Solarbetriebener Wasser- & Lufttemperatur-Sensor (ESP32-C6, ESPHome)

Dieses Projekt ist ein energieautarker, solarbetriebener Sensorknoten auf Basis des ESP32-C6, gedacht für den Außeneinsatz (z. B. Teich, Regenfass, Zapfsäule, Gartenteich). Er misst Wasser- und Lufttemperatur, zeigt beide Werte auf zwei separaten 4-stelligen TM1637-Displays an und meldet alle Messwerte per WLAN an Home Assistant. Dank Deep-Sleep-Betrieb und Solar-/Akku-Überwachung ist der Knoten für den dauerhaften, wartungsarmen Betrieb im Freien ausgelegt.

Funktionen

• Zwei DS18B20-Temperatursensoren (Luft & Wasser) an einem gemeinsamen OneWire-Bus, adressbasiert unterschieden

• Zwei TM1637-Anzeigen, die nach dem Aufwachen per Knopfdruck für 3 Sekunden die aktuellen Temperaturen anzeigen (Format z. B. „12:3" für 12,3 °C, inkl. Vorzeichen bei Minusgraden)

• Solar- und Akkuspannungsüberwachung über zwei ADC-Eingänge mit Spannungsteiler

• Deep-Sleep-Betrieb mit automatischem Aufwachen im 10-Minuten-Raster (zeitsynchron über NTP), dazwischen komplette Abschaltung zur Energieeinsparung

• Knopfdruck-Aufwachen über GPIO0 (EXT-Wakeup) zur sofortigen Anzeige der aktuellen Werte, unabhängig vom Zeitraster

• „Stay Awake"-Schalter in Home Assistant, um den Deep-Sleep bei Bedarf (z. B. für Wartung/OTA-Updates) zu deaktivieren

• Wake-Reason-Erkennung (Button / Timer / Reset) wird als Text-Sensor an Home Assistant übermittelt

• MOSFET-Schaltausgang (GPIO6) zur Versorgungssteuerung externer Peripherie

• WLAN-Signalstärke (dBm und Prozent) sowie Betriebszeit als Diagnose-Sensoren

• Volle Home-Assistant-Integration über die native ESPHome-API, inkl. OTA-Updates

Technische Daten

Was ist anpassbar?

Die komplette Konfiguration erfolgt über eine ESPHome-YAML-Datei und lässt sich leicht an eigene Bedürfnisse anpassen:

• Sensoradressen: Die DS18B20-Adressen müssen per Logger-Scan für die eigenen Sensoren ermittelt und eingetragen werden

• GPIO-Belegung: Alle Pins (OneWire-Bus, ADC-Eingänge, TM1637-Displays, MOSFET, Wakeup-Pin) sind frei wählbar und an das eigene PCB-/Gehäuse-Layout anpassbar

• Schlafintervall: Das 10-Minuten-Raster lässt sich im Skript sleep_timer beliebig auf andere Zeitabstände (z. B. 5, 15, 30 Minuten) umstellen

• Anzeigedauer: Die 3 Sekunden Anzeigezeit nach Knopfdruck können angepasst werden

• Spannungsteiler-Faktor: Der Multiplikator (aktuell ×2) muss an den verwendeten Spannungsteiler und die tatsächliche Akku-/Solarspannung angepasst werden

• Temperaturformat: Anzeige mit Dezimalstelle, Vorzeichen und Fehleranzeige bei Sensorausfall ist im Display-Lambda anpassbar

• WLAN-Zugangsdaten: Netzwerkname, Passwort und Verbindungsverhalten (Fast Connect, Power-Save) sind konfigurierbar

• Display-Helligkeit: Intensität der TM1637-Anzeigen (0–7) einstellbar

• CPU-Taktfrequenz: Standardmäßig auf 80 MHz reduziert zur Energieeinsparung, bei Bedarf erhöhbar

• Gehäuse/Mechanik: Das 3D-gedruckte Gehäuse kann an eigene Sensorpositionen, Kabeldurchführungen und Montageorte angepasst werden (je nach beigefügtem Druckmodell)

Voraussetzungen

• Home Assistant mit ESPHome-Integration

• WLAN-Netzwerk mit ausreichender Reichweite am Installationsort

• Akku (z. B. LiPo oder Li-Ion) mit passendem Lade-/Schutzmodul (2000mAh+ empfohlen)

• Solarpanel Ich habe 4 80x80mm 6v Zellen Parallel geschaltet verwendet

• 2× DS18B20 (wasserdicht für den Wassersensor empfohlen)

• 2× TM1637-Modul

• M2 Schmelzeinsätze

• M2 Schrauben

• M12 oder M16 Kabelverschraubung (M12 empfohlen wegen der dünnen DS18B20 Kabel)

• Passende Wiederstände (Ich habe 100K für alle ADC und 2,2K für VCC->Data am DS18B20 benutzt)

Gehäuse & Wetterschutz

Für den Lufttemperatursensor kommt der DS18B20 Climate Shield / Radiation Guard zum Einsatz, um die Messung vor direkter Sonneneinstrahlung und Strahlungswärme zu schützen und so realistischere Lufttemperaturwerte zu erhalten.

Als Gehäuse für die Elektronik dient eine Handelsübliche Abzweigdose ich habe die beiden benutzt:

• Spelsberg Feuchtraum-Verbindungsdose (IP55, 75x75x37mm)

• Spelsberg Feuchtraum-Verbindungsdose (IP55, 130×85×37 mm)

Der 3D-gedruckte Abzweigdosendeckel (130x85mm) sitzt anfangs stramm auf dieser Dose (passgenau, leicht klemmend) und hat sich im täglichen Außeneinsatz sowohl senkrecht als auch waagerecht montiert als zuverlässig regendicht erwiesen. Trotz dieser positiven Erfahrung wird keine Gewährleistung oder Verantwortung für Dichtigkeit, Wetterfestigkeit oder Langzeitstabilität übernommen – Nachbau und Einsatz erfolgen auf eigenes Risiko.

Hinweis

Dieses Projekt richtet sich an Bastler mit Grundkenntnissen in ESPHome/YAML. Die Firmware ist Open Source und kann bei Bedarf per OTA aktualisiert werden, solange der „Stay Awake"-Modus aktiviert ist.