ESP32 und Schwimmschalter: Wasserstand in Home Assistant überwachen

Für die Umsetzung dieses Setups wird ein funktionsfähiges Home-Assistant-System mit installiertem ESPHome-Add-on benötigt. Die Schritte zur Ersteinrichtung des Mikrocontrollers sind im Beitrag ESP32 NodeMCU mit ESPHome in Home Assistant einrichten detailliert beschrieben.

Die Überwachung von Wasserständen ist ein klassischer Anwendungsfall im Smart Home, beispielsweise für Zisternen, Aquarien oder als Überlaufschutz. In diesem Beitrag erfährst du, wie du mechanische Schwimmschalter (Pegelschalter) an einen ESP32 anschließt. Wir starten mit einem einfachen Sensor und erweitern das Setup anschließend um einen zweiten Schalter, um einen minimalen und maximalen Füllstand zu erfassen.

Die Kernkomponenten für den Aufbau

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Für dieses Projekt benötigen wir neben dem Mikrocontroller die eigentlichen Sensoren und eine Lösung, um deren lose Kabelenden sauber anzuschließen.

ESP32 NodeMCU Development Board

Dieses ESP32 NodeMCU Development Board* (Werbung) bildet die Basis des Projekts. Es verarbeitet die Signale der Schalter und sendet die Zustandsänderungen per WLAN an Home Assistant.

Für diesen Beitrag wird die weit verbreitete 30-Pin-Variante mit ESP32-Chip verwendet. Die Programmierung und Stromversorgung erfolgt unkompliziert über die integrierte USB-C-Schnittstelle.

Schwimmschalter (Pegelschalter)

Ein typischer Schwimmschalter aus Kunststoff mit losen Kabelenden — Mechanischer Schwimmschalter mit losen Anschlusskabeln

Ein Schwimmschalter* (Werbung) ist ein mechanischer Schalter. Im Inneren des beweglichen Schwimmers befindet sich ein Magnet, der bei steigendem oder fallendem Wasserstand einen Reed-Kontakt im Schaft schließt oder öffnet.

Da es sich um einen reinen Kontakt handelt, spielt die Polarität der beiden Anschlusskabel keine Rolle. Die Sensoren werden meist mit losen Kabelenden (Litzen) ausgeliefert.

ESP32 Breakout Board (Expansion Board)

ESP32 Expansion Board mit Schraubklemmen für die GPIO-Pins — ESP32 Expansion Board mit praktischen Schraubklemmen

Um die losen Kabelenden des Schwimmschalters sicher mit dem ESP32 zu verbinden, ohne direkt zum Lötkolben greifen zu müssen, bietet sich ein ESP32 Breakout-Board mit Schraubklemmen* (Werbung) an.

Der ESP32 wird auf das Board gesteckt. Die GPIO-Pins werden dadurch nach außen auf Schraubklemmen geführt, in die sich Litzen direkt und sicher einklemmen lassen.

Einsatzzweck des Breakout-Boards Das Breakout-Board eignet sich hervorragend für den schnellen Versuchsaufbau auf dem Schreibtisch, um die Funktionalität zu prüfen. Da lose Kabel in Schraubklemmen auf Dauer korrodieren oder sich durch Vibrationen lösen können, ist für den dauerhaften und produktiven Einsatz im Smart Home ein direktes Verlöten der Kontakte dringend zu empfehlen.

Basis-Setup: Einen einzelnen Schwimmschalter anschließen

Der Anschluss eines mechanischen Schalters an den ESP32 ist unkompliziert. Wir benötigen keine externen Bauteile wie Widerstände, da wir den internen Pull-Up-Widerstand des ESP32 per Software aktivieren.

Verbinde die beiden Adern des Schwimmschalters wie folgt mit den Schraubklemmen des Breakout Boards. Die Reihenfolge der beiden Kabel des Schalters ist irrelevant. Auf dem Breakout-Board entspricht die Beschriftung D4 dem Pin GPIO 04 des ESP32.

Schwimmschalter (Kabel)	ESP32 Pin	Funktion
Kabel 1	GND	Masseverbindung
Kabel 2	GPIO 04 (D4)	Signaleingang (digital)

Nahaufnahme der Verkabelung eines Schwimmschalters am ESP32 Breakout-Board an den Klemmen D4 und GND — Physischer Anschluss am Breakout-Board: Ein Kabel an GND, das andere an GPIO 04

ESPHome Code-Konfiguration für einen Sensor

Damit der ESP32 den Zustand des Pins korrekt ausliest, nutzen wir in ESPHome die Komponente binary_sensor.

Ein wichtiges Detail bei der Überwachung von Flüssigkeiten ist die Unruhe der Wasseroberfläche. Würden wir den Sensor ungefiltert auslesen, würde jede kleine Welle oder Erschütterung (z. B. beim Einlaufen von Wasser) ein schnelles Hin- und Herschalten auslösen. Das führt zu unruhigen Daten und unnötigen Automatisierungs-Triggern in Home Assistant.

Neben dem rein elektrischen Entprellen nutzen wir daher in der Praxis eine großzügige Verzögerung von 5 Sekunden. Erst wenn der Schalter für diese Zeitspanne ununterbrochen geschlossen oder geöffnet bleibt, wird die Änderung an Home Assistant übertragen.

name: esp32-schwimmschalter

# ... (WLAN und API Einstellungen bleiben unberührt)

binary_sensor:
  - platform: gpio
    pin:
      number: GPIO04
      # Aktiviert den internen Pull-Up-Widerstand des ESP32
      mode:
        input: true
        pullup: true
    name: "Wasserstand Zisterne"
    # Die Device-Class legt fest, wie Home Assistant den Sensor darstellt (feucht/trocken)
    device_class: moisture
    filters:
      # Wellenfilter & Entprellen: Der Zustand muss für 5 Sekunden stabil sein
      - delayed_on: 5s
      - delayed_off: 5s

Tipp für den Testaufbau Wenn du die Schaltung auf deinem Schreibtisch mit der Hand testen möchtest, können sich 5 Sekunden Verzögerung zäh anfühlen. Setze den Wert für den "Trockentest" gerne temporär auf 100ms herunter. Sobald das System an seinem Bestimmungsort verbaut wird, solltest du aber wieder auf 5s oder mehr wechseln.

Klicke auf 'INSTALL' und lasse das Log-Fenster nach dem Flashen geöffnet. ESPHome scannt nun den Pin 4 und zeigt den gefundenen Sensor im Log an:

[13:30:40.816][C][gpio.binary_sensor:016]: GPIO Binary Sensor 'Wasserstand Zisterne'
[13:30:40.820][C][gpio.binary_sensor:232]:   Device Class: 'moisture'
[13:30:40.820][C][gpio.binary_sensor:152]:   Pin: GPIO4
[13:30:40.821][C][gpio.binary_sensor:061]:   Mode: interrupt
[13:30:40.824][C][gpio.binary_sensor:063]:   Interrupt Type: ANY_EDGE

Zustandsänderungen des Sensors werden (nach Ablauf der 5-sekündigen Filterzeit) ebenfalls im Log ausgegeben:

[13:31:25.000][S][binary_sensor]: 'Wasserstand Zisterne' >> ON
[13:31:50.000][S][binary_sensor]: 'Wasserstand Zisterne' >> OFF

Erweiterter Aufbau: Zwei Schwimmschalter für Min/Max-Füllstand

In vielen Szenarien reicht ein einzelner Sensor nicht aus. Möchtest du beispielsweise eine Pumpe steuern, brauchst du oft einen Schalter für den minimalen Füllstand (Pumpe aus, Trockenlaufschutz) und einen für den maximalen Füllstand (Pumpe an, Behälter leeren).

Der ESP32 verfügt über ausreichend GPIO-Pins und GND-Anschlüsse, um problemlos mehrere Schalter parallel zu betreiben. Für den zweiten Schalter nutzen wir einfach einen weiteren digitalen Eingang, in diesem Beispiel GPIO 05.

Sensor	Schwimmschalter (Kabel 1)	Schwimmschalter (Kabel 2)
Schalter 1 (Minimum)	GND	GPIO 04
Schalter 2 (Maximum)	GND (kann ein zweiter GND-Pin sein)	GPIO 05

ESPHome Code-Konfiguration für mehrere Sensoren

Die Konfiguration in ESPHome wird einfach um einen weiteren Eintrag unter binary_sensor ergänzt. Beide Sensoren erhalten eigene Namen und nutzen den praxisnahen 5-Sekunden-Filter.

name: esp32-schwimmschalter

# ... (WLAN und API Einstellungen bleiben unberührt)

binary_sensor:
  # Erster Sensor: Minimaler Füllstand
  - platform: gpio
    pin:
      number: GPIO04
      mode:
        input: true
        pullup: true
    name: "Füllstand Minimum"
    device_class: moisture
    filters:
      - delayed_on: 5s
      - delayed_off: 5s

  # Zweiter Sensor: Maximaler Füllstand
  - platform: gpio
    pin:
      number: GPIO05
      mode:
        input: true
        pullup: true
    name: "Füllstand Maximum"
    device_class: moisture
    filters:
      - delayed_on: 5s
      - delayed_off: 5s

Klicke erneut auf 'INSTALL' und lasse das Log-Fenster nach dem Flashen geöffnet. ESPHome scannt nun den Pin 4 und Pin 5 und zeigt die gefundenen Sensoren im Log an:

[13:43:14.050][C][gpio.binary_sensor:016]: GPIO Binary Sensor 'Füllstand Minimum'
[13:43:14.053][C][gpio.binary_sensor:232]:   Device Class: 'moisture'
[13:43:14.053][C][gpio.binary_sensor:152]:   Pin: GPIO4
[13:43:14.053][C][gpio.binary_sensor:061]:   Mode: interrupt
[13:43:14.065][C][gpio.binary_sensor:063]:   Interrupt Type: ANY_EDGE
[13:43:14.088][C][gpio.binary_sensor:016]: GPIO Binary Sensor 'Füllstand Maximum'
[13:43:14.088][C][gpio.binary_sensor:232]:   Device Class: 'moisture'
[13:43:14.088][C][gpio.binary_sensor:152]:   Pin: GPIO5
[13:43:14.089][C][gpio.binary_sensor:061]:   Mode: interrupt
[13:43:14.089][C][gpio.binary_sensor:063]:   Interrupt Type: ANY_EDGE

Und die Zustandsänderungen im laufenden Betrieb:

[13:43:32.710][S][binary_sensor]: 'Füllstand Minimum' >> ON
[13:43:34.993][S][binary_sensor]: 'Füllstand Maximum' >> ON
[13:43:38.380][S][binary_sensor]: 'Füllstand Maximum' >> OFF
[13:43:41.499][S][binary_sensor]: 'Füllstand Minimum' >> OFF

Nachdem du diese Konfiguration über ESPHome auf den Mikrocontroller geladen hast, stehen dir in Home Assistant zwei separate Entitäten zur Verfügung. Mit diesen beiden Werten lassen sich nun zuverlässige Automatisierungen für Pumpensteuerungen oder Benachrichtigungen beim Erreichen kritischer Füllstände realisieren.

Verwendete Hardware-Komponenten

Folgende Komponenten kamen in diesem Projekt zum Einsatz:

ESP32 NodeMCU Development Board* (Werbung) – Die kompakte Zentrale mit WLAN für die Datenverarbeitung.
Schwimmschalter* (Werbung) – Beweglicher Schwimmer, der bei steigendem oder fallendem Wasserstand mechanisch aktiviert wird.
ESP32 Breakout-Board mit Schraubklemmen* (Werbung) – Erleichtert den Testaufbau massiv, da die losen Kabelenden sicher verschraubt werden können.

Weitere Praxisprojekte

Aufbauend auf der ESP32 Ersteinrichtung können verschiedene Hardware-Komponenten und Sensoren an den Mikrocontroller angebunden werden. Bisher dokumentierte Projekte:

Nahaufnahme des physischen KY-016 RGB-LED-Moduls mit angelöteten Anschluss-Pins auf schwarzer Platine

Ansteuerung eines 3-Farben RGB-LED-Moduls

Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Anschluss mehrerer RGB-LED-Module mittels G-V-S Expansion Board und der Erstellung individueller Lichteffekte in ESPHome.

Nahaufnahme der wasserdichten Edelstahlhülse des DS18B20 Temperatursensors mit schwarzem Anschlusskabel

Temperaturmessung mit dem DS18B20 am ESP32

Schritt-für-Schritt-Anleitung zum physischen Anschluss des wasserdichten Sensors DS18B20 und der effizienten Auslesung mehrerer Fühler über den 1-Wire-Bus in ESPHome.