Vor Kurzem kam mir eine neue Idee: Ich wollte eine automatische Heizungssteuerung für meinen Trockentauchanzug entwickeln, die die Temperatur eigenständig regelt. So müsste ich nur den Akku einschalten und könnte mich anschließend vollständig auf den Tauchgang konzentrieren.
Das Konzept ist recht simpel. Die Steuerung wird im Anzug getragen, daher muss sie nicht wasserdicht sein. Sie steuert die Heizung über zwei Temperatursensoren (DS18B20), die am Oberkörper und an den Händen positioniert werden, um sowohl Anzug als auch Handschuhe zu beheizen.
Für die Umsetzung verwende ich einen Wemos D1 Mini, MOSFETs und einen Step-down-Konverter. Die Temperatur lässt sich über eine benutzerfreundliche Weboberfläche in Echtzeit anpassen. Ein weiterer Vorteil ist die Boost-Funktion, die durch kurzes Unterbrechen und Wiederanschließen der Stromversorgung aktiviert wird und sofort für maximale Heizleistung sorgt.
Inhaltsverzeichnis
Die Funktionen im Überblick:
- Zwei Heizbereiche (Dual-Zone) mit individuell einstellbaren Temperaturgrenzen (10-45 °C)
- Web-Interface zur Überwachung und Steuerung, optimiert für mobile Geräte
- EEPROM-Speicherung der Einstellungen
- Normal- und Boost-Modus für reguläre Temperaturregelung und maximale Leistung
- Einfache WLAN-Konfiguration über ein Captive Portal
Prototyp Breadboard
Die Hardware wurde zunächst auf einem Breadboard aufgebaut, um die verschiedenen Komponenten zu testen und eine funktionierende Lösung für den Laborbetrieb zu entwickeln.
Prototyp 1
Die Bauteile sind mittlerweile ausgewählt und auf einer Lochrasterplatine verlötet. Optisch wirkt das Ganze noch etwas klobig und wenig ansprechend, aber für einen ersten Prototypen ist es vollkommen ausreichend.
Auf der Platine sind folgende Komponenten verbaut:
Oben rechts: Eine Schaltung, die erkennt, ob das Gerät kürzlich stromlos geschaltet wurde.
Oben links: Ein Step-Down-Modul, das die Eingangsspannung von 15V auf 5V reduziert.
Oben mittig: Ein Wemos D1 Mini, der als Mikrocontroller dient.
Unten mittig: Zwei Mosfets (IRLZ44N) mit Kühlkörpern sowie Anschlüsse für Temperatursensoren.
Der erste Aufbau der Platine funktioniert grundsätzlich wie geplant. Allerdings werden die Mosfets aktuell noch zu warm, sobald der Stromfluss 8 Ampere übersteigt. Hier besteht noch Optimierungsbedarf, und ich werde die Schaltung entsprechend anpassen müssen.
Prototyp 2
Der zweite Prototyp befindet sich derzeit noch in der Entwicklung. Momentan bin ich mir unsicher, welche Bauteile letztlich verwendet werden können und ob grundlegende Anpassungen notwendig sind. Sobald es hierzu Neuigkeiten gibt, werde ich den Beitrag entsprechend aktualisieren.
Probleme mit den MOSFETs
In meinem Aufbau habe ich den IRLB3034 in der TO220-Bauweise verbaut. Zum Schalten verwende ich einen BC337. Die Ansteuerung erfolgt über ein invertiertes GPIO-Signal: Ist das GPIO LOW, wird der MOSFET aktiviert, und umgekehrt. Dadurch kann das Gate sowohl mit 5 V als auch mit 12 V angesteuert werden – ein Unterschied im Verhalten ist jedoch nicht erkennbar.
Rechnerisch sollte der MOSFET deutlich kühler bleiben als beobachtet. Anhand der Datenblätter gehe ich von folgenden Werten aus:
- RDS(on) (typisch): 1,4 mΩ (maximal 1,7 mΩ)
- Last: 10 A bei 12 V
- Berechnung: P=I2⋅R=102×0,0014Ω=0,14W
- Thermischer Widerstand (RθJA): ca. 62 °C/W
- Erwarteter Temperaturanstieg: ΔT=P⋅RθJA=0,14W×62°C/W≈8,7°C
Bei einer Umgebungstemperatur von ca. 25 °C würde der MOSFET also nur etwa 33–35 °C erreichen – weit unter den gemessenen über 80 °C.
Falls jemand eine Idee hat, woran diese Diskrepanz liegen könnte, freue ich mich über eine Rückmeldung!
Software
Der Projektfortschritt kann auf GitHub mitverfolgt werden. Jeder ist herzlich eingeladen, das Projekt zu testen und sich aktiv zu beteiligen:
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