Thermostat mit Arduino bauen: DS18B20 & Relais steuern Lüfter & Heizung

Warum ein selbstgebauter Thermostat?

Ob Gewächshaus, 3D-Drucker-Gehäuse, Serverschrank, Terrarium oder Bierbrau-Fermenter – überall dort willst du eine Temperatur in einem bestimmten Bereich halten. Fertige Thermostate gibt es zwar, aber deiner kann genau das, was du brauchst: eigene Schaltschwellen, eine Anzeige nach deinem Geschmack, mehrere Sensoren, Datenlogging oder eine Anbindung ans Smart Home. Und das Grundprinzip – messen, vergleichen, schalten – steckt hinter unzähligen Automatisierungen. Wer den Thermostat versteht, versteht Regelungstechnik im Kleinen.

So funktioniert der Thermostat

Der DS18B20 liefert über den OneWire-Bus die aktuelle Temperatur – nur eine Datenleitung, sehr genau und in einer wasserdichten Variante sogar für Flüssigkeiten geeignet. Der Arduino vergleicht diese Temperatur mit einer Solltemperatur und schaltet über das KY-019 Relais den Verbraucher. Ein OLED zeigt Ist- und Solltemperatur sowie den Schaltzustand. Das Entscheidende steckt in der Vergleichslogik: Ohne Hysterese würde das Relais am Sollwert im Sekundentakt ein- und ausschalten – mit Hysterese schaltet es sauber mit etwas Abstand.

Das brauchst du

Für den DS18B20 brauchst du zusätzlich einen 4,7-kΩ-Widerstand als Pull-up zwischen Datenleitung und 5 V – der steckt im Widerstands-Set.

1Verkabelung

Der DS18B20 hängt mit drei Leitungen am Arduino, dazwischen der Pull-up-Widerstand. Das Relais bekommt seine Versorgung und eine Steuerleitung. Der OLED teilt sich den I2C-Bus mit nichts anderem.

2Temperatur auslesen

Installiere über den Bibliotheksverwalter OneWire und DallasTemperature. Der folgende Sketch liest die Temperatur alle Sekunde aus und gibt sie im Seriellen Monitor aus:

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

const int ONE_WIRE = 2;
OneWire oneWire(ONE_WIRE);
DallasTemperature sensoren(&oneWire);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sensoren.begin();
}

void loop() {
  sensoren.requestTemperatures();
  float t = sensoren.getTempCByIndex(0);

  if (t == DEVICE_DISCONNECTED_C) {
    Serial.println("Sensor nicht gefunden!");
  } else {
    Serial.print(t, 1);
    Serial.println(" Grad C");
  }
  delay(1000);
}

Zeigt der Monitor -127.0, ist der Sensor nicht richtig verdrahtet oder der Pull-up fehlt.

3Das Relais schalten – mit Hysterese

Jetzt kommt das Herzstück. Naiv würde man schreiben: „ist die Temperatur über dem Sollwert, Lüfter an, sonst aus“. Das Problem: Pendelt die Temperatur um genau den Sollwert, schaltet das Relais im Sekundentakt – das nervt, verschleißt das Relais und ist für Motoren schädlich. Die Lösung ist eine Hysterese: Wir schalten erst ein Grad über dem Sollwert ein und erst ein Grad darunter wieder aus.

#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

const int ONE_WIRE = 2;
const int RELAIS = 8;
OneWire oneWire(ONE_WIRE);
DallasTemperature sensoren(&oneWire);

float sollTemp = 25.0;      // Wunschtemperatur
float hysterese = 1.0;      // Schaltabstand
bool luefterAn = false;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  sensoren.begin();
  pinMode(RELAIS, OUTPUT);
  digitalWrite(RELAIS, LOW);  // Start: aus
}

void loop() {
  sensoren.requestTemperatures();
  float t = sensoren.getTempCByIndex(0);
  if (t == DEVICE_DISCONNECTED_C) { delay(1000); return; }

  // KUEHLEN: ueber Soll+Hysterese einschalten, unter Soll-Hysterese aus
  if (!luefterAn && t > sollTemp + hysterese) {
    luefterAn = true;
    digitalWrite(RELAIS, HIGH);
  } else if (luefterAn && t < sollTemp - hysterese) {
    luefterAn = false;
    digitalWrite(RELAIS, LOW);
  }

  Serial.print(t, 1); Serial.print(" C  Luefter: ");
  Serial.println(luefterAn ? "AN" : "aus");
  delay(1000);
}

4Heizen statt Kühlen – die Logik umdrehen

Für eine Heizung ist die Logik genau umgekehrt: Wird es zu kalt, schaltet die Heizung ein. Mit einem Modus-Schalter deckt dein Thermostat beides ab:

bool heizModus = true;    // true = heizen, false = kuehlen
bool ausgangAn = false;

void regele(float t) {
  if (heizModus) {
    // HEIZEN: unter Soll-Hyst ein, ueber Soll+Hyst aus
    if (!ausgangAn && t < sollTemp - hysterese) ausgangAn = true;
    else if (ausgangAn && t > sollTemp + hysterese) ausgangAn = false;
  } else {
    // KUEHLEN: ueber Soll+Hyst ein, unter Soll-Hyst aus
    if (!ausgangAn && t > sollTemp + hysterese) ausgangAn = true;
    else if (ausgangAn && t < sollTemp - hysterese) ausgangAn = false;
  }
  digitalWrite(RELAIS, ausgangAn ? HIGH : LOW);
}

5OLED-Anzeige und einstellbare Solltemperatur

Zum Schluss bringen wir alles auf das OLED-Display und machen die Solltemperatur über den Rotary Encoder einstellbar. Nutze die Bibliotheken Adafruit GFX und Adafruit SSD1306:

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

Adafruit_SSD1306 display(128, 64, &Wire, -1);
OneWire oneWire(2);
DallasTemperature sensoren(&oneWire);

const int RELAIS = 8;
const int ENC_CLK = 3, ENC_DT = 4;
float sollTemp = 25.0, hysterese = 1.0;
bool ausgangAn = false;
int letzterCLK;

void setup() {
  sensoren.begin();
  pinMode(RELAIS, OUTPUT);
  pinMode(ENC_CLK, INPUT); pinMode(ENC_DT, INPUT);
  letzterCLK = digitalRead(ENC_CLK);
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
}

void pruefeEncoder() {
  int clk = digitalRead(ENC_CLK);
  if (clk != letzterCLK && clk == LOW) {
    if (digitalRead(ENC_DT) != clk) sollTemp += 0.5;
    else sollTemp -= 0.5;
  }
  letzterCLK = clk;
}

void zeichne(float t) {
  display.clearDisplay();
  display.setTextColor(SSD1306_WHITE);
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 0);  display.print("THERMOSTAT");
  display.setTextSize(2);
  display.setCursor(0, 16); display.print(t, 1); display.print(" C");
  display.setTextSize(1);
  display.setCursor(0, 40); display.print("Soll: "); display.print(sollTemp, 1);
  display.setCursor(0, 52); display.print(ausgangAn ? "AUSGANG: AN" : "AUSGANG: aus");
  display.display();
}

void loop() {
  pruefeEncoder();
  sensoren.requestTemperatures();
  float t = sensoren.getTempCByIndex(0);
  if (t != DEVICE_DISCONNECTED_C) {
    if (!ausgangAn && t > sollTemp + hysterese) ausgangAn = true;
    else if (ausgangAn && t < sollTemp - hysterese) ausgangAn = false;
    digitalWrite(RELAIS, ausgangAn ? HIGH : LOW);
    zeichne(t);
  }
}

Praxistipps für den Dauerbetrieb

• Solltemperatur im EEPROM speichern: So bleibt sie nach dem Ausschalten erhalten und muss nicht neu eingestellt werden.
• Mindestlaufzeit für Motoren: Ein Lüfter oder Kompressor sollte nach dem Einschalten einige Minuten laufen. Merke dir die Einschaltzeit mit millis() und verhindere zu frühes Abschalten.
• Sensor richtig platzieren: Der DS18B20 misst dort, wo er sitzt – nicht direkt am Lüfterausgang, sondern repräsentativ im Raum oder Behälter.
• Daten loggen: Kombiniere den Thermostat mit einem SD-Datenlogger, um den Temperaturverlauf aufzuzeichnen.
• Ins Smart Home: Mit einem ESP32 statt UNO schaltest du den Ausgang zusätzlich per MQTT und Home Assistant.

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