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© 2026 S. Sternitzke · CC BY-NC-SA 4.0 ↑ Inhaltsverzeichnis Feeder-Relais · Handbuch Ausgabe 1
ESP32-C3 · WLAN
230-V-Timer
Shelly 1PM Mini Gen4
Selbstbau · Version 3

Feeder-Relais

Das Handbuch — von der leeren Platine bis zum fertigen Gerät im Gehäuse
Die Feeder-Relais-Platine v3 von oben
Ausgabe 1 · August 2026 · deutsch Hardware v3 · ESPHome-Firmware · CC BY-NC-SA 4.0

Über dieses Handbuch

Dieses Handbuch richtet sich an Einsteigerinnen und Einsteiger. Du brauchst keine Elektronik-Ausbildung — aber einen Lötkolben, etwas Geduld und die Bereitschaft, ein paar Befehle in ein Terminal zu tippen. Jeder Schritt ist vollständig beschrieben: was du tust, warum du es tust, und woran du erkennst, dass es geklappt hat. Am Ende hältst du ein Gerät in der Hand, das eine 230-V-Last (zum Beispiel einen Futterautomaten) auf Knopfdruck für eine einstellbare Zeit einschaltet — bedienbar über drei Tasten, ein kleines Display und eine Webseite im Heimnetz.

✋ Dieses Gerät führt 230 Volt 230 Volt Netzspannung sind lebensgefährlich. Der Aufbau, die Prüfung und die Inbetriebnahme des Netzteils gehören in die Hände einer Elektrofachkraft oder einer unterwiesenen Person. Alle Tests, die ohne Fachkraft möglich sind, laufen in diesem Handbuch ausschließlich über USB und ohne jede Netzspannung. Bitte lies zuerst Kapitel 2.

So liest du dieses Handbuch

ℹ Hinweis Blaue Kästen liefern Hintergrundwissen. Man kann sie überspringen — sie machen aber vieles verständlicher.
✓ Tipp Grüne Kästen sparen Zeit oder Nerven.
⚠ Achtung Gelbe Kästen markieren Stellen, an denen häufig etwas schiefgeht.
✋ Stopp Rote Kästen markieren Handgriffe, die Hardware zerstören oder dich verletzen können. Bitte immer lesen.

Befehle für das Terminal sehen so aus — sie werden Zeile für Zeile eingegeben und mit Enter abgeschickt. Zeilen, die mit # beginnen, sind Kommentare und werden nicht mit eingetippt:

# Das ist ein Kommentar — nur zur Erklärung
esphome run firmware/timer-relais-c3.yaml

Verweise wie „Kapitel 7“ sind im PDF anklickbar. Über den Link „↑ Inhaltsverzeichnis“ am unteren Rand jeder Seite springst du jederzeit zurück zur Übersicht.

Inhalt

  1. 1 Was das Feeder-Relais ist
  2. 2 Sicherheit — bitte zuerst lesen
  3. 3 Wie das System funktioniert
  4. 4 Einkaufsliste: Material und Werkzeug
  5. 5 Das Gehäuse
  6. 6 Die Platine verstehen
  7. 7 Die Platine fertigen lassen
  8. 8 KiCad Schritt für Schritt (nur bei eigenen Änderungen)
  9. 9 Die Platine bestücken
  10. 10 Die Firmware aufspielen
  11. 11 WLAN einrichten und über den Browser bedienen
  12. 12 Netzwerk, Sprache und Anzeige
  13. 13 Den externen Shelly anschließen
  14. 14 Zusammenbau und Inbetriebnahme
  15. 15 Firmware-Updates und Wartung
  16. 16 Fehlersuche
  17. 17 Anhang: Belegungen, Dateien, Glossar

1Was das Feeder-Relais ist

Das Feeder-Relais ist eine selbstgebaute Steuerplatine, die eine 230-Volt-Last auf Knopfdruck für eine einstellbare Zeit einschaltet und danach von allein wieder abschaltet. Der Name stammt aus dem ursprünglichen Einsatz: Sie ersetzt die defekte Zeitschaltplatine eines Futterautomaten (englisch feeder). Weil sie am Ende nur „einen Schalter für eine gewisse Zeit drückt“, taugt sie für jede Last, die man zeitgesteuert schalten möchte.

1.1 Was das Gerät tut

An der Frontseite sitzen drei Taster. Ein kurzer Druck schaltet die Last für eine hinterlegte Zeit ein:

TasteBeschriftungStandardzeiteinstellbar
S1Down / Manual (T1)5 Sekunden1–600 s über WLAN
S2SET (T2)10 Sekunden1–600 s über WLAN
S3UP (T3)15 Sekunden1–600 s über WLAN

Ein kleines OLED-Display hinter der Sichtscheibe zeigt oben den WLAN-Empfang, die große Uhrzeit (per Internet-Zeitserver gestellt) und den Status Ruhe; unten das Datum und den freien Speicher. Läuft ein Timer, steht in der Mitte der Sekunden-Countdown und rechts Futter.

Die Bedienung läuft ohne App und ohne Cloud über eine kleine, für Handys optimierte Webseite, die der ESP32 selbst bereitstellt (im Browser http://feeder-relais.local): Timer auslösen, Zeiten einstellen, Netzwerk- und Statuswerte ansehen. Für die Anbindung an eine Hausautomatisierung (zum Beispiel ioBroker oder Home Assistant) gibt es zusätzlich eine schlanke JSON-Schnittstelle (Kapitel 11).

1.2 Die Signalkette

Vom Tastendruck bis zur geschalteten Last durchläuft das Signal fünf Stationen. Jede hat genau eine Aufgabe:

Taste  ─►  ESP32-C3  ─►  330 Ω  ─►  PhotoMOS  ─►  Shelly 1PM  ─►  Last
S1–S3      zählt die     begrenzt    schaltet      schaltet und     (Pumpe,
           Zeit, malt    den LED-    galvanisch     misst die        Futter-
           das OLED      Strom       getrennt       230-V-Last       motor …)
ℹ Warum so viele Stationen? Der ESP32 arbeitet mit ungefährlichen 3,3 Volt. Er darf 230 Volt niemals direkt „berühren“. Der PhotoMOS ist die Brücke: Er trennt Kleinspannung und Netzspannung durch Licht vollständig voneinander (Details in Kapitel 3). Der Shelly übernimmt das eigentliche Schalten der Last und misst dabei sogar die Leistung.

1.3 Was die Version 3 anders macht

Dieses Handbuch beschreibt die Version 3 der Platine. Gegenüber der ersten Version hat sich der Aufbau deutlich vereinfacht:

2Sicherheit — bitte zuerst lesen

✋ Lebensgefahr durch 230 Volt Netzspannung kann tödlich sein. Wer die 230-V-Seite aufbaut, prüft und in Betrieb nimmt, muss die Gefahren kennen und die Regeln der Elektrotechnik beherrschen. Im Zweifel: eine Elektrofachkraft hinzuziehen. Es gibt keine Ausnahme und keine Eile, die das rechtfertigt.

2.1 Die Grundregeln

2.2 Warum 6 Millimeter Abstand

Zwischen zwei Kupferflächen auf einer Platine kann Strom nicht nur durch die Luft überspringen, sondern auch an der Oberfläche entlang kriechen — begünstigt durch Staub, Feuchte und Schmutz. Diese „Kriechstrecke“ muss bei 230 Volt groß genug sein. Wir legen sie auf 6 mm fest; das ist großzügig und lässt Reserve. Die einzige erlaubte Ausnahme ist das Innere des PhotoMOS-Relais selbst — dieses Bauteil ist die zertifizierte Trennstelle und darf Netz- und Kleinspannung auf wenigen Millimetern führen (Kapitel 6).

⚠ Die 6-mm-Regel ist keine Empfehlung Sie ist im Platinenentwurf als feste Prüfregel hinterlegt (Kapitel 6 und 8). Wer die Platine verändert, darf diese Regel nicht aufweichen — sie ist der Grund, warum das Gerät im Alltag sicher bleibt.

2.3 Der sichere Weg zur ersten Inbetriebnahme

Die Reihenfolge in diesem Handbuch ist bewusst so gewählt, dass du alles Gefährliche zuletzt tust und bis dahin gefahrlos üben kannst:

  1. Platine bestücken und den ESP ohne Netzteil per USB flashen (Kapitel 9 und 10).
  2. Nur-USB-Test: Taster, OLED und der PhotoMOS-Ausgang werden ganz ohne Netzspannung geprüft (Kapitel 14).
  3. Erst wenn alles funktioniert, kommen Netzteil und Shelly dazu — und der erste Netztest läuft hinter einem RCD bei geschlossenem Gehäuse (Kapitel 14).

3Wie das System funktioniert

3.1 Die Bauteile und ihre Aufgaben

BauteilAufgabe
ESP32-C3 Super MiniDas „Gehirn“. Ein kleiner Mikrocontroller mit WLAN. Er liest die Taster, zählt die Zeit, malt das OLED, stellt die Webseite bereit und steuert den PhotoMOS an. Versorgt mit 5 V, arbeitet intern mit 3,3 V.
PhotoMOS-RelaisDie galvanische Trennstelle zwischen 3,3 V und 230 V. Details in Abschnitt 3.3.
Vorwiderstand 330 ΩBegrenzt den Strom durch die interne LED des PhotoMOS, damit sie nicht überlastet wird.
Netzteil (AC/DC-Modul)Macht aus 230 V~ die 5 V, mit denen der ESP läuft. Ein fertiges, gekapseltes Modul.
Shelly 1PM Mini Gen4Schaltet die eigentliche Last, misst die Leistung und ist zusätzlich per WLAN erreichbar. Sitzt außerhalb der Platine.
OLED-Display 0,91"Zeigt Uhr, Countdown und Status. Wird nur aufgesteckt, nicht verlötet.
Sicherung + VaristorSchützen vor Überstrom und Überspannung auf der Netzseite.

3.2 Warum ein Shelly — und warum außerhalb der Platine

Der Shelly 1PM Mini Gen4 ist ein fertiges, geprüftes Schaltrelais mit Leistungsmessung. Ihn zu verwenden hat drei Vorteile: Das riskante Schalten der Last übernimmt ein zertifiziertes Fertigprodukt; die Leistung wird gemessen (man sieht, ob die Last wirklich läuft); und der Shelly ist selbst per WLAN erreichbar, falls man ihn zusätzlich einbinden will.

Unsere Platine „drückt“ für den Shelly nur den Schalter — als echtes Hardware-Signal, ohne WLAN-Abhängigkeit für die Kernfunktion. In Version 3 sitzt der Shelly außerhalb der Platine und wird über eine Klemme verbunden (Kapitel 13). Das hält die Platine klein, die 230-V-Wege kurz und den Aufbau übersichtlich.

ℹ „Switch / Follow“ Der Shelly wird so eingestellt, dass sein Relais genau so lange an ist, wie unser Signal anliegt (Betriebsart Switch bzw. Follow). Das gesamte Timing bleibt damit beim ESP — der Shelly folgt nur.

3.3 Was ein PhotoMOS ist und warum genau dieser

Ein PhotoMOS ist ein winziges Halbleiter-Relais. Auf der einen Seite sitzt eine LED, die der ESP mit 3,3 V ansteuert. Auf der anderen Seite ein lichtgesteuerter Schalter, der Netzspannung schalten darf. Dazwischen liegt nur Licht — also eine vollständige galvanische Trennung zwischen Kleinspannung und 230 V.

Der Schalteingang des Shelly ist netzspannungsbezogen (er erwartet geschaltetes L). Deshalb muss der PhotoMOS ≥ 400 V Sperrspannung aushalten — zum Beispiel ein Omron G3VM-601BY oder ein Panasonic AQY216.

✋ Kein PC817 & Co. Ein gewöhnlicher Optokoppler (etwa PC817) ist für die Netzseite nicht zulässig — er hält die Spannung nicht sicher und ist nicht für die Trennung von Netzspannung gebaut. Nur einen für Netzspannung geeigneten PhotoMOS mit ≥ 400 V verwenden.

3.4 Jedes Bauteil im Detail

Hier die genaue Funktion jedes Bauteils — mit den Werten, die auf der v3-Platine tatsächlich verbaut sind. Die Kennungen (Referenzbezeichner) stehen so auf dem Bestückungsdruck der Platine.

KennungWertGenaue Funktion
U1ESP32-C3 Super MiniDer Mikrocontroller mit WLAN. Läuft mit 5 V, erzeugt intern über einen Regler 3,3 V (auch für das OLED). Trägt eine Onboard-RGB-LED (WS2812) auf GPIO8. Steuert Taster, OLED, PhotoMOS und die Weboberfläche.
K1G3VM-601AY2Der PhotoMOS — die galvanische Trennung zwischen 3,3 V und 230 V. Pins 1/2 = interne LED (Pin 1 über R1 von GPIO6, Pin 2 an GND), Pins 3/4 = lichtgesteuerter Schalter (Pin 3 = L_F, Pin 4 = SW_SHELLY). Sperrspannung ≥ 400 V.
R1330 ΩVorwiderstand der K1-LED. Aus ~3,3 V minus ~1,2 V LED-Flussspannung fließen rund 6 mA — genug zum sicheren Schalten, weit unter dem Grenzwert der LED.
PS1TSP-05 (5 V / 3 W)Das Netzteil: macht aus 230 V~ (L_F + N) die 5 V/GND für den ESP. 3 W = 600 mA — genug für die WLAN-Sendespitzen (~350 mA) plus OLED.
C1220 µF / 10 VStützkondensator an +5 V: puffert kurze Stromspitzen beim WLAN-Senden und verhindert den Spannungseinbruch, der den ESP sonst neu starten würde.
C2100 nFAbblockkondensator direkt an +5 V/GND: schluckt hochfrequente Störungen nahe am Chip.
F11 A trägeFeinsicherung (5×20 mm) in Reihe: X1 (L_IN) → F1 → L_F. Schützt bei Kurzschluss/Überstrom. „Träge“, damit der Einschaltstrom des Netzteils nicht fälschlich auslöst.
RV1S14K275 (Varistor)Überspannungsschutz parallel zwischen L_F und N: begrenzt Spannungsspitzen (Schalttransienten, Netzstörungen) und schützt Netzteil und Elektronik.
J2OLED SSD1306 128×32Das Display. I²C-Adresse 0x3C, 400 kHz. Wird nur aufgesteckt (Belegung GND/VCC/SCL/SDA).
SW1–3Taster 6×6 mmDie drei Kurzhubtaster T1/T2/T3. Ein Anschluss an GND, der andere an GPIO3/4/5 — der ESP nutzt interne Pull-ups, ein Druck zieht den Pin auf GND.

Und die Anschlussklemmen am Rand der Platine:

KennungAnschlussBelegung
X1Netzeingang1 = N, 2 = L_IN (230 V herein)
X2Lastabgang1 = O (geschaltet), 2 = N
X3Snubber1 = O, 2 = N — für ein optionales RC-Glied bei induktiven Lasten
J1Shelly1 = SW, 2 = O, 3 = L, 4 = N (zum externen Shelly, Kapitel 13)

4Einkaufsliste: Material und Werkzeug

Alles, was du für ein Feeder-Relais brauchst. Die Platine selbst lässt du fertigen (Kapitel 7); die Bauteile werden bestellt und aufgelötet (Kapitel 9).

4.1 Bauteile auf der Platine

KennungBauteilWert / TypBemerkung
U1ESP32-C3 Super Mini18 × 24 mm, USB-CController mit WLAN
K1PhotoMOS-RelaisOmron G3VM-601AY2 (o. -601BY / Panasonic AQY216)≥ 400 V!
PS1AC/DC-Netzteilmodul5 V / 3 W (HLK-PM05-Klasse)Pinabstände nachmessen
OLED-Display0,91" SSD1306, 128 × 32, I²CPins: GND VCC SCL SDA, Adresse 0x3C
SW1–3Kurzhubtaster6 × 6 mm, Hub 1,5 mmPosition ist fix (Frontplatte)
R1Widerstand330 ΩLED-Vorwiderstand PhotoMOS
F1Feinsicherung + Halter1 A träge, 5 × 20 mmprimärseitig, Pflicht
RV1VaristorS14K275primärseitig, Pflicht
C1 / C2Kondensatoren220 µF/10 V & 100 nF5-V-Puffer und Abblockung
X1Netzeingang2-polig (L, N)Schraubklemme, 230 V herein
X2Lastabgang2-polig (O, N)zur geschalteten Last
X3Snubber2-polig (O, N)optionales RC-Glied für induktive Lasten
J1Shelly-Anschluss4-polig (SW, O, L, N)kurze Litzen zum externen Shelly, Kapitel 13
J2OLED-Buchsenleiste1 × 4, RM 2,54GND/VCC/SCL/SDA, Display wird aufgesteckt

4.2 Baugruppen außerhalb der Platine

4.3 Werkzeug

5Das Gehäuse

Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen: dem Vorderteil (die originale Frontplatte mit Sichtfenster und den drei Tast-Stößeln) und dem Rückteil, das du selbst in 3D druckst. Die Platine wird von hinten an sechs Dome geschraubt, das Display sitzt hinter der Sichtscheibe.

Das gedruckte Gehäuse-Rückteil von schräg oben
Das 3D-gedruckte Rückteil mit den sechs Schraubdomen und der Aufhängelasche (oben).

5.1 Aufbau aus Vorder- und Rückteil

Das Vorderteil ist das Originalgehäuse-Oberteil. Es trägt das Sichtfenster (dahinter liegt das OLED) und die Stößel, die beim Drücken die drei Taster auf der Platine betätigen. Deshalb ist die Position der Taster nicht verhandelbar — sie müssen exakt unter den Stößeln sitzen (Kapitel 9).

Vorderteil des Gehäuses
Das Vorderteil (Original) mit Sichtfenster und den drei Tast-Stößeln.

Das Rückteil ist in Version 3 bewusst tiefer als das Original (35 mm statt der ursprünglichen 5,7 mm), damit Platine und der externe Shelly bequem hineinpassen. An der Oberkante sitzt eine Aufhängelasche mit Schlüsselloch für die Wandmontage.

5.2 Das Rückteil selbst drucken

Die Vorlage liegt als OpenSCAD-Datei im Projekt unter box/feeder_back.scad. OpenSCAD ist ein kostenloses Programm, das ein 3D-Modell aus einer Textdatei erzeugt — der Vorteil: alle Maße stehen als Variablen ganz oben in der Datei und lassen sich anpassen.

  1. OpenSCAD öffnen und box/feeder_back.scad laden.
  2. Mit F6 das Modell berechnen und über Datei → Exportieren → STL als druckbare Datei speichern. Eine fertige STL liegt bereits bei: box/feeder_back_35mm.stl.
  3. Die STL in den Slicer deines Druckers laden. Empfehlung: mit der offenen Seite nach oben drucken, 3–4 Wandlinien, 20–30 % Füllung, keine Stützen nötig.
✓ Erst die Platine als Attrappe drucken Im Projekt liegt zusätzlich box/Timer-Ersatzplatine-v3-BOARD.stl — ein 1:1-Abbild der Platine (Umriss, Schraublöcher, Schlitze). Drucke es flach und lege es ins Rückteil, bevor du die echte Platine bestellst. So prüfst du gefahrlos, ob alles passt (Kapitel 7).

5.3 Höhenbudget und Befestigung

Die Platine wird von hinten mit sechs Schrauben an die Dome des Rückteils geschraubt (Domraster 45 mm × 70 mm, Schraubloch 3,2 mm, Senkung für den Schraubenkopf auf der Rückseite). Vier weitere Punkte an der Frontplatte zentrieren die Platine zusätzlich.

MaßWert
Außenmaß Rückteil109,8 × 90,8 mm
Tiefe Rückteil (v3)35 mm
Wand- und Bodenstärke1,3 mm
Platinenmaß101,6 × 77,5 mm
Domraster45 mm (X) × 70 mm (Y)
⚠ Nichts darf nach unten (zur Front) ragen Zwischen Platine und Frontplatte ist der Platz knapp. Alle hohen Bauteile sitzen deshalb auf der Rückseite der Platine (Kapitel 6). Auf der Vorderseite bleiben nur die flachen Taster und der Display-Anschluss.

6Die Platine verstehen

Du musst die Platine nicht selbst entwerfen — sie liegt fertig im Projekt unter kicad-v3/. Dieses Kapitel erklärt, wie sie aufgebaut ist, damit du beim Bestücken und Prüfen weißt, was wohin gehört. Wer selbst etwas ändern möchte, findet die KiCad-Anleitung in Kapitel 8.

6.1 Vorder- und Rückseite

In Version 3 liegt die gesamte Elektronik auf der Rückseite. Auf der Vorderseite (zur Frontplatte hin) bleiben nur die drei Taster und die OLED-Buchse — alles, was bedient oder gesehen wird.

Bestückungsseite (Rückseite) der Platine
Die Rückseite trägt ESP, Netzteil, PhotoMOS und die 230-V-Klemmen. Netzspannung (unten) und Kleinspannung (oben) sind räumlich klar getrennt.

6.2 Vier Lagen und die Masseflächen

Die Platine hat vier Kupferlagen: die beiden Außenlagen (Vorder- und Rückseite) tragen die Leiterbahnen, die beiden Innenlagen sind durchgehende Masseflächen im Kleinspannungsbereich. Solche Masseflächen wirken wie eine ruhige Bezugsebene: Sie machen den Aufbau störungsarm und die WLAN-Funktion stabil.

ℹ Wichtig für die Sicherheit Im Netzspannungsbereich gibt es kein Innenkupfer. Die 230-V-Leitungen verlaufen ausschließlich auf den beiden Außenlagen, und die Masseflächen halten überall mindestens 6 mm Abstand zur Netzspannung. So kann nirgendwo im Inneren der Platine eine gefährliche Nähe entstehen.

6.3 Netzspannung nur außen: die 6-Millimeter-Regel

Die fünf Netze L_IN, L_F, N, SW_SHELLY und O_LAST führen 230 Volt. Sie sind in einer eigenen Netzklasse „230V“ zusammengefasst (breitere Leiterbahnen, größere Abstände) und liegen alle unten links, weit weg von der Elektronik. Eine im Entwurf hinterlegte Prüfregel verlangt 6 mm Abstand zwischen jedem 230-V-Netz und jeder Kleinspannung.

Die einzige Ausnahme ist das PhotoMOS-Relais K1: Sein Gehäuse ist die zertifizierte Trennstelle (Pins 1/2 = Kleinspannung, Pins 3/4 = Netzspannung). Nur dort dürfen sich beide Welten auf wenigen Millimetern begegnen — genau dafür ist das Bauteil gebaut.

6.4 Die Netze und die Pinbelegung

Welche Leitung was führt, zeigt die folgende Übersicht:

Netznameführtverbindet
L_IN230 V (ungesichert)Netzeingang X1 → Sicherung F1
L_F230 V (abgesichert)F1 → Varistor RV1, Netzteil PS1, PhotoMOS K1.3, Shelly J1.L
N230 V NeutralX1 → RV1, PS1, Shelly J1.N, Last X2, Snubber X3
SW_SHELLY230 V geschaltetPhotoMOS K1.4 → Shelly J1.SW
O_LAST230 V geschaltetShelly J1.O → Lastabgang X2 + Snubber X3
+5VKleinspannungNetzteil → ESP 5V, C1, C2
GNDKleinspannungMasse: ESP, Taster, PhotoMOS, OLED
+3V3KleinspannungESP-3V3-Ausgang → OLED

Der ESP32-C3 nutzt diese Pins:

GPIO-Belegung des ESP32-C3 Super Mini
Die genutzten Anschlüsse des ESP32-C3 Super Mini.
PinFunktion
5V / GVersorgung vom Netzteil
3V3versorgt das OLED
GPIO3 / 4 / 5Taster T1 / T2 / T3
GPIO6PhotoMOS-Treiber (über 330 Ω)
GPIO7I²C-SDA (OLED)
GPIO8Onboard-RGB-LED (Status)
GPIO9I²C-SCL (OLED)
ℹ Warum SDA auf GPIO7 statt GPIO8? Auf GPIO8 sitzt die kleine RGB-Status-LED des ESP-Moduls. Läge dort I²C, würde der Datenverkehr die LED unkontrolliert ansteuern. Deshalb liegt SDA auf GPIO7. Dieselbe RGB-LED zeigt später die Status-Ampel des Geräts an (Kapitel 11).

6.5 Jeder ESP-Anschluss ganz genau

Diese Tabelle ist der verbindliche Abgleich zwischen Platine und Firmware. Links steht, was die Firmware (timer-relais-c3.yaml) mit dem Pin macht — mit ihrer genauen Konfiguration; rechts, wohin die Platine ihn führt. Beide Seiten müssen exakt übereinstimmen, sonst funktioniert das Gerät nicht.

ESP-PinFirmware (ID & Konfiguration)PlatineFunktion im Detail
GPIO3btn_s1 · Eingang, interner Pull-up, invertiert, 30 ms EntprellungPad 3 → /BTN1 → Taster S1 nach GNDTaster S1 (Down/Manual). Ruhepegel HIGH; Druck zieht auf GND (LOW) → gilt als „gedrückt“. Kurz = Timer 1 auslösen.
GPIO4btn_s2 · Eingang, Pull-up, invertiert, 30 msPad 4 → /BTN2 → Taster S2 nach GNDTaster S2 (SET). Kurz = Timer 2; lang ≥ 3 s = Info-Menü.
GPIO5btn_s3 · Eingang, Pull-up, invertiert, 30 msPad 5 → /BTN3 → Taster S3 nach GNDTaster S3 (UP). Kurz = Timer 3; lang ≥ 1,2 s = alles stoppen.
GPIO6shelly_trigger · GPIO-AusgangPad 6 → /PMOS_DRV → R1 330 Ω → K1-LED-AnodeSteuert den PhotoMOS. HIGH = LED an = PhotoMOS leitet = Shelly-SW bekommt L → Last ein. LOW = aus.
GPIO7i2c: sda · 400 kHzPad 7 → /SDA → OLED J2.4I²C-Datenleitung zum OLED. Liegt bewusst auf GPIO7 (nicht GPIO8).
GPIO8status_led · WS2812 (GRB), gedimmtmodulintern — kein Netz auf der Platine (Pad 8 frei)Onboard-RGB-Status-LED (Ampel grün/gelb/rot). Sie sitzt fest auf GPIO8 des Moduls; deshalb darf hier kein zweites Signal liegen — der Grund, warum SDA auf GPIO7 wanderte.
GPIO9i2c: scl · 400 kHzPad 9 → /SCL → OLED J2.3I²C-Taktleitung zum OLED (Adresse 0x3C).
5V / GNDVersorgung des Moduls/+5V / GND vom Netzteil5 V aus dem AC/DC-Modul; GND ist die gemeinsame Masse (auch die Innenlagen).
3V3Ausgang des Onboard-Reglers/+3V3 → OLED-VCCDer ESP erzeugt intern 3,3 V und versorgt damit das OLED.
⚠ Genau dieser Abgleich ist entscheidend Wird auf der Platine SDA versehentlich auf GPIO8 gelegt (dort sitzt die WS2812), bleibt das OLED schwarz und das LED-Signal stört die Datenleitung. Beim Nachbau deshalb prüfen: OLED-SDA muss an ESP-Pad 7 (GPIO7) hängen, SCL an Pad 9 (GPIO9) — GPIO8 bleibt frei.

7Die Platine fertigen lassen

Eine vierlagige Platine baut man nicht zu Hause — man lässt sie bei einem Leiterplattenhersteller fertigen. Das ist heute günstig und einfach: Man lädt eine Handvoll Dateien hoch und bekommt die fertigen Platinen per Post.

7.1 Zuerst ein Test in Kunststoff

✓ Der Anprobe-Trick spart Geld Bevor du Platinen bestellst, drucke die beiliegende box/Timer-Ersatzplatine-v3-BOARD.stl 1:1 auf dem 3D-Drucker (flach, ohne Stützen) und lege sie ins gedruckte Rückteil. Passt der Umriss, fluchten die sechs Schlitze mit den Domen, sitzen die Schraublöcher? Diese fünf Minuten ersparen dir eine teure Fehlbestellung.

Alternativ (oder zusätzlich) druckst du den Platinen-Umriss auf Papier im Maßstab 1:1 und schneidest ihn aus.

7.2 Gerber-Daten erzeugen

„Gerber“ ist das Standard-Dateiformat, in dem Hersteller Platinen erwarten — je eine Datei pro Lage, plus die Bohrdaten. Die fertigen Gerber liegen bereits im Projekt; erzeugen kannst du sie aus KiCad so:

  1. Das Projekt kicad-v3/Timer-Ersatzplatine-v3.kicad_pcb in KiCad öffnen.
  2. Datei → Fertigungsdaten → Gerber-Dateien — alle Standardlagen auswählen, exportieren.
  3. Im selben Dialog die Bohrdateien (Excellon) erzeugen.
  4. Alle erzeugten Dateien in ein ZIP-Archiv packen.

7.3 Bei einem Hersteller bestellen

Lade das ZIP bei einem Anbieter wie JLCPCB, PCBWay oder Aisler hoch. Wichtige Einstellungen:

EinstellungWert
Lagen4
Materialstärke1,6 mm (Standard)
OberflächeHASL bleifrei oder ENIG
Kupfer1 oz (35 µm)
Farbeegal
⚠ Vierlagig einstellen Wähle wirklich 4 Lagen. Ein zweilagiger Nachbau hätte keine inneren Masseflächen — die WLAN- und Störfestigkeit wäre schlechter, und die Prüfregeln des Entwurfs würden nicht mehr passen.

8KiCad Schritt für Schritt (nur bei eigenen Änderungen)

Dieses Kapitel brauchst du nur, wenn du die Platine selbst verändern willst. Zum reinen Nachbauen kannst du es überspringen — die fertigen Fertigungsdaten liegen bei. KiCad ist ein kostenloses Programm zum Platinen-Entwurf (getestet mit KiCad 8/9/10; Menünamen können minimal abweichen).

8.1 Projekt öffnen und Schaltplan prüfen

  1. KiCad starten und kicad-v3/Timer-Ersatzplatine-v3.kicad_pro öffnen.
  2. Den Schaltplan-Editor starten. Er zeigt, wie alle Bauteile verbunden sind.
  3. Werkzeuge → Elektrische Regeln prüfen (ERC) laufen lassen. Hinweise zu „nicht angeschlossenen Power-Pins“ sind bekannt und unkritisch.

8.2 Footprints und Netzklassen

Jedes Bauteil-Symbol ist mit einem Footprint verknüpft — dem Lötbild auf der Platine. Prüfe unter Werkzeuge → Footprints zuweisen, dass zum Beispiel PS1 zum wirklich gekauften Netzteil passt (Pinabstände nachmessen!) und der PhotoMOS zur SMD- oder DIP-Bauform.

Die Netzklassen stehen in der Projektdatei und dürfen nicht verändert werden: Default (0,2 mm Abstand und Bahnbreite) und 230V (1,0 mm Abstand und Bahnbreite) mit den fünf Netzen L_IN, L_F, N, SW_SHELLY, O_LAST.

8.3 Die 6-Millimeter-Regel und der DRC

Die Kriechstrecken-Regel steht als eigene Datei Timer-Ersatzplatine-v3.kicad_dru im Projekt. Sie verlangt zwischen 230 V und Kleinspannung 6 mm — mit der bewussten Ausnahme des PhotoMOS K1:

(version 1)
(rule "230V->SELV 6mm (K1-Barriere ausgenommen)"
   (condition "... 230-V-Netz gegen Nicht-230-V-Netz,
               K1 ausgenommen ...")
   (constraint creepage (min 6mm))
   (constraint clearance (min 6mm)))

Nach jeder Änderung den DRC (Design Rules Check, Prüfen → Design-Regeln prüfen) laufen lassen, bis er fehlerfrei ist.

⚠ Masseflächen 6 mm zurückziehen Der automatische Füllvorgang der Masseflächen hält nur den Netzklassen-Abstand ein, nicht die 6-mm-Regel. Deshalb sind die Masseflächen geometrisch so geformt, dass sie überall 6 mm von der Netzspannung wegbleiben. Wer die Flächen neu zeichnet, muss diesen Abstand von Hand wahren.

8.4 Fertigungsdaten

Sind DRC und Sichtprüfung (3D-Ansicht mit Alt+3) in Ordnung, exportierst du Gerber- und Bohrdaten wie in Kapitel 7 beschrieben.

9Die Platine bestücken

„Bestücken“ heißt: die Bauteile auf die Platine löten. Wir gehen von den flachen zu den hohen Teilen vor — so liegt die Platine beim Löten immer stabil auf.

9.1 Reihenfolge und Werkzeug

Empfohlene Reihenfolge: R1 → C2 → PhotoMOS → Taster → OLED-Buchse J4 → C1 → Sicherungshalter F1 → Varistor RV1 → Klemmen. Der ESP kommt erst, wenn er geflasht und getestet ist (Kapitel 10 und 14).

9.2 Die SMD-Bauteile

Der PhotoMOS ist (je nach Typ) ein kleines SMD-Bauteil. So lötest du es sauber:

  1. Ein Pad dünn verzinnen.
  2. Das Bauteil mit der Pinzette auflegen und am verzinnten Pad festlöten — Lage kontrollieren.
  3. Die übrigen Pins verlöten. Flussmittel hilft, Brücken vermeidet man mit wenig Zinn.
ℹ Orientierung des PhotoMOS Pin 1 ist markiert (Punkt oder abgeschrägte Ecke). Die Kleinspannungsseite (Pins 1/2) zeigt zur Elektronik, die Netzspannungsseite (Pins 3/4) zur 230-V-Ecke. Das Lötbild gibt die Richtung vor — nicht raten, am Aufdruck orientieren.

9.3 Die bedrahteten Bauteile und Steckverbinder

ℹ Das OLED wird gesteckt, nicht gelötet An das OLED lötest du eine Stiftleiste (nach hinten), die in die Buchse J4 passt. Das Display sitzt dann mit dünnem Schaumstoffpad direkt an der Sichtscheibe. So bleibt es tauschbar und die Bauhöhe niedrig.

10Die Firmware aufspielen

Die „Firmware“ ist das Programm, das auf dem ESP läuft. Beim allerersten Mal kommt sie per USB-Kabel auf den Chip. Alle späteren Updates laufen dann drahtlos (Kapitel 15).

10.1 Was du brauchst

USB-Verbindung PC zum ESP32-C3
ESP32-C3 per USB-C mit dem PC verbinden.
ℹ Du musst nichts kompilieren Fertige Images liegen im Projekt unter firmware/build/: feeder-relais.factory.bin für den Erstflash und feeder-relais.ota.bin für spätere Web-Updates. Sie enthalten keine WLAN-Zugangsdaten — die richtest du nach dem Flashen ein (Kapitel 11).

10.2 Weg A — mit ESPHome

ESPHome ist das Werkzeug, mit dem die Firmware gebaut und aufgespielt wird. Eine secrets.yaml ist nicht nötig — es werden keine WLAN-Daten einkompiliert.

  1. ESP per USB-C anstecken.
  2. Im Projektordner ausführen:
    esphome run firmware/timer-relais-c3.yaml
  3. ESPHome kompiliert, fragt den seriellen Port ab (Linux z. B. /dev/ttyACM0, Windows ein COMx) und flasht.
  4. Nach dem Neustart öffnet der ESP seinen Setup-Hotspot → weiter mit Kapitel 11.
✓ Linux: „Permission denied“? Wenn der Zugriff auf /dev/ttyACM0 verweigert wird, deinen Benutzer in die Gruppe dialout aufnehmen und neu anmelden:
sudo usermod -aG dialout $USER

10.3 Weg B — im Browser

Für die fertige feeder-relais.factory.bin ganz ohne Installation:

Ablauf: Flashen über den Browser
Der Flash-Ablauf im Browser über den Web-Flasher.
  1. In Chrome/Edge die Seite https://espressif.github.io/esptool-js/ öffnen.
  2. ESP per USB-C-Datenkabel anstecken.
  3. Baudrate 115200 lassen, Connect klicken und den seriellen Port des ESP wählen.
  4. Bei Flash Address 0 eintragen, mit Choose File die feeder-relais.factory.bin wählen, dann Program. Warten, bis „Hard resetting…“ erscheint.
  5. Weiter mit Kapitel 11.

10.4 Wenn es beim Flashen klemmt

SymptomUrsache / Lösung
ESP wird gar nicht erkanntLadekabel statt Datenkabel → anderes USB-C-Kabel, anderer Port
Kein Port im BrowserChrome/Edge nutzen; unter Windows ggf. Treiber (CH340/CP210x)
„Connect“ schlägt fehlBoot-Modus: BOOT halten + RESET tippen + BOOT loslassen, dann erneut verbinden
Kein …​.local danacherst WLAN einrichten (Kapitel 11); mDNS braucht einen Moment

11WLAN einrichten und über den Browser bedienen

11.1 Der Setup-Hotspot

Die Firmware bringt absichtlich keine WLAN-Zugangsdaten mit. Nach dem Flashen öffnet der ESP einen eigenen Hotspot:

  1. Am Handy/PC ins WLAN „Feeder-Relais Setup“ gehen (Passwort feeder1234).
  2. Es öffnet sich ein Anmeldefenster (sonst http://192.168.4.1 aufrufen).
  3. Dein Heim-WLAN auswählen, Passwort eingeben, speichern — der ESP startet neu und verbindet sich.
  4. Ab jetzt erreichbar unter http://feeder-relais.local.
ℹ Einmal einrichten, dann nie wieder Die WLAN-Daten liegen unter einem festen Speicher-Schlüssel und überstehen Firmware-Updates. Für einen Werksreset flasht du das Factory-Image mit „Erase all flash“.

11.2 Die Weboberfläche

http://feeder-relais.local öffnet eine mobile Web-App mit fünf Reitern:

11.3 Die Statusampel und die JSON-Schnittstelle

In der Kopfzeile steht ein Statuspunkt: grün = alles in Ordnung, gelb = ein Timer läuft, rot = Störung im Ruhezustand (z. B. OLED nicht erreichbar oder kein WLAN). Dieselbe Ampel zeigt am Gerät die gedimmte Onboard-RGB-LED.

Für die Hausautomatisierung bietet der ESP eine JSON-Schnittstelle. Die wichtigsten Endpunkte:

AufrufWirkung
GET /api/statusalle Werte als JSON (aktiv, Restzeit, Relais, Zeiten, WLAN …)
POST /api/trigger?button=NTaster N (1–3) mit seiner Zeit auslösen
POST /api/trigger?seconds=Nad-hoc für N Sekunden schalten
POST /api/trigger?seconds=N&src=adapterwie oben, markiert die Quelle — erscheint als trg (button/api/adapter) im Status und im Log
POST /api/stopsofort abschalten
POST /api/config?time1=A&time2=B&time3=CZeiten setzen (je 1–600 s)
ℹ Beispiel ioBroker Zeit von Taster 1 auf 8 Sekunden setzen: POST http://feeder-relais.local/api/config?time1=8.

12Netzwerk, Sprache und Anzeige

12.1 Netzwerkeinstellungen

Im Reiter Netzwerk stellst du ein:

12.2 WLAN-Roaming

Der Schalter WLAN-Roaming (802.11k/v) ist nur sinnvoll, wenn du mehrere Access-Points mit gleicher SSID hast (Mesh/UniFi) und diese die Technik unterstützen. Dann kann das Gerät gezielt auf den stärkeren Access-Point umbuchen. Standard: aus. Nach dem Umschalten hilft der Knopf „Jetzt neu verbinden“, damit es sofort greift.

12.3 Bedienung an den Tasten und OLED

Am Gerät sind die Tasten beschriftet: S1 = Down/Manual, S2 = SET, S3 = UP.

Das OLED (128 × 32) zeigt oben den WLAN-Balken, die große Uhr bzw. den Countdown und den Status (Ruhe/Futter); unten Datum und freien Speicher. Wochentag, Status und Menütitel folgen der eingestellten Sprache. Bis zur ersten Zeit-Synchronisation steht „--:--“.

13Den externen Shelly anschließen

✋ Nur spannungsfrei verdrahten Der Shelly führt 230 Volt. Alle Verdrahtungsarbeiten erfolgen spannungsfrei, bei gezogenem Netzstecker bzw. abgeschaltetem Sicherungsautomaten — und im Zweifel durch eine Elektrofachkraft.

13.1 Verdrahtung

Der Shelly hat vier Klemmen: L, N, SW (Schalteingang) und O (Lastausgang). Vier kurze Litzen verbinden ihn mit der Platinenklemme J1:

Platine (J1)→ ShellyBedeutung
J1.3 (L_F)LPhase (abgesichert)
J1.4 (N)NNeutralleiter
J1.1 (SW_SHELLY)SWunser geschaltetes Signal (vom PhotoMOS)
J1.2 (O_LAST)Ogeschaltete Last zum Abgang

Der Shelly wird liegend im Gehäuse fixiert (VHB-Klebeband oder Clip). Die Litzen kurz und die Schraubklemmen fest — kein Kupfer darf herausschauen.

13.2 Den Shelly einrichten (Input Mode)

Nach dem ersten Einschalten richtest du den Shelly einmalig ein (über seine eigene App oder Weboberfläche):

  1. Shelly mit dem WLAN verbinden (Anleitung des Shelly).
  2. Input Mode = Switch (Follow) einstellen — damit folgt das Relais dem SW-Signal exakt.
  3. Fertig: Ab jetzt bestimmt der ESP über den PhotoMOS, wie lange die Last läuft.

14Zusammenbau und Inbetriebnahme

14.1 Bestücken und den ESP vorbereiten

Die Kleinteile sind gelötet (Kapitel 9). Jetzt der ESP:

  1. ESP per USB flashen und die WLAN-Verbindung testen (Kapitel 10 und 11) — das geht am bequemsten, bevor er eingelötet ist.
  2. ESP auf die Platine löten (Stiftleisten oder direkt).

14.2 Der Nur-USB-Test

✓ Alles Wichtige geht ohne Netzspannung Versorge den ESP über USB (kein Netz!). Prüfe: Erst wenn das alles stimmt, kommt Netzspannung ins Spiel.

14.3 Der erste Netztest

  1. Sichtprüfung: keine Lötbrücken, kein Kurzschluss zwischen L/N, überall ≥ 6 mm Abstand zwischen 230 V und Kleinspannung.
  2. Netzteil einlöten, Shelly anschließen (Kapitel 13), Last anklemmen.
  3. Gehäuse schließen.
  4. Über einen RCD/PRCD einschalten. Das OLED zeigt Uhr/Status.
  5. Den Shelly einrichten (Input Mode „Switch“), dann einen Tastertest mit Last.
  6. Zeiten nach Wunsch über http://feeder-relais.local einstellen.
✋ Niemals offen unter Spannung Der Netztest läuft nur bei geschlossenem Gehäuse. Zum Ändern immer erst spannungsfrei schalten.

15Firmware-Updates und Wartung

15.1 Drahtlose Updates (OTA)

Nach dem ersten USB-Flash sind zwei drahtlose Update-Wege eingerichtet — die USB-Buchse darf im eingebauten Zustand ruhig schlecht erreichbar sein:

ℹ WLAN-Daten bleiben erhalten Ein Update überschreibt nur das Programm, nicht die gespeicherten Einstellungen. WLAN, Zeiten und Netzwerk-Konfiguration überstehen das Update.

15.2 Das Service-Log

Der Reiter Service zeigt bei aktivierter Live-Anzeige die letzten Log-Zeilen, gefiltert nach Stufe (ERROR/WARN/INFO/DEBUG). Das hilft bei der Fehlersuche, ohne den ESP ans Kabel nehmen zu müssen. Vollständige Logs gibt es zusätzlich per esphome logs firmware/timer-relais-c3.yaml.

16Fehlersuche

16.1 Beim Flashen und Verbinden

ProblemAbhilfe
ESP wird nicht erkanntDatenkabel statt Ladekabel; anderen USB-Port probieren
„Connect“ scheitertBoot-Modus erzwingen (BOOT halten, RESET tippen, BOOT loslassen)
feeder-relais.local nicht erreichbarWLAN im Setup-Hotspot eingerichtet? mDNS braucht kurz; IP-Adresse direkt probieren (im OLED-Menü)
Setup-Hotspot fehltGerät ist schon mit einem WLAN verbunden; sonst Werksreset (Factory-Image mit Flash-Erase)

16.2 Im Betrieb

ProblemAbhilfe
OLED bleibt dunkelSitzt das Display richtig auf J4? Belegung GND/VCC/SCL/SDA prüfen
Uhr zeigt „--:--“noch keine Zeit vom NTP-Server; WLAN und NTP-Server prüfen
Statuspunkt rotOLED nicht erreichbar oder kein WLAN — Status-Reiter zeigt Details
Last schaltet nichtShelly auf „Switch/Follow“? Verdrahtung SW/O prüfen; PhotoMOS-Ausgang im Nur-USB-Test messen
Taste löst nicht ausSitzt der Taster genau unter dem Stößel? Lötstellen prüfen

17Anhang: Belegungen, Dateien, Glossar

17.1 Pinbelegung und Netzliste

ESP-PinFunktionNetz
5V / GVersorgung+5V / GND
3V3OLED-Versorgung+3V3
GPIO3 / 4 / 5Taster T1 / T2 / T3BTN1/2/3
GPIO6PhotoMOS-Treiber (über 330 Ω)PMOS_DRV
GPIO7I²C-SDA (OLED)SDA
GPIO8Onboard-RGB-Status-LED
GPIO9I²C-SCL (OLED)SCL

Die fünf 230-V-Netze (Netzklasse „230V“): L_IN, L_F, N, SW_SHELLY, O_LAST.

17.2 Dateien des Projekts

PfadInhalt
kicad-v3/die Platine v3 (KiCad: Schaltplan, Layout, Regeln) + Fertigungsdaten
box/feeder_back.scadGehäuse-Rückteil (OpenSCAD-Quelle) + fertige STL
box/Timer-Ersatzplatine-v3-BOARD.stlPlatinen-Attrappe für die Anprobe
firmware/timer-relais-c3.yamlESPHome-Firmware
firmware/timer_web.hWeb-App + JSON-Schnittstelle
firmware/net_config.hNetzwerk-Konfiguration (IP, NTP, Hostname, Roaming, Sprache)
firmware/build/*.binfertige Flash-Images (factory + ota)
README.mdProjektüberblick (deutsch; Übersetzungen unter docs/<sprache>/)
docs/handbuch/…-Handbuch.pdfdieses Handbuch als PDF (Übersetzungen unter docs/<sprache>/)

17.3 Glossar

BegriffBedeutung
ESP32-C3kleiner Mikrocontroller mit WLAN — das „Gehirn“ des Geräts
PhotoMOSHalbleiterrelais, das Kleinspannung und 230 V durch Licht trennt
Shellyfertiges WLAN-Schaltrelais mit Leistungsmessung (extern)
OLEDkleines, kontraststarkes Display
GerberStandard-Dateiformat für die Platinenfertigung
Footprintdas Lötbild eines Bauteils auf der Platine
DRCDesign Rules Check — die automatische Regelprüfung in KiCad
Kriechstreckeder Weg an der Oberfläche entlang, den Strom „kriechen“ kann
OTA„Over the Air“ — drahtloses Firmware-Update
NTPInternet-Zeitdienst, der die Uhr stellt

17.4 Lizenz und Dank

Dieses Handbuch steht unter CC BY-NC-SA 4.0. Der Aufbau folgt dem Doku-Regelwerk des Schwesterprojekts AskSin-Analyzer: ein Inhaltsverzeichnis mit Sprungmarken, feste Umbruchregeln und der Fußsteg mit dem Weg zurück zum Inhalt auf jeder Seite.

Der Nachbau erfolgt auf eigene Verantwortung. 230 Volt sind lebensgefährlich — im Zweifel eine Elektrofachkraft hinzuziehen.