Neues aus dem Lab -> "Wir pimpen die Paketbox! 📩 - Projekt ESP-Kerberos"

Hardware & Einrichtung
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:dog: Projekt ESP-Kerberos — der Wachhund fĂŒr Eure Paketbox

Der Höllenhund bewachte den Eingang zur Unterwelt — meiner bewacht ab demnĂ€chst den Eingang zur Paketbox. Und genau wie sein Namensvetter schlĂ€gt er an, sobald sich irgend jemand an der Klappe zu schaffen macht.

Ist-Zustand

Soll-Zustand

  • Eine hypersensible Paketbox: ESP-Kerberos petzt jede BerĂŒhrung sofort — Klappe auf, Klappe zu: nichts bleibt unbemerkt.
  • Das Ganze akkubetrieben und stromsparend — nicht jeder hat eine Steckdose im Briefkasten! Zwischen den Ereignissen legt sich der Wachhund in den Tiefschlaf, fĂŒr laaaange Akku-Laufzeiten.

Der Plan

ESP-Kerberos_factsheet
ESP-Kerberos_factsheet1536×1024 709 KB

So soll der fertige Wachhund am Ende aussehen.

In den nÀchsten Wochen nehme ich Euch hier (fast) live mit durch die Umsetzung und dokumentiere jeden Bauschritt.

Und wie immer gilt: Wenn Euch sinnvolle Erweiterungen einfallen — immer her damit! :backhand_index_pointing_down:

*Alle Projekte, Quellcode und mehr wie immer auf docbigs-lab.de

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Hochachtung vor deinen Projekten, Dankeschön :+1:t2:

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so, aktueller Stand jetzt auch unter https://github.com/DocBigs-Lab/ESP-Kerberos verfĂŒgbar! :waving_hand:

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Ich nutze dafĂŒr derzeit einen (ZHA sagt Tuya TS0601) Zigbee-Vibrationssensor an der Briefkastenklappe.

Die Einstellmöglichkeiten sind nonexistent, es gibt Fehlalarme noch und nöcher (besonders bei Regen, aber sogar bei einem starken Windstoß) und zu allem Überfluss fĂ€llt das doofe Ding neuerdings in den Briefkasten, weil der Klebestreifen den sommerlichen Temperaturen nicht standhĂ€lt.

Da muss was neues her, Doc, und der Höllenhund sieht vielversprechend aus. Danke dafĂŒr!

Aber ich möchte nicht gern Befestigungslöcher in den brandneuen Metzler-Luxusbriefkasten bohren.

Da muss ich mal in mich gehen und ĂŒberlegen wie ich die Technik am Besten befestige 


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Wird sich nicht ganz vermeiden lassen (Stichwort: faradayscher KĂ€fig!) .

Ich möchte den ESP gern ausserhalb der Box anbringen, dazu wird wohl eine grĂ¶ĂŸere Bohrung (Hohlschraube fĂŒr Befestigung und Kabel!) notwendig werden. Innen dann mit 3D Drucker Halterungen zum “klemmen und kleben”.

Soweit der Plan, mehr dann wenn die Kiste da ist! :waving_hand:

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Unser Briefkasten ist so smart geworden: >> LINK << zum Beitrag von MĂ€rz 2025.
Das Konzept lÀsst sich evtl. auch auf eine Paketbox anwenden.
Die Aqara Fenstersensoren gibt es auch manchmal fĂŒr ca. 7,50€ bei Ali.

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So, alle Teile fĂŒr die Paketbox/Briefkasten sind bestellt. Jetzt abwarten und dann löten und zusammenstecken.

Hat jemand eine stl-Datei fĂŒr ein kleines GehĂ€use, um den FireBeetle unterzubringen, ich bin CAD-unerfahren :worried:

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Habe Geduld, da kommt schon noch was passendes! :innocent:

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:high_voltage: Erste Messwerte sind da: ESP-Kerberos auf dem FireBeetle 2 – 37,88 ”A Deep Sleep

Die vorgesehene Zielhardware ist endlich eingetroffen: Der FireBeetle 2 ist mit der aktuellen ESP-Kerberos-Firmware geflasht, und ich habe den Stromverbrauch mit dem Nordic PPK2 sauber vermessen. Die Zahlen können sich sehen lassen. :bar_chart:

Gemessener Ruhestrom (16.07.2026, PPK2)

Deep-Sleep-Durchschnitt: 37,88 ”A – stabil ĂŒber mehrere Minuten gemessen.

deepsleep
deepsleep1768×1438 111 KB

Der Zoom ins Deep-Sleep-Profil zeigt die kurzen periodischen Spikes bis ~490 ”A (alle ~23 ms). Das ist normales Regler-/RTC-Refresh-Verhalten des Power-Managements, kein Firmware-Effekt – im Deep Sleep lĂ€uft schlicht kein Anwendungscode. Der Durchschnitt im Detailfenster (38,54 ”A) deckt sich sauber mit der Langzeitmessung.

Was kostet ein Meldezyklus?

meldezyklen
meldezyklen1506×379 62.1 KB

Hier sieht man zwei komplette DurchlĂ€ufe – EXT1-Wake → WLAN verbinden → Nachricht senden → zurĂŒck in den Sleep. Das Messfenster (16 s, zwei Zyklen inkl. Sleep) summiert sich auf 36,51 mC ≈ 10,1 ”Ah, also ≈ 5,1 ”Ah pro Zyklus. Peak beim WLAN-Verbinden: ~34 mA – fĂŒr wenige hundert Millisekunden völlig unkritisch.

Beispielrechnung mit 3,7 V / 3000 mAh Akku

Posten Verbrauch
Ruhestrom (37,88 ”A × 24 h) ≈ 0,91 mAh/Tag
20 Auslösungen/Tag (20 × 5,1 ”Ah) ≈ 0,10 mAh/Tag
Gesamt ≈ 1,01 mAh/Tag

3000 mAh Ă· 1,01 mAh/Tag ≈ ~8 Jahre rechnerische Standby-Zeit. :battery:

Der eigentliche Flaschenhals

In der Praxis begrenzt nicht die Elektronik die Akkulaufzeit, sondern die Selbstentladung der Li-Ion-Zelle (typisch 2–5 %/Monat). Die Firmware ist damit an einem Punkt, an dem weitere Optimierung schlicht nichts mehr bringt – der Akku entlĂ€dt sich schneller selbst, als die Schaltung ihn leert.

:link: GitHub: GitHub - DocBigs-Lab/ESP-Kerberos: 🐕📩 Batteriebetriebener Öffnungsmelder fĂŒr Paketboxen auf ESP32-C6-Basis. Bis zu 4 unabhĂ€ngige EingĂ€nge, Deep Sleep im ”A-Bereich, Push via Telegram/Pushover/ntfy oder MQTT mit Home-Assistant-Autodiscovery. Komplette Konfiguration per WebUI, Firmware-Flash direkt aus dem Browser. · GitHub
:link: Mehr Projekte: docbigs-lab.de

Fragen zur Messung oder zum Setup? Immer her damit! :backhand_index_pointing_down:

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Das sind ja fantastische Aussichten, ich freue mich schon auf die Umsetzung.

Die Hardware ist auch komplett eingetroffen und dieses Projekt wird definitiv meinen Briefkasten bereichern. Im Moment bin ich noch anders gebunden, aber die Teile liegen neben mir und lÀcheln mich an.

Ein GehĂ€use fĂŒr Firebeetle 2 und Akku habe ich auf makerworld gefunden. Erstmal drucken und dann sehen, ob es auch klappt wie ich mir das denke. Ich werde berichten.

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So, das Projekt fand heute seinen vorlÀufigen Abschluss und der Briefkasten ist jetzt smart.
Ich krieg das Grinsen gar nicht mehr aus dem Gesicht, denn es hat alles gut geklappt.
Ich sag es DocBig auch noch persönlich. :winking_face_with_tongue:

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Ein super Projekt.
Habe das aufmerksam verfolgt, aber noch nicht umgesetzt.
Falls ich das nachbaue, wĂŒrde ich allerdings die Wahl der Energieversorgung anders lösen.

Den Wahrheitsgehalt der folgenden Angaben habe ich noch nicht durch eine praktische Anwendung belegen können. Es scheint mir allerdings alles plausibel zu sein.

  • Wenn der Entladestrom niedriger ist als die Selbstentladung, ist der Status wie eine Lagerung zu betrachten.

    • Permanenter hoher Ladezustand (SoC): Wenn der Akku zu Beginn voll geladen wird (100 % SoC), um maximale Laufzeit zu erreichen, verweilt er monatelang bei hoher Spannung (ca. 4,2 V). Dies beschleunigt die Oxidation des Elektrolyts und die Zersetzung der Elektroden drastisch.
    • Daher wird empfohlen, fĂŒr die Dauer der Lagerung, LithiumAkkus nur bis 60% aufzuladen
    • Dann bleiben bei dem im Projekt genannten Meshnology Akku, von den nominal 3000mAh nur noch 1.800 mAh ĂŒber.
    • Damit sieht die Rechnung der zu erwartenden Betriebszeit etwas anders aus.

  • Zum Thema Selbstentladung

    • Da der Energiebedarf des ESP deutlich unter der Selbstentladung liegt, ist bei dem im Projekt vorgeschlagenem Meshnology Akku mit Folgendem zu rechnen:
    • Selbstentladung min. 2% pro Monat, eher höher bis max. 5%
    • Die Schutzschaltung im Akku-Pack fĂŒgt dem noch einmal 0,5% - 1% pro Monat hinzu
    • die durch die 60% Ladung bedingte AnfangskapazitĂ€t von 1.800mAh sind auch nicht komplett nutzbar, da die Abschaltgrenze des ESP-C6 (Cut-off) bei ca. 3,4 V liegt. Das entspricht ca. 10 % Rest-SoC, was 300mAh entspricht.
    • Unter der optimistischen Annahme von exakt 2 % Selbstentladung pro Monat hĂ€lt der von 60 % SoC entladende Akku ca. 17,2 Monate (ca. 1 Jahr und 5 Monate), bevor die Spannung unter die Schwelle fĂŒr den stabilen Betrieb des ESP32-C6 sinkt. :astonished_face:
      • Bei ca. 3,4 V löst der ESP32-C6 einen Brownout-Reset aus oder startet stĂ€ndig neu, bis der Akku vollends zusammenbricht.

Selbst wenn ich mit o.g. 50% neben der Wahrheit liegen sollte, wĂŒrde ich trotzdem folgende Energiequelle vorziehen:

  • 3 StĂŒck NiMH-Akkus in Bauform Mono D in Reihe geschaltet.

  • Spannung 3 x 1.2V = 3.6V , KapazitĂ€t 10.000mAh

  • Selbstentladung: Bei modernen LSD-NiMH-Akkus (Low Self-Discharge / ready-to-use) betrĂ€gt die Selbstentladung ca. 15% im ersten Jahr 1,25% pro Monat), danach flacht sie auf ca. 10% pro Folgejahr ab.

  • Nutzbare KapazitĂ€t: Da NiMH-Akkus die Spannung bis kurz vor Entladeende bei ca. 1.1 - 1.2V halten (3er-Pack 3.3 - 3.6V, lassen sie sich fast zu 90 % bis 95 % entladen

  • Laufzeitberechnung:
    LSD-NiMH-Akkus (Low Self-Discharge) haben die Eigenschaft, dass die Selbstentladung im ersten Jahr am höchsten ist und in den Folgejahren deutlich langsamer ablÀuft:

    1. Jahr: ca. 15 % Verlust
  • Ab dem 2. Jahr: nur noch ca. 5 % bis 10 % Verlust pro Jahr

Genauerer Verlauf ĂŒber mehrere Jahre

Rechnet man die Entladung schrittweise ĂŒber die Jahre durch:

Jahr 1

  • Verbrauch ESP32-C6 (37 uA): ca. 324 mAh
  • Selbstentladung (15 % von 10.000 mAh): 1.500 mAh
  • Gesamter Verbrauchte KapazitĂ€t in Jahr 1: 1.824 mAh
  • RestkapazitĂ€t nach Jahr 1: 8.176 mAh

Jahr 2

  • Verbrauch ESP32-C6 (37 uA): ca. 324 mAh
  • Selbstentladung (ca. 8 % von 8.176 mAh): ca. 654 mAh
  • Gesamter Verbrauch in Jahr 2: 978 mAh
  • RestkapazitĂ€t nach Jahr 2: 7.198 mAh

Jahr 3

  • Verbrauch ESP32-C6 (37 uA): ca. 324 mAh
  • Selbstentladung (ca. 8 % von 7.198 mAh): ca. 576 mAh
  • Gesamter Verbrauch in Jahr 3: 900 mAh
  • RestkapazitĂ€t nach Jahr 3: 6.298 mAh

Jahr 4

  • Verbrauch ESP32-C6 (37 uA): ca. 324 mAh
  • Selbstentladung (ca. 8 % von 6.298 mAh): ca. 504 mAh
  • Gesamter Verbrauch in Jahr 4: 828 mAh
  • RestkapazitĂ€t nach Jahr 4: 5.470 mAh

Jahr 5

  • Verbrauch ESP32-C6 (37 uA): ca. 324 mAh
  • Selbstentladung (ca. 8 % von 5.470 mAh): ca. 438 mAh
  • Gesamter Verbrauch in Jahr 5: 762 mAh
  • RestkapazitĂ€t nach Jahr 5: 4.708 mAh

Fazit

Da die Selbstentladung ab dem zweiten Jahr spĂŒrbar sinkt, ist die reale Laufzeit sogar noch etwas höher als in der vereinfachten Rechnung.

Da von den 10.000 mAh nach 5 Jahren noch rund 4.700 mAh vorhanden sind (und der ESP32 bis ca. 1.000 mAh RestkapazitĂ€t / 3,0 V stabil lĂ€uft), reicht die Ladung in der Praxis fĂŒr etwa 7 bis 8 Jahre.

Das habe ich von Claude gegenrechnen lassen, dabei kamen sogar 11-12 Jahre heraus. :thinking:

Welchen Einfluss tiefe Temperaturen haben, wurde hier nicht berĂŒcksichtigt.
Bei extremen Minusgraden kann es sein, dass der impulsartige Spitzenstrom beim Aufwachen und Senden des WLAN-Signals kurz die Spannung etwas einbrechen lĂ€sst. Das kann mit einem parallel geschaltetem Keramikkondensator kompensiert werden, was wiederum die Laufzeit etwas verkĂŒrzt.

Auch wenn diese Rechnung fehlerbehaftet ist - ich wÀre schon mit 5 -7 Jahren zufrieden.
Bis die Zellen neu geladen werden mĂŒssen, werden Pakete wahrscheinlich mit Drohnen oder Materie-Transmittern geliefert.

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