ESP32 Charging Station with Status LEDs

Ein intelligentes Ladesystem mit 6 USB-C Power Delivery Modulen, Status-LEDs, Temperaturüberwachung und Notabschaltung.

Hardware-Komponenten

Hauptkomponenten

• Microcontroller: ESP32
• Lademodule: 6x USB-C Power Delivery Module (max. 45W je Modul)
• Relais: 2x Notabschaltungs-Relais (Normally Closed)
• Stromsensoren: 6x INA219 Strom/Spannungs-Sensoren
• LEDs: 6x NeoPixel LEDs (eine pro Lademodul)
• Temperatursensor: DS18B20 Temperatursensor
• Lüfter: PWM-gesteuerter Lüfter

Pin-Belegung

Relais (Notabschaltung)

• Relais 1 (Module 1-3): Pin D27
• Relais 2 (Module 4-6): Pin D13
• Typ: Normally Closed (HIGH = offen/Power ON, LOW = geschlossen/Power OFF)

INA219 Sensoren (I2C)

Gruppe 1 (4 Sensoren, Module 0-3):

• SCL: Pin D35
• SDA: Pin D34
• Adressen: 0x40, 0x41, 0x42, 0x43

Gruppe 2 (2 Sensoren, Module 4-5):

• SCL: Pin D25
• SDA: Pin D26
• Adressen: 0x40, 0x41

Status-LEDs

• NeoPixel: Pin D12 (6 LEDs)

Temperatur & Lüfter

• Temperatursensor: Pin D32
• Lüfter PWM: Pin D14

Funktionen

1. Ladestatus-Anzeige (LEDs)

Jede LED zeigt den Status des zugehörigen Lademoduls:

• Aus (LED OFF): Kein Gerät angeschlossen
• Rot: Niedriger Ladestand (< 3.5V)
• Orange: Mittlerer Ladestand (3.5V - 4.0V)
• Gelb: Hoher Ladestand (4.0V - 5.0V)
• Grün: Voll geladen (≥ 5.0V oder Strom < 50mA)
• Blau (blinkend): Notabschaltung aktiv

2. Temperaturüberwachung

• Normale Temperatur (< 50°C): Lüfter läuft mit Mindestgeschwindigkeit
• Hohe Temperatur (50°C - 80°C): Lüfter beschleunigt progressiv
• Kritische Temperatur (> 80°C): Notabschaltung aktiviert

3. Notabschaltung

Automatische Abschaltung bei:

• Temperatur über 80°C
• Spannung über 5.5V an einem beliebigen Modul
• INA219-Sensor reagiert nicht

4. Lüftersteuerung

• Läuft immer mit Mindestgeschwindigkeit (≈20%)
• Erhöht Geschwindigkeit basierend auf Temperatur
• PWM-Frequenz: 25 kHz

Installation

Erforderliche Arduino-Bibliotheken

1. Adafruit INA219 - Für Strom/Spannungsmessung

   Sketch -> Include Library -> Manage Libraries
   Suche: "Adafruit INA219"
   

2. Adafruit NeoPixel - Für LED-Steuerung

   Sketch -> Include Library -> Manage Libraries
   Suche: "Adafruit NeoPixel"
   

3. OneWire - Für DS18B20 Temperatursensor

   Sketch -> Include Library -> Manage Libraries
   Suche: "OneWire"
   

4. DallasTemperature - Für DS18B20 Temperatursensor

   Sketch -> Include Library -> Manage Libraries
   Suche: "DallasTemperature"
   

Board-Einstellungen (Arduino IDE)

1. Board: ESP32 Dev Module
2. Upload Speed: 115200
3. CPU Frequency: 240MHz
4. Flash Frequency: 80MHz
5. Flash Mode: QIO
6. Flash Size: 4MB
7. Partition Scheme: Default 4MB with spiffs

Verwendung

Hauptprogramm hochladen

1. Öffne ChargingStation/ChargingStation.ino in Arduino IDE
2. Wähle den richtigen COM-Port
3. Klicke auf Upload
4. Öffne Serial Monitor (115200 baud) für Status-Ausgaben

Test-Programme

Im tests/ Verzeichnis befinden sich separate Test-Programme für jede Komponente:

test_relay

Testet die Relais-Funktionalität

• Wechselt alle 3 Sekunden zwischen ON/OFF
• Zeigt Relais-Status im Serial Monitor

test_ina219

Testet alle 6 INA219 Sensoren

• Zeigt Spannung, Strom und Leistung
• Aktualisierung jede Sekunde
• Prüft beide I2C-Busse

test_neopixel

Testet die LED-Ansteuerung

• Verschiedene Farben und Muster
• Einzelne LED-Tests
• Rainbow-Effekte
• Ladestatus-Simulation

test_temperature

Testet den Temperatursensor

• Zeigt Temperatur in °C und °F
• Warnung bei hohen Temperaturen
• Prüft Sensor-Verbindung

test_fan

Testet die Lüftersteuerung

• Verschiedene Geschwindigkeiten
• Temperatur-basierte Steuerung
• PWM-Test von 0% bis 100%

Konfiguration

Konfigurierbare Parameter in ChargingStation.ino:

#define NUM_MODULES 6                   // Anzahl der Lademodule
#define NUM_LEDS 6                      // Anzahl der LEDs
#define VOLTAGE_THRESHOLD 5.5           // Maximale Spannung (V)
#define TEMP_THRESHOLD_CRITICAL 80.0    // Kritische Temperatur (°C)
#define TEMP_THRESHOLD_HIGH 50.0        // Hohe Temperatur für Lüfter (°C)
#define MIN_FAN_SPEED 50                // Minimale Lüftergeschwindigkeit (0-255)
#define MAX_FAN_SPEED 255               // Maximale Lüftergeschwindigkeit (0-255)
#define CHARGING_VOLTAGE_MIN 0.5        // Mindestspannung für Geräteerkennung (V)
#define FULL_CHARGE_VOLTAGE 5.0         // Vollladespannung (V)

Sicherheitshinweise

1. Relais sind Normally Closed: Beim Start werden die Relais geöffnet (HIGH), um Strom zu ermöglichen
2. Notabschaltung ist permanent: Nach einer Notabschaltung muss das System neu gestartet werden
3. Temperaturüberwachung: Stelle sicher, dass der Temperatursensor korrekt montiert ist
4. Stromversorgung: Achte auf ausreichende Stromversorgung für alle 6 Module (bis zu 270W)

Fehlerbehebung

LEDs leuchten nicht

• Prüfe Pin D12 Verbindung
• Prüfe NeoPixel Stromversorgung
• Prüfe korrekte LED-Anzahl in der Konfiguration

INA219 nicht gefunden

• Prüfe I2C-Verbindungen (SDA/SCL)
• Prüfe I2C-Adressen (0x40-0x43)
• Verwende I2C-Scanner zur Adresserkennung

Temperatursensor zeigt -127°C

• Sensor nicht verbunden oder defekt
• Prüfe OneWire-Verbindung an Pin D32
• Prüfe 4.7kΩ Pull-up Widerstand

Relais funktionieren nicht

• Prüfe Pins D27 und D13
• Prüfe Relais-Versorgungsspannung
• Beachte: HIGH = offen (Power ON), LOW = geschlossen (Power OFF)

Lüfter läuft nicht

• Prüfe PWM-Pin D14
• Prüfe Lüfter-Stromversorgung
• Prüfe Mindestgeschwindigkeit (MIN_FAN_SPEED)

Serial Monitor Ausgaben

Das Hauptprogramm gibt alle 2 Sekunden Status-Informationen aus:

=== Charging Station Status ===
Temperature: 25.5 °C
Fan Speed: 20 %
Relays: R1=ON, R2=ON

Module Status:
  Module 1: 5.03 V, 125 mA [Charging]
  Module 2: 5.01 V, 45 mA [Full]
  Module 3: 0.00 V, 0 mA [No Device]
  Module 4: 3.78 V, 850 mA [Charging]
  Module 5: 4.85 V, 210 mA [Charging]
  Module 6: 0.00 V, 0 mA [No Device]
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Lizenz

Siehe LICENSE.md

Autor

ProfessorQuantumUniverse

Version

1.0.0 - Erste Version mit allen Grundfunktionen