DIGITALE ERFASSUNG DER BODENFEUCHTE FÜR OPTIMIERUNG DER BEWÄSSERUNG IM SMART GARDEN - AUSWERTEELEKTRONIK

Preiswerte digitale Elektronik für die Ermittlung der Saugspannung im Erdreich zur Verwendung mit separat zu bestellendem Sensorelement. Großer Messbereich von 0 bis 2.000 hPa (0 - 200 cbar). Inklusive galvanischer Trennung zwischen Bus und Sensor, mit lokalem Co-Prozessor für die exakte Messwertermittlung und mit befilterter Abgangsklemme für das Durchschleifen des 1-Wire Bussystems. Inklusive Überspannungsschutz auf allen Anschlüssen. Optimierter ALU Gehäusesatz IP67 separat erhältlich.

Die Veränderungen der klimatischen Bedingungen sind allgegenwärtig. Sowohl feuchte als auch trockene Perioden dauern länger an und wir müssen immer öfter mit Extremen umgehen. Die genauen Verhältnisse im Erdreich lassen sich durch Beobachtung von außen nicht abschätzen, da viele Faktoren sowohl das Verdunsten von Oberflächenwasser beeinflussen als auch auf das Versickern des Oberflächenwassers zum Grundwasser einwirken. Tatsächliche Informationen über die Wasserhaltekraft des Bodens erhält man ausschließlich durch eine Messung der von der Pflanze aufzuwendenden Energie – die Bodenwasserspannung. Dieser auch als Saugspannung bezeichnete physikalische Wert beschreibt die mechanische Spannung im Porenwasser durch die Kapillarkräfte des Korngerüstes im Boden in Verbindung mit der Oberflächenspannung des benetzenden Fluids. Je trockener ein Boden ist, desto höher ist die Saugspannung, die von der Pflanze aufzubringen ist, um das Porenwasser entgegen der Gravitation und entgegen der Haltekraft des Bodens aufzunehmen. Wenn diese Bodenwasserspannung (hoher Unterdruck) höher ist als der Unterdruck, den die Pflanze erzeugen kann, dann wird diese von der Nährstoffzufuhr abgeschnitten. Ein Boden sollte daher in einem für jede Pflanze charakteristischen Maße durchfeuchtet werden um ein prächtiges Ergebnis in Wachstum, Fruchtertrag, Gesundheit und Aussehen zu erzielen. Durch zielgerichtete Beregnung bzw. Aufstauung wird der Einsatz von Wasser und Dünger optimiert.

Eine Regelung der Bewässerung auf Basis der Bodenfeuchte ermöglicht eine punktgenaue Bewässerung entsprechend dem tatsächlichen Bedarf. Die Saugspannung wird im Timberwolf Server in hPa ausgegeben. In der Bodenkunde ist auch der dimensionslose pF Wert (p für Potenz und F für freie Energie des Wassers) üblich als Kennzeichen für das Bodenwasser, das entgegen der Schwerkraft in der Bodenmatrix gehalten wird. Ein höhere (negative) Saugspannung als auch ein höherer pF Wert bedeutet einen trockeneren Boden mit einem geringeren Wassergehalt. Der pF Wert ist definiert als der dekadische Logarithmus des absoluten Betrages der Bodenwasserspannung in Hektopascal. Die übliche Feldkapazität von Böden liegt bei einem pF Wert zwischen 1,8 und 2,5 (entsprechend 64 bis 320 hPa).

*Hinweis: Unsere Serienbezeichnungen richten sich nach der Eignung für die jeweilige Montage. Die Bezeichnung "CR-Serie" bezieht sich auf die Montage in einem kompakten ALU Gehäuse. 'C' steht hierbei für Compact und 'R' steht für Robust.
 

VERWENDUNGSZWECK

• Smart Garden: Punktgenaue Steuerung der Bewässerung, abgestimmt auf den tatsächlichen Bedarf, Vermeidung von Unter- und Überbewässerung für Rasenflächen, Eigenanbau, Hecken, Balkon- und Terrassenpflanzen, Beete.
• Gartenbau Agrarbetriebe: Optimierung der Bewässerung für Freilandgemüse, Spargel, Kartoffeln, Zuckerrüben, Beeren- und Baumobst, Weinbau, Hopfen sowie in der Saatgutproduktion
• Forschung & Lehre: Ermittlung und Aufzeichnung Matrixpotential sowie Bodentemperatur (mit optionalem Hülsentemperaturfühler)
• Bestimmungsgemäße Verwendung: Zum Einbau in ein wasserdichtes Gehäuse IP67 (als Zubehör erhältlich). Vorgesehen zur Montage im optionalen Gehäuse Outdoor, an Hauswänden und in Ventilschächten
   

BEVORZUGTER EINSATZBEREICH

• Rasenflächen: Messung der Bodenfeuchte von Rasenflächen für eine möglichst sparsame Bewässerung
• Balkonbepflanzung, Gemüsebeete: Optimale Steuerung der Bewässerung auf den Punkt für maximalen Ertrag
• Große Topfpflanzen, Palmen: Erdreich im Topf hat nur ein kleines Volumen zur Verfügung. Die Gefahr für Über- oder Unterbewässerung ist hier besonders hoch. Daher ist eine Regelung auf Basis einer Messung ebenfalls sehr sinnvoll. Insbesondere gilt dies auch für Palmen, deren Ballen - zum Teil auch der Stamm - im Winter beheizt werden muss. Mit einem optionalen Temperatursensor kann - neben der Feuchte - auch die Temperatur im Topf / Ballen überwacht und aufgezeichnet werden.
• Gewächshäuser, Agrarbetriebe: Optimaler Ertrag bei einem genau auf die jeweilige Pflanze abgestimmten Wasserbedarf. Kontrolle durch Aufzeichnung mit Timberwolf Server.
• Sportflächenberegnung: Beregnung von Golf- und Sportplätzen

WESENTLICHE LEISTUNGSMERKMALE

Bauform & Montage

• Bauform: CR-Serie, Elektronik-Baugruppe zum Einbau in das optional erhältliche ALU Gehäuseset IP67
• Montage: In optional erhältliches ALU Gehäuse IP67, an Hauswänden, in Ventilschächten
• Größe der Baugruppe: 59 x 55 x 17 mm (l x b x h, ohne Gehäuse)
• Gewicht der Baugruppe: 20 g
   

Messung der Bodenfeuchte (separat im Shop erhältliches Sensorelement notwendig)

• Saugspannung: Messung der Bodensaugspannung durch anschließbares, separat in unserem Shop erhältlichem Sensorelement
• Messprinzip: Ermittlung des pflanzenverfügbaren Wassers durch Messung des elektrischen Widerstand des Matrixpotentials des Bodens, Umrechnung in Bodensaugspannung
• Messbereich: 1 bis 2.000 Hektopascal (1 - 200 Centibar; pF Wert 0 - 3.3)
• Hohe Auflösung: Digitalisierung mit 9 Bit
• Temperaturkompensation: Im Timberwolf Server, sofern separater 1-Wire Hülsenfühler angeschlossen
• Galvanische Trennung: Vollständige galvanische Trennung der Spannungsversorgung und der Datenübertragung zum 1-Wire Bussystem
• Sensorelement: Die Baugruppe funktioniert ausschließlich nur mit dem separat in diesem Shop erhältlichen Sensorelement (Typ Watermark 200SS)
• Kalibrierung: Keine Kalibrierung und keine Wartung von Baugruppe oder separatem Sensorelement notwendig
   

Messung der Bodentemperatur

• Temperatursensor: Messung der Bodentemperatur über separat in diesem Shop erhältlichen Hülsentemperaturfühler IP67
• Anschluss Temperatursensor: Ein separat zu erwerbender 1-Wire Hülsentemperaturfühler kann direkt an dieser Baugruppe angeschlossen werden. Der Anschlussport enthält hierfür einen Überspannungsschutz und eine Befilterung zum 1-Wire Bussystem für optimalen Schutz und Reichweite. Im Timberwolf Server kann dieser Temperaturfühler dem Bodenfeuchtesensor zugeordnet werden, wodurch automatisch eine Temperaturkompensation der Messwerte bewirkt wird.
   

Temperaturkompensation bei Bodenfeuchtemessung

• Timberwolf Server: Die Temperaturkompensation erfolgt automatisch, sobald ein optional anschließbarer Hülsentemperaturfühler für die Bodentemperatur zugeordnet wurde
• Fremdsysteme: In Fremdsystemen muss eine Temperaturkompensation manuell eingerichtet werden
   

1-Wire Schnittstelle(n)

• Digitale Schnittstelle: Diese Baugruppe ist für den Anschluss an das  1-Wire Bus System vorgesehen
• Störungsfrei: Digitale Datenübertragung, keine Verfälschungen durch Leitungs- oder Kontaktwiderstände, keine Kalibrierung
• Spannungsversorgung: Die Baugruppe benötigt 4,00 - 5,50 V bei ca. 10 - 12 mA, wir empfehlen die Versorgung aus dem optionalen 4 fach 1-Wire Ventilaktor (Versionen DC bzw. AC/DC)
• Spannungsstabilisierung: Mit langzeitstabilen Festkörperkondensatoren sowie integriertem DC/DC-Wandler
• Galvanische Trennung der Messelektronik: Das extern anschließbare Sensorelement mit Messelektronik und Co-Prozessor ist von der 1-Wire Schnittstelle galvanisch getrennt, damit keine Beeinflussung mehrerer paralleler Bodenfeuchtesensoren untereinander (durch galvanische Verbindung über das Erdreich)
• Bandbreitenfilter: Erhöhung der Reichweite bis 400 m* durch integriertem Bandpass
• Hochfrequenzfilter: Zusätzlicher Hochfrequenzfilter zur Erhöhung des Störabstandes
• Anschlüsse I: Ankommender Busanschluss über Wago Micro-Busklemmen mit je vier Anschlüssen pro Potential
• Anschlüsse II: Abgehender befilterter Busabgang über Wago Micro-Busklemmen mit je vier Anschlüssen pro Potential
• Anschlüsse III: Abgehender befilterter Busabgang über Micro-Schraubklemmen für den Anschluss eines optionalen Hülsentemperaturfühlers zur Messung der Erdreichtemperatur
• Überspannungsschutz: Alle Ports sind geschützt bis 30 kV und 25 A (8/20 us)
• Einfache Verkabelung: Alle Sensoren / Baugruppen am 1-Wire Bus nacheinander an die gleichen Adern anschließen

*Nur in Verbindung mit Professional Busmaster PBM-01. Die maximale Anzahl unterstützter Slaves und die erreichbare Buslänge hängen von der Bauart und Ausführung der Verkabelung sowie der Topologie ab. Beachten Sie hierzu die Angaben in der Anleitung zum Professional Busmaster.
 

Kompatibilität / 1-Wire Slaves

• Verwendete 1-Wire Slaves: In dieser Baugruppe wird ausschließlich der 1-Wire Slave Maxim DS2438 eingesetzt
• 1-Wire Kompatibilität: Bitte prüfen Sie, ob der von Ihnen vorgesehene Server den / die angegebenen 1-Wire Slave Baustein(e) unterstützt
• ElabNET Plug´n´Play: Diese Baugruppe unterstützt ElabNET 3rd Gen Plug´n´Play. Hierfür wird kein 1-Wire Memory Baustein genutzt. Dadurch wird das 1-Wire Slave Budget nicht mit einem zusätzlichen Baustein belastet. Deshalb bieten wir diese Baugruppe auch nicht in einer separaten OEM-Version an.
• Timberwolf Server: Dieser Sensor wird automatisch nach Anklemmen am 1-Wire Bus vom Timberwolf Server erkannt, alle nötigen Formeln und Kennlinien werden dabei automatisch berücksichtigt und eingebunden
• WireGate Server: Dieser Sensor wird vom WireGate Server (nicht mehr im Verkauf) NICHT erkannt und wir haben den Einsatz damit auch nicht getestet. Bitte sprechen Sie uns für ein Upgrade Angebot auf den Timberwolf Server an.
• Fremdsysteme:  Fremde Server erkennen diese Baugruppe nicht automatisch bzw. nur den verwendeten 1-Wire Chip. Die Einbindung in das Fremdsystem, die nötigen Formeln für die Sensorkennlinie sowie für die Temperaturkompensation müssen vom Nutzer in der verwendeten Software manuell angelegt werden.
   

Energieverbrauch

• Energieverbrauch & Energiekosten: sehr geringer Energieverbrauch mit ca.55 mW (entspricht ca. 0,5 kWh/a = 0,13 EUR pro Jahr)
   

NOTWENDIGES ZUBEHÖR

• Sensorelement Bodenfeuchte: Für die vollständige Funktion ist ein Sensorelemente vom Typ Watermark 200SS notwendig
• ALU Gehäuse IP67: Für den Schutz der Baugruppe verwenden Sie bitte den separat zu bestellenden ALU Gehäusesatz IP67. Die Baugruppe ist zur Nutzung mit diesem Gehäuse abgestimmt.
• 1-Wire Server mit 1-Wire Busmaster: Zur Nutzung einer jeden 1-Wire Baugruppe wird ein 1-Wire Busmaster mit ansteuernder Software benötigt. Bitte lesen Sie unten den Abschnitt zur Kompatibilität.
   

EMPFOHLENES ZUBEHÖR

• 1-Wire Hülsentemperaturfühler IP68: Für die Bestimmung der Bodentemperatur sowie für die Nutzung der Temperaturkompensation bei der Messung der Bodensaugspannung ist eine Messung der Temperatur des Erdreiches notwendig. Wir empfehlen hierfür einen Hülsentemperaturfühler IP68. Der Hülsenfühler kann über einen befilterten und gegen Überspannung gesicherten Port direkt an der Baugruppe angeschlossen werden. Im separat erhältlichen ALU Gehäusesatz IP67 ist für den Hülsentemperaturfühler bereits eine Bohrung und eine Kabelverschraubung vorgesehen. Bitte beachten Sie die untenstehenden Angaben zur Nutzung für die Temperaturkompensation.
• Timberwolf Server mit 1-Wire Professional Busmaster: Wir empfehlen den Timberwolf Server mit integriertem bzw. angeschlossenem Professional Busmaster. Die Baugruppe wird vom Timberwolf Server automatisch erkannt und im System eingebunden.
   

PLANUNG & AUSLEGUNG DER SENSORIK

Anzahl der Sensoren

Böden sind im allgemeinen heterogen geschichtet, dadurch bestehen über die Fläche durchaus größere Abweichungen. Grundsätzlich gilt, dass die Regelung einer Bewässerung mit einer steigender Anzahl an Messstellen in verschiedenen Messtiefen auf eine zunehmend solidere Grundlage gestellt wird. Pro Vegetationsschema und Bewässerungszone hat sich die Messung mit jeweils zwei Bodenfeuchtesensoren bewährt. Einer dieser Sensoren wird dabei im Hauptwurzelraum installiert und ein zweiter ein bis zwei Handbreit unter dem Hauptwurzelraum. Ideal wären mehrere solcher Sensorpaare in der gleichen Bodenschicht, deren Ergebnisse gemittelt werden.

Der Messort sollte charakteristisch für die Bepflanzung in der Bewässerungszone sein. Hierbei ist das Sensorpaar besser in der Mitte anzuordnen als am Rand, die Pflanze(n) sollten von Kultur und Wuchsgröße ähnlich zu der Vegetation in der gesamten Bewässerungszone sein. Die für die Verdunstung verantwortliche Sonneneinstrahlung sollte ebenso vergleichbar sein. Bitte bei Hanglage darauf achten, dass das Wasser bereits an der Oberfläche abfließen kann und hier womöglich weniger vom Boden aufgenommen wird, ein Vergleich mit ebenen Boden womöglich unzureichend ist und daher separat gemessen werden soll.

Notfalls kann für ähnliche Bewässerungszonen mit gleichen Bedingungen hinsichtlich der Bodenverhältnisse, Sonneneinstrahlung und der Vegetation nur eine der Bewässerungszonen als Grundlage für die Bewässerungsentscheidung der anderen Zonen dienen. In diesem Fall wäre die auszubringende Wassermenge bei der mit Sensorik ausgestatteten Zone zu ermitteln und diese Menge auf die anderen Zonen passend zu übertragen. Die großflächige Bewässerung des Rasen sollte dabei in den frühen Morgenstunden vorgenommen werden um die Verdunstung möglichst gering zu halten. Hecken und Gemüsebeete können auch tagsüber per Tropfbewässerung versorgt werden.
 

Plazierung der Sensoren und Regelung der Bewässerung

Sehr bewährt hat sich die Messung mit zwei Sensoren übereinander in verschiedenen Bodenschichten. Falls nur ein Sensor möglich ist, dann sollte dieser im Hauptwurzelraum installiert werden.

• Sensoren im Hauptwurzelraum: Die Messwerte des Sensors im Hauptwurzelraum zeigen an, wann die Bewässerung vorzunehmen ist. Die Bandbreite der Bodenfeuchte sollte im für die jeweilige Pflanzenart optimalen Bereich liegen - je nach Alter, Größe und Jahreszeit. der Jahreszeit entsprechen. Optimal ist für die meisten Pflanzen eine Bodensaugspannung im Bereich zwischen 100 und 300 hPa. Direkt nach der Bewässerung kann die Feuchte auch etwas stärker, also unterhalb 80 hPa liegen.
• Sensoren unter dem Hauptwurzelraum: Über die Messstelle einige Handbreit unterhalb des Hauptwurzelraum kann ermittelt werden, wann die Bewässerung zu beenden ist. Bei optimaler Bewässerung sollte das Messergebnis nicht in Folge einer Wassergabe schwanken und relativ statisch in der Größenordnung der maximalen Feldkapazität liegen. Sollte nach einer Bewässerungsgabe der Messwert des Sensors unter dem Hauptwurzelraum stark schwanken, dann ist dies ein Anzeigen für eine Überbewässerung, die Bodenschicht unterhalb des Hauptwurzelraumes ist dann zu feucht. Steigt dagegen langfristig über die Vegetationsperiode die Saugspannung an (= trockener) dann ist die gesamte Wassergabe zu gering.

Generell sollten Bodensaugspannungen - an allen Messstellen - unterhalb von 80 hPa (= sehr feucht) vermieden werden. Dies ist nahe der maximalen Feldkapazität (Definition: 60 hPa = pF 1,8). Bei feuchteren Böden besteht die Gefahr der Nährstoffauswaschung und des Luftmangels durch Vernässung.
 

Vergleich der Messverfahren

Im Bereich der Messung des Bodenwassers sind zwei Messverfahren üblich. Das eine Verfahren ist die Ermittlung der Bodensaugspannung (wie mit dieser Baugruppe, dem Sensorelement und in Verbindung mit einem 1-Wire Server möglich) und das andere Verfahren ist die Ermittlung des volumetrischen Wassergehaltes.

Die Wasserspeicherfähigkeit eines Bodens hängt im hohen Maße davon ab, wie groß die Poren sind, in denen das Wasser gespeichert ist. Das Wasser wird dabei umso mehr vom Boden festgehalten, je kleiner der Durchmesser der Wasser führenden Bodenporen ist. Als Extremwerte hierfür gelten zwei Porendurchmesser, nämlich 50 μm (Mikrometer) und 0,2 μm: Einerseits fließt das Bodenwasser bei einem Durchmesser von größer 50 μm ab (Schwerkraft), andererseits ist es bei einem Durchmesser von kleiner 0,2 μm nicht mehr für die Pflanze verfügbar (Kapillarkraft). Den Bereich zwischen den beiden Porendurchmessern bildet die nutzbare Wasserkapazität für die Pflanzen. Zur Beschreibung der Verfügbarkeit des Bodenwassers wird die physikalischen Größe Saugspannung (Einheit:Pascal, Pa) verwendet. Sie wird als negativer Druck angegeben und nimmt Werte zwischen -100 und -16.000 hPa (Hektopascal) an. Wichtig also für die Wasseraufnahme im Boden durch die Pflanzenwurzeln ist neben dem Wasservorrat im Boden auch die Saugspannung, die von den Wurzeln aufgebracht werden muss. 

• Messung der Saugspannung: Die Saugspannung ist über alle Bodenarten vergleichbar und ergibt die gleiche Information - welche mechanische Kraft von der Pflanze aufzuwenden ist, um dem Boden das verfügbare Wasser zu entziehen. Aus der Saugspannungsmessung lässt sich direkt und bodenunabhängig ablesen, ob der Boden pflanzenverfügbares Wasser enthält. Der für die meisten Pflanzen optimale Bereich liegt zwischen 100 und 300, teils bis 600 hPa. Trockenstress beginnt bei Werten ab 1500 hPa. Der große Vorteil des Saugspannungsverfahrens ist die Unabhängigkeit von der Bodenart, wodurch es sehr handhabbar ist
• Messung des volumetrischen Wassergehaltes: Der volumetrische Wassergehalt wird über eine FDR- oder TDR-Messung ermittelt. Hierbei wird ein vom Sensorelement ausgesendetes elektromagnetisches Signal je nach Bodenwassergehalt in seiner Frequenz oder Laufzeit variiert. Daraus errechnet das Messgerät den Wassergehalt in Volumenprozent. Was zunächst als guter Messwert aussieht relativiert sich jedoch, da dies überhaupt nichts darüber aussagt, welchen Unterdruck die Pflanze aufbringen muss, um an dieses Wasser zu gelangen. Es ist also keine Angabe des pflanzenverfügbaren Wassers. Für die Umrechnung auf die Saugspannung ist eine Wasserspannungskurve für die jeweilige Bodenart heranzuziehen. Die Interpretation der Daten ist schwierig und der Preis für gute Geräte sehr hoch.

Wegen der wesentlich besseren Handhabbarkeit der Saugspannungsmessung haben wir uns bei der Entwicklung der 1-Wire Bodenfeuchtemessung dafür entschieden.
 

Fehlererkennung

• Hinweise zur Erkennung einer offenen Leitungsverbindung: Der normale Messbereich für das separat zu bestellende Sensorelementes beträgt 1 - 2.000 hPa (= 1 - 200 cbar / = 1 - 200 kPa / = pF 0 - 3,3). Bei einer Unterbrechung der Leitung ergibt sich im Timberwolf Server (bzw. bei Anwendung der veröffentlichten Formeln mit Fremdsystemen) ein Ergebnis von > 2250 hPa (> 225 cbar / > 225 kPa / > pF 3,352). Falls Sie Messwerte in dieser Größenordnung erhalten, ist von einer Leitungsunterbrechung zwischen der Auswerteelektronik und dem Sensorelement auszugehen, insbesondere wenn das Sensorelement durch Bewässerung gut befeuchtet sein sollte.

KOMPATIBILITÄT ZU TIMBERWOLF SERVER / WIREGATE SERVER / FREMDSYSTEMEN

Damit 1-Wire Komponenten genutzt werden können, ist neben dem 1-Wire Busmaster und der Verkabelung eine geeignete Software zur Ansteuerung notwendig.
 

Timberwolf Server

Diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor ist insbesondere für die Verwendung am Timberwolf Server getestet worden.
Der Timberwolf Server erkennt diese Baugruppe selbständig per Plug´n´Play, setzt die richtigen Berechnungsformeln automatisch ein und startet die Langzeitaufzeichnung nach dem Anstecken. Es ist für die Messung der Bodensaugspannung keinerlei manueller Eingriff erforderlich. Nur für die optionale Temperaturkompensation sowie für die Weiterleitung der Messdaten an andere Bussysteme, Protokolle, Visualisierungen und Logiken sind ein paar Klicks im 1-Wire Slave Manager bzw. im 1-Wire Gerätemanager in der grafischen Web-APP erforderlich. Vorgenommene Einrichtungen und Änderungen in der Web-APP werden im Augenblick des Speicherns bewirkt, es muss nichts neu gestartet werden. Wir empfehlen die jeweils aktuellste verfügbare Softwareversion für maximale Unterstützung. Diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor wird vom Timberwolf Server ab Version 1.6 oder neuer unterstützt.

Bitte beachten Sie die Beschreibung der 1-Wire Applikation für diese Baugruppe.
 

WireGate Server

Diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor wurde nicht mit dem WireGate Server (der sich seit 2018 nicht mehr im Verkauf befindet) getestet. Wir empfehlen ein Upgrade auf den Timberwolf Server. Bitte kontaktieren Sie uns für ein Angebot.
 

Fremdsysteme / Berechnungsformel

Falls Sie Server und / oder Busmaster anderer Hersteller verwenden möchten, beachten Sie folgende Angaben und zusätzlich bitte das jeweilige Handbuch. Fremdsysteme verfügen nicht über eine Plug´n´Play Erkennung, d.h. der Konfigurationsaufwand ist deshalb umfangreicher. In der Regel müssen Sie die nötigen Formeln in diesen Systemen manuell einrichten. Diese finden Sie untenstehend.

• Loxone Miniserver: Der Loxone Miniserver unterstützt grundsätzlich den in dieser Auswerteelektronik verwendeten 1-Wire Baustein DS2438. Damit können Sie diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor am Loxone Miniserver und dessen 1-Wire Extension nutzen. Die Formeln zur Berechnung legen Sie bitte manuell an.
• IP Symcon: Die Software IP Symcon unterstützt grundsätzlich den hier verwendeten Baustein DS2438. Sie sollten diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor mit IP Symcon und einem unterstützten 1-Wire Busmaster nutzen können. Die Formeln zur Berechnung müssen Sie manuell anlegen.
• OpenHAB: Die Software OpenHAB nutzt die Open-Source-Komponente OWFS, die prinzipiell den hier verwendeten Baustein DS2438 unterstützt. Sie sollten diese 1-Wire Auswerteelektronik für Bodenfeuchtesensor mit OpenHAB und einem unterstützten 1-Wire Busmaster nutzen können. Die Formeln zur Berechnung müssen Sie manuell anlegen.
  
  Wenn Sie andere Fremdsysteme benutzen und damit gute Erfahrungen zusammen mit diesem Artikel gemacht haben, schreiben Sie uns bitte unter service at elabnet dot de. Wir veröffentlichen gerne Ihre Erfahrung hier.
  
  Hinweis: Wir verwenden zur Erkennung im Timberwolf Server ein neues Verfahren. Daher ist in dieser Baugruppe kein Memory Chip für Plug´n´Play verbaut. Deshalb ist es nicht mehr notwendig, verschiedene Versionen dieser Baugruppe (mit und ohne diesen Chip, z.B. für Fremdsysteme) anzubieten. Diese Baugruppe kann damit sowohl am Timberwolf Server als auch an Fremdsystemen genutzt werden, sofern der verwendete 1-Wire Chip grundsätzlich angesprochen werden kann.
   
• Berechnungsformel Bodenfeuchte in cbar (kPa)*: ( ( VAD - ( VDD * 20 / 255 ) ) * 5 / VDD - 0,14 ) * 52,5
  Beispielergebnisse: Bei VAD=0,54 V und VDD= 5,07 V ergibt sich 0,02 cbar*, gerundet 1 cbar, das bedeutet "vollständig feucht".
  Beispielergebnisse: Bei VAD=4,59 V und VDD= 5,28 V ergibt sich 200,26 cbar*, gerundet 200 cbar = 2.000 hPa, das bedeutet "ziemlich trocken".
  Für die Ausgabe in hPa (bzw. mbar) nehmen Sie die errechneten Werte "mal 10"*
  
  VAD = Register für Messwert des DS2438 (AD-Wandler Messport 0-10V)
  VDD = Register für Versorgungsspannung des DS2438 (AD-Wandler Versorgungsspannung)
   
• Berechnungsformel Bodenfeuchte mit Temperaturkompensation in cbar (kPa)*: ( ( VAD - ( VDD * 20 / 255 ) ) * 5 / VDD - 0,14) * 52,5 * ( 1 - ( 23 - T ) * 0,018)
  Beispielergebnisse: Bei VAD=0,54 V, VDD= 5,07 V und 20 °C ergibt sich 0,019 cbar*, gerundet 1 cbar, das bedeutet "vollständig feucht".
  Beispielergebnisse: Bei VAD=4,59 V, VDD= 5,28 V und 20 °C ergibt sich 189,44 cbar*, gerundet 189 cbar = 1.890 hPa, das bedeutet "ziemlich trocken".
  Für die Ausgabe in hPa (bzw. mbar) nehmen Sie die errechneten Werte "mal 10"*
  
  VAD = Register für Messwert des DS2438 (AD-Wandler Messport 0-10V), in Volt
  VDD = Register für Versorgungsspannung des DS2438 (AD-Wandler Versorgungsspannung), in Volt
  T = Temperatur Erdreich, in Grad Celsius
  
  *Hinweis: Definitionsgemäß ist die Saugspannung ein Unterdruck, daher wäre eigentlich die Berechnung und Ausgabe eines negativen Wertes korrekt. Dies ist womöglich für manche Logiken schwer zu verarbeiten. Zudem wird aus diesem Wert der "pF-Wert" berechnet, welches der dekadische Logarithmus  der Saugspannung ist. Ein dekadischer Logarithmus ist aus einem negativen Wert nicht möglich. In wissenschaftlichen Darstellungen werden Saugspannung und pF Wert oft im selben Diagramm dargestellt, dabei wird die Ordinate zwar positiv für die Saugspannung abgetragen aber dafür dem Formelzeichen ein Minus vorangestellt. Hinsichtlich einer leichteren Handhabung haben wir uns entschieden, die Formeln hier so anzugeben, dass ein Wert mit einem positivem Vorzeichen berechnet wird. Wenn Sie mit einem wissenschaftlich korrekten Wert arbeiten möchten, dann ergänzen Sie in der noch ein "mal -1" für die Ausgabe eines (korrekten) negativen Wertes.
  Um den Wert in hPa bzw. mbar zu erhalten, nehmen Sie den hier berechneten Wert in cbar "mal Zehn".
  Für die Berechnung des pF Wertes ermitteln Sie den dekadischen Logarithmus aus dem in hPa berechneten Wert. Beachten Sie hierbei bitte, dass der dekadische Logarithmus für '0' nicht definiert ist und für Operanden zwischen '0' und '1' negativ wird. Wir empfehlen daher die Anwendung des dekadischen Logarithmus mit einem Operanden ab '1'. Dies wird auch im Timberwolf Server so gehandhabt, daher beginnt der Messbereich für die Saugspannung bei 1 anstatt bei 0.

1-WIRE APPLIKATION FÜR DIE AUSWERTEELEKTRONIK BODENFEUCHTE IM TIMBERWOLF SERVER

Der Timberwolf Server erkennt die 1-Wire Baugruppen aus unserem Hause per Plug´n´Play und bindet diese automatisch ein. Im 1-Wire Geräte Manager des Timberwolf Servers werden dem Nutzer die verfügbaren Leistungsmerkmale (Sensorwerte, IOs) zur Verfügung gestellt. Damit kann der Nutzer jeweils Regeln einrichten mit den Parametern Messwert & Einheit, Abfrageintervall, Offset, statistische Aggregation, Sendefilter und Sendeziele. Als Ziele können Zeitserien, die lokale Logikengine sowie die Objekte weiterer Bussysteme & Protokolle angegeben werden in beliebiger Kombination.

• Bodensaugspannung in hPa*: Ausgabe der Bodensaugspannung von 1 bis 2.000 hPa*. Automatische Temperaturkompensation bei (manuell) zugeordnetem 1-Wire Hülsentemperaturfühler
• Bodensaugspannung in kPa*: Ausgabe der Bodensaugspannung von 1 bis 200 kPa*. Automatische Temperaturkompensation bei (manuell) zugeordnetem 1-Wire Hülsentemperaturfühler
• Bodensaugspannung in cbar*: Ausgabe der Bodensaugspannung von 1 bis 200 cbar*. Automatische Temperaturkompensation bei (manuell) zugeordnetem 1-Wire Hülsentemperaturfühler
• Bodensaugspannung als pF Wert: Alternative Ausgabe der Bodensaugspannung als dekadischer Logarithmus der Bodensaugspannung in hPa. Beispiel: 100 cbar = 1.000 hPa = pF Wert 3 (dimensionslos)
• Bodentemperatur: Ausgabe der Bodentemperatur, sofern ein optionaler 1-Wire Hülsentemperaturfühler der Auswerteelektronik manuell über den 1-Wire Slave Manager in der Web-APP zugeordnet wurde
• Platinentemperatur: Die Baugruppe stellt einen lokalen Temperatursensor auf der Platine zur Verfügung. Dies dient der Überprüfung der Betriebsgrenzen.
• Versorgungsspannung: Die Versorgungsspannung der Baugruppe wird gemessen. Dies dient der Überprüfung der Installation.
  
  Hinweis: Definitionsgemäß ist die Saugspannung ein Unterdruck, daher wäre die Angabe eines negativen Wertes korrekt. Dies ist womöglich für manche Logiken schwer zu verarbeiten. Der "pF-Wert" wird als dessen dekadischer Logarithmus berechnet, dies ist aus einem negativen Wert nicht möglich. Zudem werden in wissenschaftlichen Darstellungen die Saugspannung und deren pF Wert teilweise im selben Diagramm dargestellt, dabei wird die Ordinate positiv für die Saugspannung abgetragen aber dafür ein Minus dem Formelzeichen vorangestellt. Dies wird leicht übersehen, daher haben wir uns zur Vereinfachung entschieden, diesen Wert mit einem positivem Vorzeichen auszugeben, auch wenn dies wissenschaftlich nicht korrekt ist.
   

INTEGRATION IN WEITERE BUSSYSTEME WIE KNX / MODBUS / MQTT / HTTP-/REST-API MIT TIMBERWOLF SERVER

Die Kommunikationsfähigkeit des Timberwolf Servers wird kontinuierlich erweitert. Die an den Timberwolf Server gesendeten oder von diesem gelesenen Daten können jeweils beliebig untereinander verknüpft und weitergeleitet werden. Timberwolf Server unterstützen mit Version 3 den gleichzeitigen Betrieb von 11 Bussystemen und Protokollen, wie 1-Wire, KNX, Modbus, MQTT, HTTP-/REST-API usw. ermöglichen*. Damit können die in der Geräteapplikation dieses Produktes verfügbaren Datenelemente im Timberwolf Server mit wenigen Klicks an alle unterstützte und angeschlossene Bussysteme & Protokolle (sowie Visu und Logik) weitergeleitet werden. Die Messwerte können mit Offsets angepasst werden, zusätzlich sind Berechnungen statistischer Aggregationen wie Min, Max, Average usw. mit wenigen Klicks möglich. Die Sendebedingungen können mit einstellbaren Sendefiltern (z.B. bei Wertänderung und / oder nach Zeitablauf) festgelegt werden. Parallele Einstellungen für den gleichen Messwert sind möglich. Zusätzlich zu den unten aufgeführten Bussystemen und Protokollen können Messwerte auch an Datenaufzeichnung ("Zeitreihen") und an Logiken weitergeleitet werden.

• KNX: Senden an oder Empfangen von gleichzeitig beliebig vielen KNX Objekte (mit der ETS zuvor programmiert).
• Modbus TCP: Von gleichzeitig beliebig vielen Modbus TCP Objekten empfangen oder senden (auch über mehrere Schnittstellen verteilt).
• Modbus RTU: Von gleichzeitig beliebig vielen Modbus RTU Objekten empfangen oder senden (auch über mehrere RTU Bussysteme verteilt).
• MQTT: Von gleichzeitig beliebig vielen MQTT Objekten empfangen oder senden.
• HTTP-/REST-API: Von gleichzeitig beliebig vielen HTTP-Servern und Ressourcen empfangen oder senden.
   

DATENAUFZEICHNUNG / GRAFISCHE AUSWERTUNG / VISUALISIERUNG VON MESSWERTEN MIT TIMBERWOLF SERVER

Der Timberwolf Server ermöglicht die dauerhafte und auch über mehrere Jahre reichende Aufzeichnung. Dies kann für jedes Objekt von jedem angeschlossenen Bussystemen mit nur drei Klicks konfiguriert werden. Im Lieferumfang enthalten ist zudem Grafana und die CometVisu für grafische Auswertung, Datenanalyse, Dashboards und Visualisierung.

• Lokale Datenaufzeichnung: Mit drei Klicks kann für jedes Objekt eine dauerhafte Aufzeichnung bewirkt werden. Diese Daten werden in lokalen Datenarchiven (Zeitserie in einer Influx-Datenbank) gespeichert.
• Grafische Auswertung mit Grafana: Das vorinstallierte Tool "Grafana" erlaubt eine einfache grafische Analyse der angelegten Datenarchive. Mit nur zwei Klicks wird jede Zeitserie in Grafana angezeigt und kann mit einer sehr einfachen Benutzerführung für eine eingehende Analyse auf den gewünschten Zeitraum eingegrenzt werden. Weitere Datenarchive können mit nur je einem weiteren Klick hinzugefügt werden. Damit sind gegenüberstellende Analysen für beliebige Zeiträume und Objekte beliebiger Bussysteme und Protokolle (sofern gespeichert) einfach möglich.
• Visualisierung: Neben Grafana kann auch die im Timberwolf Server vorinstallierte "CometVisu" für die Darstellung und Visualisierung genutzt werden
• Abfrage Datenaufzeichnung per SQL: Für eigene Anwendungen lassen sich alle lokalen Datenaufzeichnungen per SQL abfragen oder exportieren

TECHNISCHE DATEN

Ermittlung der Bodensaugspannung

• Sensorelement: Watermark 200SS (separat zu beschaffen, extern anzuschließen)
• 1-Wire Baustein: DS2438, VAD,
• Messbereich: 1 ... 2.000 hPa (1 ... 200 cbar)
• Auflösung: 9 Bit
• Temperaturkompensation: Automatisch durch Timberwolf Server, sofern externer Temperaturfühler für Erdreich in Slave Manager der Web-APP manuell zugeordnet
   

Messung Temperatur der Baugruppe

• Sensorelement: Integrierter Temperatursensor
• 1-Wire Baustein: DS2438, Temperatur
• Messbereich: -55..125 °C
• Auflösung: 13 Bit (entsprechend 0,03125 °C pro Bit)
• Erzielbare Genauigkeit: ± 2 ° Celsius
   

Messung Versorgungsspannung der Baugruppe

• Sensorelement: Integrierte Messung der Versorgungsspannung
• 1-Wire Baustein: DS2438, VDD
• Messbereich: 2,4 ... 10 V
• Auflösung: 10 Bit (entsprechend 0,010 V pro Bit)
• Erzielbare Genauigkeit: ± 50 mV (typ. ± 10 mV)
   

Anschluss & Maße

• Abmessung Baugruppe: 59 x 55 x 17 mm (l x b x h, ohne Gehäuse)
• Anschluss 1-Wire Bus I: 3-Leiteranschluss (1W, GND, 5V) an 1-Wire Bus über Wago Steckklemme (ankommender Bus)
• Anschluss 1-Wire Bus II: 3-Leiteranschluss (1W, GND, 5V) an 1-Wire Bus über Wago Steckklemme (abgehender Bus, befiltert)
• Filter zum 1-Wire Bus: Bandpass
• Überspannungsschutz: jeweils 30 kV / 25 A (8/20 µs) auf allen Anschlüssen
• Durchmesser Ader für Wago Steckklemme: 0,6 - 0,8 mm, eindrähtiger Leiter
• Drahtlänge Ader für Wago Steckklemme: 4 - 5 mm

• Zusätzlicher Anschluss: 1-Wire 3-Leiteranschluss (1W, GND, 5V) für externen Temperaturfühler Micro-Schraubklemme
• Überspannungsschutz: 30 kV / 25 A (8/20 µs)
• Querschnitt Anschlusslitzen: 0,05 - 0,8 mm²
• Drahtlänge: 4 - 5 mm
• Anzugmoment: 0,15 Nm
   

Schutzklasse

• Schutzklasse: III (nach EN 60730)
• Spannungsversorgung: Nur an SELV oder PELV Spannungsquellen, 5 V über Anschluss VDD
   

Montage

• Temperaturbereich: - 40 °C ... 85 °C
• Eignung: Die Baugruppe ist ausschließlich zum festen Einbau in ein Gehäuse zur Montage an Gebäude oder in Ventilschächten und für den festen Anschluss an die Gebäudesystemtechnik geeignet
• Zerbrechlich: Die Baugruppe enthält bruchempfindliche Bauteile. Stoß und mechanischer Druck auf die Baugruppe bei Montage und Betrieb sind zu vermeiden.
   

ANSCHLUSS AN 1-WIRE BUS MIT 3 ADERN

• 3-Leiter Anschluss: Zum Betrieb dieser Baugruppe sind 5 V bei ca. 11 mA erforderlich. Die Versorgung erfolgt über eine Ader mit 5 V. Ein parasitärer Anschluss ist nicht möglich.
• Spannungsversorgung aus 4-fach Ventilaktor: Für eine optimale Reichweite empfehlen wir, einen 4-fach Ventilaktor (1-Wire) in die 1-Wire Busleitung VOR dieser Baugruppe einzuschleifen. Der Ventilaktor verfügt über einen DC/DC-Wandler und speist eine - aus der Betriebsspannung für die Ventile entnommene - stabilisierte Versorgungsspannung von 5 V in den abgehenden 1-Wire Busanschluss ein. Dies stellt eine optimale Spannungsversorgung dieser Baugruppe dar und ermöglicht eine maximale Reichweite, weil die Betriebsenergie nicht vom Busmaster aus dem Gebäude geliefert werden muss.
• Energieverbrauch & Energiekosten: Sehr geringer Energieverbrauch mit ca.55 mW (entspricht ca. 0,5 kWh/a = 0,13 EUR pro Jahr)