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Automatische Dosierung für den Pool (Teil 3: ph und Redox mit Arduino messen)

Zu einer automatischen Pool-Dosierung fehlten mir noch die Mess-Elektroden und vor allem das, womit ich sie auslesen und die Werte zu FHEM übertragen kann. In FHEM kann dann die ganze Dosierlogik stattfinden und die Dosierpumpen entsprechend geschaltet werden. Das Auslesen von feinen elektrischen Spannungen auf den ph-/Redox-Elektroden ist nicht trivial. Es gibt auf dem Markt kaum fertige Geräte mit Netzanbindung, um ph/ORP-Werte auszulesen. Ich habe mich daher für einen Eigenbau mit Arduino entschieden und in den Wintermonaten wochenlang dran geschraubt.

Arduino-Uno-Clones und passende Erweiterungsmodule dazu bekommt man bei Aliexpress für sehr kleines Geld. Es gibt im Angebot auch ein ph-Verstärker-Modul mit einer BNC-Buchse für ca. 16 USD inkl. Versand, was ich letztendlich auch genommen habe. In diesem Modul werden die paar Millivolt, die eine Sonde produziert, in eine am Arduino-Analogeingang messbare Spannung von 0 bis 5 Volt umgewandelt (Anschlusspin Po). In dem Modul ist vermutlich auch etwas für eine Temperatur-Bereinigung des ph-Wertes verbaut (Pins To und Do). Wie das genau funktioniert, konnte ich jedoch nicht rausfinden. Es gibt auch andere  ph-Module für Arduino, die etwas mehr kosten, z.B. von Atlas Scientific, von Phidgets oder von Dfrobot.  Alle haben ohne weitere Zusätze wahrscheinlich ein Problem: Die fehlende galvanische Trennung. Spätestens sobald man zwei Elektroden an einem Arduino anschließt und im gleichen Wasser hält, liefern sie beide Schrottwerte, da die Ströme zwischen den Elektroden fließen. (Wobei ein Blogger aus Frankreich mit Phidgets-Modulen das irgendwie geschafft hat, ph- und ORP-Elektrode an einem Arduino zu betreiben.)

Ein fertiges Verstärker-Modul mit galvanischer Trennung habe ich nicht gefunden. Es gibt ein-zwei Projekte im Internet, aber nichts lieferbares. Einen Messverstärker selbst zusammenzulöten, erschien mir zu aufwändig, zumal ich nur rudimentäre Kenntnisse der Elektronik habe. Deswegen habe ich die galvanische Trennung so hergestellt, dass ich pro Elektrode einen eigenen Arduino Uno nehme und diesen über einen eigenen linearen Stromwandler auf AMS1117-5.0 Basis und einen isolierenden DC-DC-Wandler mit Strom versorge (ich habe die Murata-Module NME0505SC mit 1 Watt genommen). Somit wird jeder Arduino Uno als Ganzes schon in der Stromversorgung galvanisch entkoppelt. Die Versorgungsspannung muss übrigens auch sehr stabil sein, da sonst die analogen Readings des Arduino, die die Versorgungsspannung als Referenz nehmen, driften. Deswegen ist jeweils ein eigener linearer Regler vorgeschaltet.

Die beiden Arduinos mit Verstärker-Modulen machen bei mir wenig anderes als die analogen Eingänge zu lesen, die Werte zu glätten und mit den eigenen sehr günstigen 433MHz-Radio-Modulen rauszufunken. So bleibt die galvanische Trennung intakt. Eine Temperatur-Kompensation habe ich gar nicht implementiert, denn diese ist im ph-Bereich um 7.0 eh kleiner als jede Messtoleranz. In den Mess-Arduinos habe ich auch die Kalibrierungslogik für die Elektroden einprogrammiert. Für den eigentlichen Kalibrierungsvorgang haben diese Module zwei Taster (für Kalibrierpunkte ph 7.0 und ph 4.0 – man kann natürlich beliebige andere Werte einprogrammieren) bzw. einen Taster (Kalibrierpunkt ORP 465 mV) bekommen. Somit ist die Kalibrierung super einfach: Die Elektrode in die Pufferlösung reinhalten, bis sich der Wert stabilisiert, und einmal drücken. Einen Redox-Verstärker habe ich übrigens mit einer kleinen Modifikation aus einem ph-Verstärker gemacht. Die ph-/ORP-Sonden liefern ja beide Millivolts, nur in etwas unterschiedlichen Ranges.

Ein dritter Arduino Uno empfängt bei mir dann auf 433MHz die ph- bzw. Redox-Werte von den beiden Mess-Arduinos. An der Nummer Drei werden drahtgebunden auch andere Sensoren angeschlossen: für Druck, Temperatur und Durchfluss. Mit einem Ethernet-Shield für Arduino wird hier auch ein minimalistischer Webserver aufgemacht und FHEM kann alle Werte ablesen. Für eine stabile Internet-Verbindung musste ich dem W5100-Chip auf dem Ethernet-Shield die Beine Nr. 64 und 65 durchschneiden. So läuft er fest auf 10 Mbit/Fullduplex und nicht im Auto-Modus, was zumindest mit meiner Fritzbox 7390 oft zu Aussetzern geführt hatte. An diesem dritten Arduino habe ich auch ein I2C 20×4-LCD-Display angeschlossen, wo die Werte permanent visialisiert werden.

Ein großes praktisches Problem schon beim Messen im Glas Wasser war das Rauschen. Vor allem die Schaltnetzteile induzieren Störungen auf die sensiblen Elektroden und hauptsächlich auf ihre Kabel. Die abgelesenen Werte zeigen im Ergebnis eine große Streuung von bis zu einigen Prozent. Ich habe dann per Zufall rausgefunden, dass die Streuung wesentlich geringer ausfällt, wenn man den Minuspol des Gleichstromausgangs vom Netzteil einfach erdet. Zum Befestigen der Komponenten im Gehäuse hat sich eine transparente 2mm-PVC-Platte als sehr praktisch erwiesen. Ein Gehäuse mit transparentem Deckel erspart Ausschnitte für LCD. Bei Fragen zu Details und Verbesserungsvorschlägen immer gern.

Die ersten Experimente mit Arduino und ph-Modul
Die ersten Experimente mit Arduino und ph-Modul
Zwischenstufe: Zwei Arduinos, zwei Elektroden und ihre galvanische Trennung mit DC-DC-Wandlern
Zwei Arduinos, zwei Sonden und galv. Trennung
Vorläufige Endausbaustufe für meinen Auslesecomputer
Vorläufige Endausbaustufe für meinen Auslesecomputer
Messverstärker für ph-Elektrode
Messverstärker für die ph-Elektrode
ph-Arduino mit eigenem Stromregler, Kalibrierbuttons und Funkmodul auf einem Proto-Shield
ph-Arduino mit Zusätzen auf einem Proto-Shield
Arduino mit galvanischer Trennung und PH-Messmodul
Arduino mit Anschluss und  PH-Messmodul
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Den Pool winterfest machen (Teil 2)

Fast ein Monat ohne Bewegung und Filterung ist das Wasser im Pool immer noch kristallklar. Auch der Chlorgehalt nach der Schockchlorung ist noch deutlich erhöht. Anscheinend verbraucht sich Chlor unter der Poolabdeckung bei den niedrigen Wassertemperaturen nur sehr langsam, obwohl der Regen jetzt schon einiges an Dreck reingebracht hat.

Zum Abschluss der Vorbereitungen auf den Winter habe ich Eisdruckpolster eingesetzt, um die Frostschäden am Mauerwerk zu vermeiden, wenn der Pool mal wirklich zufrieren sollte. Die Plastikdinger haben zwei Kammern. In der unteren ist Sand drin, in der oberen Luft. So schwimmen sie genau an der Oberfläche und werden vom Eis als erstes zerdrückt. Die Diagonale in einem 4×8 m Pool ist 894 cm lang. Es hätte also fast 23 Eisdruckpolster á 40 cm gebraucht. So viele habe ich auch bestellt. Wegen den Verbindungsstücken haben jedoch 21 gut gereicht, um die Diagonale auszufüllen. An den Ecken habe ich sie an die Poolumrandung angebunden. Die restlichen zwei Polster habe in den beiden anderen Ecken platziert. Jetzt hoffe ich, dass ich den Pool in den nächsten 5 Monaten nur noch zum gelegentlichen Absaugen vom überschüssigen Wasser öffnen muss und es im April zum Saisoneröffnung dann genauso sauber aussieht. 🙂

23 Eisdruckpolster gekauft
23 Eisdruckpolster mit je 2 Kammern  gekauft
Eisdruckpolser schwimmen in der Diagonale
Eisdruckpolser schwimmen in der Diagonale
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Rasen am Pool wiederherstellen

Jetzt kamen (hoffentlich) die letzten Erdarbeiten rund um den Pool: die verbleibenden 30 cm Höhe wurden mit Mutterboden aufgefüllt und die Hecke wieder geschlossen. Gut, dass ich die Holzumrandung von drei Seiten machen konnte, bevor der Mutterboden zurückkam. Sonst müsste man bei diesem verregneten Sommer ständig im Dreck wühlen. Glücklicherweise hatten wir jetzt drei Tage regenfrei, so dass ich wieder unzählige Schubkarren Erde (ca. 7 m³ ≈ 150 Schubkarren) relativ dreckfrei aufschütten konnte. Dummerweise spritzen stärkere Regen jetzt um so mehr Schmutz in den Pool. Wenn der Rasen wieder gewachsen ist, erledigt sich hoffentlich das Problem. Bis dahin muss ich wohl häufiger sauber machen.

Der angelieferte Mutterboden war von extrem schlechter Qualität. Sehr viele Steine und Lehmbrocken. Es war eine Drecksarbeit, das alles zu trennen. Wir haben auch oben mit 480l Blumenerde veredelt. Jetzt säen wir darin den Rasen aus. Die ganze aufgeschüttete Fläche wird sich in den nächsten Jahren noch sicherlich setzen, da wir auf der ganzen Höhe von 150 cm keinerlei Verdichtungstechnik (außer Wassergeben) angewendet haben. Also werden wir noch was an Erde dazuschütten oder, wenn der ausgesähte Rasen nichts wird, dann doch noch im Frühjahr Rollrasen drüber verlegen.

Der 30 cm breite Holzrand steht bei uns nur 5-7 cm über dem Rasen (so das evtl. später kein Rasenroboter mit dem Poolroboter ausgehen kann). Der Pool wird also nahtlos in die Rasenfläche integriert. Stein- oder Betonflächen im Garten passen bei uns definitiv nicht ins Konzept. Eigene Erfahrung zeigt, dass selbst beim höchsten Wasserstand im Pool, den die eingebauten Skimmer vertragen können (ca. 143 cm), schwappt erst mit einer riesigen Arschbombe eine signifikante Menge Poolwasser über den Holzrand. Außerdem behauptet man, dass das richtig chlorierte Poolwasser für den Rasen gar nicht schädlich ist.

Auch die fünf Kirschlorbeer-Heckensträucher wurden nach ihrem viermonatigen Exil hinter dem Zaun, das sie dank Regenwetter relativ gut überlebt haben, wieder eingesetzt und wachsen hoffentlich munter weiter. Unmittelbar in der Hecke finden jetzt auch die orangenen Belüftungsrohre für den GSA-Schacht ihre Mündung. Unter der kleinen künftigen Terrasse, die den Schacht überdecken soll, habe ich Kiessand bis an den Rand aufgeschüttet. Auch hier ist mit starken Setzungen zu rechnen, so dass ich die Terrasse im nächsten Jahr wohl wieder aufrichten muss. Insgesamt sieht der Garten fast schon wieder in Ordnung aus. 🙂

Mutterboden: Schubkarre nach Schubkarre
Mutterboden: Schubkarre nach Schubkarre
Dann planiert und Blumenerde drauf
Dann planiert und Blumenerde drauf
Die Hecke wieder hergestellt
Die Hecke ist wieder hergestellt
Die Poolfläche vor 4 Monaten...
Die Poolfläche vor 4 Monaten…
... und heute: ein großer Unterschied?
… und heute: ein großer Unterschied?

 

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Erste Erfahrungen mit der Wasserpflege im Pool

Diese Woche kam die große Chemielieferung von Pooldoktor. Die Wasserpflege im Pool ist im Vergleich zum Aquarium nicht besonders  kompliziert. Es kommt im Grunde auf zwei Sachen an. Erstens muss der pH-Wert stimmen. Damit die andere Chemie gut wirkt, muss er idealerweise bei 7,0-7,2 liegen. Mit den Testtabletten ist der pH-Wert sehr einfach zu messen. Bei mir kam ca. 7,8 aus der Leitung. Ich musste daher mit 2,5 kg ph-Minus-Granulat auf 7,2 absenken. Vier Tage später das gleiche Spiel noch mal. Das dauert wohl ein paar Wochen, bis sich der pH-Wert des frischen Wassers stabilisiert. Außedem neigt er beim härterem Wasser (wie bei uns) trotzdem dazu, immer wieder etwas höher zu klettern. Daher habe ich schon mal 25 kg-Sack pH-Senkergranulat (Natriumhydrogensulfat) auf Vorrat gekauft (natürlich keine bekannte Marke).

Der zweite entscheidende Faktor ist Desinfizierung. Nach dem Rat der Poolbauers versuche ich es erstmal mit dem Chlor (was nicht heißt, dass ich irgendwann nicht auch Aktivsauerstoff oder Brom ausprobieren werde). Die Konzentration vom freien Chlor im Wasser soll idealerweise dauerhaft bei etwa 0,6 mg/l liegen. Um das zu erreichen, müssen sich pro Woche zweieinhalb von den langsamlöslichen 200-Gramm-Chlortabletten auflösen. Da muss ich wohl ein wenig experementieren, um die erforderliche Tablettenmenge und die Einstellung beim Chlordosierer zu erreichen. Erstmal war zu wenig Chlor im Wasser drin, dann etwas zu viel.

Solange ich keine Kombitabs nutze, muss ich pro Woche noch ca. 500 ml flüssigen Algizid dazugeben, um Algenwachstum komplett zu unterbinden. Erst bei besonderer Trübung kommen dann die Flockungskartuschen zum Einsatz. Ansonsten bleibt erstmal festzuhalten, dass die Wassequalität bislang einwandfrei ist. Schöne blaue Farbe, es riecht nur noch nach frischer Folie, keine roten Augen. Und endlich passen auch die Lufttemparturen zum Schwimmvergnügen! 🙂

Die erste Chemielieferung für den Pool
Die erste Chemielieferung für den Pool
Testschüttler für Chlor und pH-Wert
Testschüttler für Chlor und pH-Wert
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Poolfolie und Wasser rein

Diese Woche wurde im Pool die 1,5 mm starke Folie Alkorplan 2000 verlegt und verschweißt. Die Stufen der Treppe haben rutschsichere Noppenoberfläche. Dann durften wir über Nacht etwas Wasser reinmachen. Am nächsten Tag wurden alle Plastikteile angeflanscht.  Für die anschließende Endbefüllung habe ich mir ein Standrohr bei evd geliehen. Die Erinnerungen an Bauwasser wurden wach, jedoch macht jetzt die Kaution satte 500 EUR. Leider gibt’s bei evd keine Feuerwehrschläuche zum Ausleihen (Schande, evd!). Deswegen musste ich einige Nächte lang (!) das Wasser vom Hydranten über Gartenschlauch einlaufen lassen.  Nun ist der Pool bis auf 5 cm voll und gut chloriert. Das verhängnisvolle Zelt ist weg. Die beige Folie sieht unter Wasser eher grün-blau aus. Das Wasser ist noch etwas trüb, denn die Filteranlage läuft noch nicht. Auch das richtige Testschwimmen lässt auf sich noch wetterbedingt warten.

Die ersten Wassertropfen im Pool
Die ersten Wassertropfen im Pool
Hier ist der Pool schon randvoll
Hier ist der Pool schon randvoll
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