Intelligente Kellerbelüftung: Arduino-gesteuerte Feuchteregelung

Komponenten

Arduino Nano R3	1
IO Expander (fertiges Modul mit Relais, OLED, I²C-1-Wire)	1
IO Expander Bundle (komplettes Set)	1

Software

• Arduino IDE

Funktionen

• Innen-/Außen-Temperatur & Luftfeuchte (SHT10 über 1-Wire→I²C)
• Intelligente Lüftersteuerung durch Feuchtevergleich (absoluter & relativer Wert)
• Reduziert Kellerfeuchte & Schimmelrisiko
• Energiesparend: Lüftet nur bei sinnvollem Klimadelta

Benötigte Teile (Detail)

• IO Expander (Kernmodul)
• 1-Wire zu I²C Adapter
• Arduino Nano
• 1-Kanal 5 V Relais
• 2× SHT10 Feuchtesensor
• I²C SSD1306 OLED 128×64
• 2× 110 V Lüfter (172×150×38 mm, 0,34 A, 2400 U/min)
• Wasserdichtes Gehäuse (158×90×65 mm, IP68)
• IP68 Kabelverschraubungen PG7 + PG9
• 2× RJ11 Keystone Schraubklemmen + Gehäuse
• 2× 50 ft 4C4P RJ11 Kabel (Sensoren)
• 6″ RJ11 Kabel (intern)
• 100 ft 110 V Kabel (Lüfter)
• Netzstecker, 2,54 mm Header-Kabel
• 12 V DC 1 A Netzteil

Verdrahtung

OLED-Anzeige

Zeigt: Innen-/Außentemperatur, relative & absolute Feuchte, Lüfterstatus, Firmware-Version.

Warum IO Expander?

• Einfacheres Design, Fertigmodule
• Keine 1-Wire/Relais/OLED/Font-Treiber selbst schreiben
• Spart Flash (nur 6106 Bytes = 19 %)
• Code in < 1 Tag geschrieben
• Standard RJ11-Kabel (Telefonkabel) für Sensoren – keine Längenprobleme
• Günstiger als Fertigsysteme
• Einfach anpassbar
• Einzelne Stromversorgung

Aufbau

1. Arduino Nano an IO Expander anschließen, Code flashen (6-Pin-Header = Debug-Port, später nicht nötig).
2. ONEWIRE_TO_I2C_ROM Adresse an eigenes Modul anpassen.
3. 110 VAC an beide Lüfter anschließen.
4. Gehäuse: 7/16″ (PG7) & 9/16″ (PG9) bohren, Kabelverschraubungen einbauen. PG7 = 12 V DC Eingang, PG9 = Sensoren/Lüfter.
5. Freien Lüftungsschacht als Abluft wählen, gegenüberliegende Schächte als Zuluft öffnen, benachbarte schließen → querlüftung.
6. Lüfter innen am Schacht mit Kabelbindern montieren, Ausblasrichtung prüfen.
7. Außen-Sensor durch bestehenden Zugang nach draußen führen, fern von Haus/Wänden, gegen Wetterberichte prüfen.
8. Beide Sensoren an Keystone-Buchsen anschließen, im Gehäuse montieren.
9. 50 ft RJ11-Kabel an Sensoren, zusammen mit Lüfterkabel zum Steuerungsgehäuse führen. Vorvercrimpte Stecker abschneiden, durch Verschraubung führen, neu crimpen.
10. Alles im Steuerungsgehäuse verdrahten, mit Doppelklebeband & Schaum fixieren.
11. Test: Arduino vom IO Expander trennen, direkt per USB steuern → Relais & Lüfter prüfen. Dann final montieren.

Updates

20.03.2019

Nach Monaten im Kriechkeller: Spitzen-Luftfeuchte >95 % (Wasserrohrbruch) auf <50 % gesenkt. System läuft stabil.

Display getauscht: SSD1306 0,96″ → SH1106 1,3″ (größer, besser lesbar). Einzeilige Code-Änderung: ST10 → ST13.

12.09.2019

Version 1.1: Kaltstart-Problem behoben (OLED blieb dunkel). Lüftet weiterhin zuverlässig.

Code (Basement/Crawlspace Ventilation System v1.1)

/* IO Expander - Basement Ventilation v1.1 */
#include <math.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#include <avr/wdt.h>
#include "IOExpander.h"

#define FAHRENHEIT
#define ONEWIRE_TO_I2C_ROM "i4s71"
#define INIT_OLED "st13;si;sc;sd"
#define HUMIDITY_SENSOR_INSIDE "s6t1"
#define HUMIDITY_SENSOR_OUTSIDE "s8t1"
#define FAN_ON "r1o"
#define FAN_OFF "r1f"
#define ABSOLUTE_DELTA_FAN_ON 1.0    // g/m³ Differenz Inside > Outside
#define ABSOLUTE_DELTA_FAN_OFF 0.5   // g/m³ Differenz Inside <= Outside
#define OUTSIDE_RELATIVE_FAN_ON 88   // % rH Outside max
#define OUTSIDE_RELATIVE_FAN_OFF 90  // % rH Outside min
#define MINIMUM_TEMPERATURE 15       // °C, darunter Zyklusbetrieb
#define FAN_ON_TIME (20UL*60*1000)   // 20 min
#define FAN_OFF_TIME (20UL*60*1000)  // 20 min
//#define SERIAL_DEBUG
#define SERIAL_TIMEOUT 5000

#ifdef SERIAL_DEBUG
SoftwareSerial swSerial(8,7);
#endif

struct HS { float temp, relative, absolute; bool error; };

int led = 13;
bool init_oled = true;
long ontime, offtime;

#ifdef FAHRENHEIT
#define C2F(t) CelsiusToFahrenheit(t)
float CelsiusToFahrenheit(float c) { return (c*9/5)+32; }
#else
#define C2F(t) (t)
#endif

void SerialPrint(const char* s, float v, char err) {
  Serial.print(s);
  if (err) Serial.print(F("NA")); else Serial.print(v,1);
}

float AbsoluteHumidity(float temp, float rel) {
  // Buck (1981) Formel
  return (6.1121 * pow(2.718281828, (17.67*temp)/(temp+243.5)) * rel * 18.01534) / ((273.15+temp) * 8.21447215);
}

void ReadHumiditySensor(HS* hs) {
  SerialCmd("sr");
  if (SerialReadFloat(&hs->temp) && SerialReadFloat(&hs->relative)) {
    hs->absolute = AbsoluteHumidity(hs->temp, hs->relative);
    hs->error = false;
  } else hs->error = true;
  SerialReadUntilDone();
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
#ifdef SERIAL_DEBUG
  swSerial.begin(115200);
#endif
  pinMode(led, OUTPUT);
  wdt_enable(WDTO_8S);
  offtime = millis() - FAN_OFF_TIME;
}

void loop() {
  HS inside, outside;
  static bool fan = false, cycle = false;
  static long last_time = -60000L;

  Serial.println();
  if (SerialReadUntilDone()) {
    if (millis() - last_time > 60000L) { // Sensoren max 1/Min (Selbsterwärmung)
      if (SerialCmdDone(HUMIDITY_SENSOR_INSIDE)) ReadHumiditySensor(&inside);
      if (SerialCmdDone(HUMIDITY_SENSOR_OUTSIDE)) ReadHumiditySensor(&outside);

      if (inside.error || outside.error) fan = false;
      else {
        if (fan) { // Lüfter AN → Ausschaltbedingungen prüfen
          if (outside.relative >= OUTSIDE_RELATIVE_FAN_OFF ||
              inside.absolute - outside.absolute <= ABSOLUTE_DELTA_FAN_OFF)
            cycle = fan = false;
          else if (cycle && outside.temp <= MINIMUM_TEMPERATURE &&
                   millis() - ontime > FAN_ON_TIME)
            fan = false;
          if (!fan) offtime = millis();
        } else { // Lüfter AUS → Einschaltbedingungen prüfen
          if (outside.relative <= OUTSIDE_RELATIVE_FAN_ON &&
              inside.absolute - outside.absolute >= ABSOLUTE_DELTA_FAN_ON)
            cycle = fan = true;
          if (cycle && outside.temp <= MINIMUM_TEMPERATURE)
            fan = (millis() - offtime > FAN_OFF_TIME);
          if (fan) ontime = millis();
        }
      }

      if (fan) SerialCmdDone(FAN_ON); else SerialCmdDone(FAN_OFF);

      if (SerialCmdNoError(ONEWIRE_TO_I2C_ROM)) {
        if (init_oled) { SerialCmdDone(INIT_OLED); init_oled = false; }
        // OLED Layout befüllen
        SerialCmdDone("st13;sc;sf0;sa1;sd70,0,\"INSIDE\";sd127,0,\"OUTSIDE\";sf1;sa0;sd0,12,248,\""
#ifdef FAHRENHEIT
          "F"
#else
          "C"
#endif
          "\";sd0,30,\"%\";sf0;sd0,50,\"g/m\";sd20,46,\"3\";");
        SerialPrint("sf1;sa1;sd70,12,\"", C2F(inside.temp), inside.error);
        SerialPrint("\";sd70,30,\"", inside.relative, inside.error);
        SerialPrint("\";sd70,48,\"", inside.absolute, inside.error);
        SerialPrint("\";sd127,12,\"", C2F(outside.temp), outside.error);
        SerialPrint("\";sd127,30,\"", outside.relative, outside.error);
        SerialPrint("\";sd127,48,\"", outside.absolute, outside.error);
        Serial.print("\";");
        Serial.print("sf0;sa0;sd0,0,\"");
        Serial.print(fan ? "FAN" : "v1.1");
        Serial.println("\";sd");
        SerialReadUntilDone();
      } else init_oled = true;

      last_time = millis();
    }
    delay(1000);
  } else { // Kommunikationsfehler → LED blinken
    digitalWrite(led, HIGH); delay(500);
    digitalWrite(led, LOW); delay(500);
    init_oled = true;
  }
  wdt_reset(); // Watchdog zurücksetzen
}

Schaltplan