des selben Typs hinzugefügt, so muss die Prozedur wiederholt werden. Die Gerätevorlagen sollen dazu dienen, dass dies nur noch einmal geschehen muss. Alle weiteren Geräte des gleichen Typs können die Daten anschließend übernehmen, beziehungsweise erhalten die Daten aus der gleichen Vorlage. Auch ein Import der Daten aus verschiedenen Quellen, möglicherweise auch direkt von den Geräten wäre denkbar.

All die genannten Dinge werde ich hier näher darlegen, wenn ich wieder Lust dazu habe Texte zu verfassen. Währenddessen habe ich mich zunächst dazu entschieden, den Quellcode zu meinem 4x4-LEDCube auf GitHub zu veröffentlichen. Ich möchte nach Möglichkeit auch meine anderen Projekte dort mit hochladen. Auch dies werde ich jedoch nach Zeit und Lust durchführen.

Alte Projekte: 4x4 LED-Cube

Hallo zusammen,

während ich natürlich weiterhin an superinnovativen Projekten arbeite, habe ich es heute wieder einmal geschafft, die Projektseite für ein abgeschlossenes Projekt fertigzustellen. Es handelt sich dabei um meine 4x4 LED-Cubes, welche ich 2015 als Weihnachtsgeschenke gebaut habe.

Die gesamte Beschreibung des Würfel kann jetzt auf der dazugehörigen Projektseite gelesen werden.

Shelly 1 & 2

Hallo zusammen,

heute möchte ich euch zwei neue Geräte vorstellen, welche ich bereits im Dezember erhalten habe. Es handelt sich dabei um die Modelle Shelly 1 "open source", sowie Shelly 2. Beide Geräte gehören zur Marke Shelly, welche die IoT-Sparte der bulgarischen Firma "Allterco Robotics" darstellt. Die Geräte sind kompakte WLAN-Schalter auf Basis des ESP8266, welche in vorhandene Wandschalter integriert werden können. Dadurch können vorhandene (Beleuchtungs-) Systeme in das eigene WLAN-IoT-Netz integriert werden. Im Gegensatz zu Geräten wie dem Sonoff T1 , welche als Ersatz für den kompletten Schalter konzipiert sind, können die Shellys hinter bestehende Schalter eingebaut werden.

Die Preise der Geräte betragen 10€ für den Shelly 1 und 20€ für den Shelly 2. Dies ist zwar nicht so günstig wie die Sonoff-Geräte, es muss jedoch bedacht werden, dass die Geräte nicht aus China kommen. Betrachtet man zudem die Preise für ähnliche Produkte für fertige Systeme, so sind die Preise plötzlich nicht mehr so teuer.

Betrachtung der Geräte

Die Geräte werden in kompakten Pappschachteln geliefert, welche nicht viel größer sind, als die Shellys selbst.

Neben den Geräten enthalten die Schachteln noch jeweils einen Warnhinweis zum Anschluss, einen Hinweis auf den Support, bzw. die Facebook-Supportgruppe, sowie eine ausführliche Anleitung zum Anschluss des Gerätes.

Der Shelly 1 wird mit dem Slogan "open source" beworben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Pins zum Flashen des integrierten ESP8266 als Pinheader nach außen geführt sind. Dadurch ist es möglich, eine eigene Firmware aufzuspielen.

Neben dem Pinheader enthält der Shelly 1 einen Jumper, mit welchem die Betriebsspannung ausgewählt werden kann. Dabei kann man sich zwischen 230V AC oder 12V DC entscheiden. Die ausgewählte Spannung muss dann auf die Eingänge N/L angeklemmt werden, um das Gerät in Betrieb zu nehmen.

Bei Verwendung eines externen Handschalters muss dieser zwischen die Anschlüsse SW und L geklemmt werden. Der ESP8266 kann dann die Schalterstellung erfassen und auf Eingaben reagieren. Abhängig von der Firmware können dabei Schalter oder Taster verwendet werden.

Der Ausgang des Shelly 1 besteht aus den Klemmen 0 und 1. Beim Schalten des internen Relays werden diese Klemmen verbunden oder getrennt. Da sie ansonsten vom Rest des Gerätes getrennt sind, ist es auch möglich hier andere Spannungen zu schalten, als die ausgewählte Betriebsspannung. Dabei ist jedoch zu beachten, dass sich die Ausgänge trotzdem auf der gleichen Platine befinden wie die anderen Klemmen und nicht besonders von diesen abgeschirmt sind. Sollte also mit dem Gerät Netzspannung geschalten werden, während die Betriebsspannung durch ein 12V-Netzteil zur Verfügung gestellt wird, so sollten auch die 12V nicht als berührungssicher betrachtet werden.

Oberseite der Geräte, Links: Shelly 1, Rechts: Shelly2

Der Shelly 2 ähnelt dem Shelly 1 äußerlich sehr, hauptsächlich die andere Anschlussverteilung fällt auf. Diese ist darin begründet, dass der Shelly 2 gleich zwei Kanäle enthält. Das heist, dass sowohl zwei geschaltete Ausgänge, als auch zwei Handschalter-Eingänge zur Verfügung stehen. Im Unterschied zum Shelly 1 sind die Ausgänge nicht potentialgetrennt. Das heist, dass das Schalten der internen Relais den jeweiligen Ausgang mit dem L-Eingang verbindet. Die Betriebsspannung von 230V entspricht daher immer der zu schaltenden Spannung. Ein Betrieb an 12V etc. ist nicht vorgesehen.

Zusätzlich enthält der Shelly 2 einen Chip zur Energiemessung, welcher Energiedaten (Spannung, Strom, Leistung, Frequenz, Leistungsfaktor, etc.) der angeschlossenen Geräte erfassen kann. Allerdings ist die Leistungsmessung nur für einen Kanal ausgeführt, das heist die Daten können nur für beide Ausgänge zusammen ermittelt werden.

Diesem erweiterten Leistungsumfang im Vergleich zum Shelly 1 ist leider der Pinheader und der Jumper zur Spannungsauswahl zum Opfer gefallen. Es ist also nicht vorgesehen, das der Shelly 2 mit einer neuen Firmware versehen wird. Das Gerät wird daher auch nicht mit dem "open source"-slogan des Shelly 1 beworben.

Oberseite der Geräteplatinen, Links: Shelly 2, Rechts: Shelly 1
Achtung, Anordnung zu vorherigen Bildern vertauscht!

Die Platinen beider Geräte scheinen gut verarbeitet. Insbesondere die Platine des Shelly 2 ist dabei jedoch sehr eng bestückt. Daher war es vermutlich auch nicht möglich, einen Pinheader herauszuführen.

Bei den Relais fällt auf, dass das Relais des Shelly 1 den gleichen Platz einnimmt, wie beide Relais des Shelly 2.  Ich führe dies darauf zurück, dass die Schaltleistung des Shelly 1 16A beträgt, die Schaltleistung des Shelly 2 jedoch pro Kanal 8A. Beides macht durchaus Sinn, da Stromkreise im Haus hier typischerweise mit 16A-Sicherungen abgesichert sind. Alle Geräte eine Stromkreises sollten daher nicht mehr als 16A ziehen. Bei zwei angeschlossenen Geräten am Shelly 2 sollten auch diese also zusammen nicht mehr als 16A ziehen.

Die Aufteilung auf zweimal 8A führt allerdings dazu, dass die Anschlussleistung nicht asymmetrisch verteilt werden kann, also beispielsweise ein Gerät mit 12A und ein Gerät mit 4A versorgt werden kann. Auch der Fall, dass an beiden Anschlüssen jeweils ein 16A Gerät angeschlossen wird und dass die beiden Anschlüsse nur exklusiv eingeschalten werden können, wird durch die 8A/8A-Verteilung ausgeschlossen. Dies ist schade, sollte aber nur in wenigen Fällen zu Problemen führen.

Unterseite der Geräteplatinen, Links: Shelly 2, Rechts: Shelly 1

Integration der Geräte

Die Integration des Shelly 1 in mein Home-Automation-System ist mir nicht sonderlich schwer gefallen. Die Firmware konnte ich fast 1:1 vom Standard-Sonoff übernehmen. Lediglich die fehlende LED habe ich aus der Software entfernt. Zudem mussten die Erfassung des Handschaltereingang angepasst werden, da der Anschluss elektrisch etwas anders ausgeführt ist.

Zum Testen des Gerätes habe ich dieses vorübergehend in ein Aufputz-Gehäuse eingebaut und angeschlossen. Leider ist dieses nicht so tief wie typische Unterputzdosen, sodass ich Abstandhalter für den aufgesetzten Handschalter verwenden musste, damit der Shelly 1 in das Gehäuse passt.

Integration des Shelly 1 in ein Aufputzgehäuse

Deutlich schwieriger gestaltete sich die Integration des Shelly 2. Die einfache Implementierung der Ein- und Ausgänge war dabei das geringste Problem, da ich dafür die Firmware des Sonoff T1 übernehmen und anpassen konnte.

Die Herausforderung ist nun gewesen, die Firmware auf den Shelly 2 zu flashen, da ja kein Pinheader vorhanden ist. Stattdessen sind jedoch kleine Lötlöcher vorhanden, an welche Anschlusspins angelötet werden können. Dafür können jedoch keine Stiftleisten mit 2.54mm-Raster verwendet werden, da der Abstand der Löcher nicht passt. Das Anlöten von Pins gestaltet sich daher auf Grund des geringen Abstandes vergleichsweise schwierig.

Später habe ich durch ein wenig Reverse-Engineering herausgefunden, dass alternativ zu den 3.3V auch oben 12V an die Pins eines Kondensators angelegt werden können. Die 12V sind intern vorhanden, um die Relais zu schalten, es wird daraus aber auch die 3.3V Spannung für den ESP8266 erzeugt. Auch hier müssen natürlich Pins angelötet werden. Dies ist am Kondensator jedoch einfacher, da sich keine anderen Kontakte in diesem Bereich befinden.

Anschlussmöglichkeiten des Shelly 2
Nicht gleichzeitig 3.3V und 12V anschließen!

Als deutlich größere Schwierigkeit stellte sich der integrierte Chip zur Energiemessung heraus. Es handelt sich dabei um einen "MCP39F501" von Microchip. Für diesen gibt es keine fertige Arduino/C++-Bibliothek. Ich konnte jedoch die Funktionsweise anhand des Datenblattes, sowie der Integration in Sonoff-Tasmota nachvollziehen. Aus dem dort verwendeten Code habe ich mir eine Bibliothek für den Chip zusammengebaut, welche nach einem nicht unerheblichen Zeitaufwand letztendlich auch die verschiedenen Funktionen des Chips unterstützt.

Dazu gehören neben der Initialisierung und der Abfrage der Energiewerte auch die Kalibrierung. Um diese auch von meiner Clientanwendung durchführen zu können, habe ich das Device-Modul meines Home-Automation-Systems um "Device-Functions" erweitert. Auf diese möchte ich ausführlich in einem späteren Blogeintrag eingehen. Als Kurzbeschreibung soll an dieser Stelle ausreichen, dass es sich dabei um parameterbehaftete Funktionen handelt, welche per Hand auf dem Gerät ausgeführt werden können und welche auch Daten zurückliefern können. Eine solche Device-Function habe ich hier verwendet, um die Daten einer bekannten angeschlossenen Last (1.1 kW Heizlüfter) an das Gerät zu übertragen und mit Hilfe dieser die Kalibrierung durchzuführen.

Genau wie den Shelly 1 habe ich auch den Shelly 2 in ein Aufputzgehäuse eingebaut und angeschlossen. Leider habe ich davon keine Fotos gemacht und kann diese auch aktuell nicht nachmachen. Der Grund dafür ist, dass ich leider ein Montagsmodell der Shelly 2 erwischt habe. Dieses gab während des Betriebs einen deutlich wahrnehmbaren Fiepton von sich. Dieses Geräusch konnte ich auf ein spezielles SMD-Bauteil zurückführen. Leider konnte ich den Chip anhand des Aufdruckes nicht identifizieren, ich vermute jedoch, dass es sich um einen DC/DC-Wandler ähnlich dem "MCP16301" von Mircochip handelt. Beim Versuch das Fiepen abzuschalten, ist mir jedoch versehentlich der ESP8266 durch Überspannung kaputt gegangen, sodass ich nun kein Gerät dieses Typs mehr zur Verfügung habe.

Ausblick

Nachdem ich mir also den Shelly 2 zerschossen habe, wollte ich mir auf der Herstellerwebseite einen neuen bestellen. Dabei musste ich aber feststellen, dass der Shelly 2 dort nicht mehr auftaucht. Sowohl die Produktseite als auch die Shopseite ist verschwunden. Stattdessen wird mit der Möglichkeit zur Vorbestellung des Shelly 2.5 ab dem 15. Februar geworben.

Zu diesem sind leider noch keine genauen technischen Details bekannt, es wird jedoch mit deutlichen Verbesserungen im Vergleich zum Shelly 2 geworben:

• 30% kleiner
• 2 * 10A Relais
• Energiemessung für beide Kanäle getrennt
• Herausgeführter Pinheader
• Außenliegende Status-LED + Resetknopf
• Interner Temperatursensor zur automatischen Sicherheitsabschaltung
• Gleich bleibender Preis (~20€)

Damit sind sämtliche Kritikpunkte, welche ich an dem Gerät habe abgedeckt. Da es mir nun nicht möglich ist, einen weiteren Shelly 2 zu bestellen und da es auf Grund des Nachfolgemodells auch keinen Sinn macht, werde ich das Projekt wohl bis zum Eintreffen des neuen Modells auf Eis legen und mich anderen Dingen widmen.

Bis dahin verabschiede ich mich und bedanke mich fürs Lesen!