Einfache Brausteuerung

Auch wenn die BrausteuerungV3 kaum Wünsche offen lässt und komfortabel ist, benötigt man zum Betrieb ein Android Mobiltelefon oder Tablet. Es ist zwar auch eine Steuerung über PC möglich aber das ist nicht ganz unaufwendig. Für den Brauverein Schwabach e.V. und dessen 150L Anlage war es doch besser eher eine einfache Steuerung zu entwerfen. Ganz am Anfang hatte ich bereits eine BrausteuerungV1 entworfen, die nur aus ein paar wenigen Bauteilen bestand. Die Materialkosten für Hardware belaufen sich auf ca. 40€. Diese hab ich hergenommen und noch etwas verbessert. Zum Beispiel wurde eine Zwischenplatine eingeführt und die Software etwas entschlackt und die Temperaturregelung auf PID umgestellt. Auch ist diesmal das ganze Gehäuse für den 3D Drucker entworfen.

Arduino UNO R3 ATmega328P (12,49€)

Arduino UNO R3 LCD Shield mit Tasten (7,65€)

Bei einigen Modulen war irgendwie das Potentiometer für die Helleigkeit defekt. Von den drei Pins habe ich zwei davon mit einem 100Ohm Widerstand überbrückt.

Arduino UNO R3 Proto Shield Rev3 (4,99€) mit stapelbaren Buchsenleisten

Stapelbare Buchsenleisten

Stereo Klinkenbuchse 3,5mm für Platine (7,99€/20Stk)

Piezzo Piepser 3V (14,99€/20Stk)

1x Widerstand 4,7K (1,27/20Stk)

433MHz Funkmodul (6€/3Stk)

Temperatur Sensor DS18b20 mit 3m Kabel (16,99€/5Stk)

Klinkenstecker 3,5mm (6,08€/10Stk)

Funksteckdose 433MHz (19,85€/3Stk)

Netzteil 9V/12V 1A

Zusammenbau:

Die drei Platinen der Reihe nach

Die Stiftleisten der Prototyppplatine werden aufgelötet.

Dazu werden die Stifte auf der unteren Seite angelötet.

Dann werden die Bauteile Klineknbuchse, 4,7K Widerstand, Piezzolautsprecher, und Funkmodul auf die Platine gesteckt.

Auf der Rückseite wird die Verdrahtung gelötet.

Etwas einfacher geht es mit einer geätzten Platine. Will man die Datei zum Drcukdienst schicken, so ist hier das gepackte Gerberfile.

Mit geäzter Platine spart man sich die Fädelarbeit.

Nun können die drei Platinen zusammen gesteckt werden.

Der Klinkenstecker wird wie unten abgebildet gelötet. GND := SChwarz, Data := gelb und PLus := rot.

Masse ist am grossen Pin befestigt und damit der Steckerbereich am nächsten liegt, in der Mitte ist Datenleitung gelb und die forderste Spitze ist Plus.

In Betriebnahme:

Zunächst lädt man das Archiv BrausteuerungV1 von Github lokal auf seinen PC. Dort wird die ZIP Datei entpackt. Anschließend verbindet man den Arduino mit dem USB Kabel und dem PC.

Im entpackten Unterverzeichnis BrausteuerungV1\Software\bin startet man die Batch Datei listPorts.bat.

Der verwendete COM Port wird in der Zeile mit „Arduinoe LLC“ aufgelistet. Somit ist der COM Port COM9. Der Port Name muss in die Datei BrausteuerungV1\Software\bin\install.bat eingetragen und abgespeichert werden.

Anschließend startet man die Datei install.bat. Nach ein paar Sekunden sollte die Firmware installiert sein. Jetzt kann der Arduino wieder vom USB getrennt werden.

Jetzt sollte das Gehäuse ausgedruckt werden. Dazu gehört einmal das Top.

Danach noch die Tasten.

Schließlich fehlt noch der Boden.

Die Knöpfe werden von der Innenseite in die Top Schale gelegt.

Das LCD Display muss nun von unten in die Schale gedrückt werden.

Nun kann die Top Schale auf das LCD Display gesteckt werden.

Der Boden wird dann von unten einfach daran gesteckt. An der Seite kommen die Anschlusskabel Strom und Temperatursensor daran.

Bedienung:

Die Bedienung und EInstellung der Brausteuerung geht mit den drei Knöpfen 1) Select, 2) Up und 3) Down.

Nach dem EInschalten kommt das Hauptmenu

Mit den 2) Up und 3) Down Tasten kann man zwischen Brew (Brauen) und Set (Setup) wählen. Mit der 1) Select Taste kommt man dabei zum nächsten Punkt. Unter Set können allgemeine Einstellungen vorgenommen werden und die Braurasten programmiert werden.

Durch drücken der Select Taste im Punkt Set wird für die PID Regelung der P Gewichtungsfaktor (Proportionalwert) eingestellt. Mit den Up und Down Tasten kann der Wert verändert werden.
Der P-Anteil ist der proportionale Anteil, das bedeutet, dass die Wirkung nur von der momentanen Differenz zwischen Soll Tempereatur Ts und aktueller Temperatur Ta abhängig ist. Allerdings ist der Nachteil, dass je stärker sich Sollwert und aktueller Wert annähern die Korrektur auch immer geringer wird. Dadurch wird das Regelverhalten verlangsamt. In der Theorie wird der Sollwert nie erreicht.

Mit Select gelangt man zur nächsten Einstellung der PID Regelung, dem I- Gewicht (Integralwert).
Der I-Anteil kann das Problem des Nichterreichens des Sollwertes vom P-Anteil lösen. Der I-Anteil integriert die Differenz zwischen Sollwert und Istwert. Auch bei kleinen Differenzen wird nach einiger Zeit das Korrektursignal groß genug um den Fehler zwischen PID Sollwert und PID Istwert zu korrigieren.

Der nächste Punkt ist das D-Gewicht der PID Regelung. Der D-Anteil löst ein weiteres Problem des P-Reglers. Da das Korrektursignal nie größer sein kann als die Differenz des PID Sollwertes zur PID Istwert, kann der D-Anteil diese Differenz kurzzeitig verstärken und damit die Reaktion des Reglers beschleunigen. Dies wird aber nur empfohlen, wenn mit dem P und dem I Anteil kein gutes Regelverhalten erzielt wird.

In diesem zeitlichen Interval wird die Temperatur gemessen.

WindowSize ist der maximale Wert, den der PID als Regelgröße zurück gibt.

Dies ist der minimale PID Wert, unter dem die Heizung nicht mehr eingeschaltet wird.

Die folgenden Einstellungen betreffen die Funksteckdose und die Codierung. Hier kann das Protokoll ausgewählt werden.

Im nächsten Schritt wird die Pulslänge eingestellt.

Danach kann die Wiederholung des Codes eingestellt werden.

In diesem Schritt kann die Codewortlänge in Bits eingestellt werden.

Der Code für das Signal zum Anschalten der Heizung.

Das Code SIgnal zum Ausschalten der Heizung.

Nach den Setup EInstellungen können die Rasten eingestellt werden. Mit der Up/Down Taste kann aber auch gleich wieder in das Menu zurück gesprungen werden.

Wählt man Rast aus, so kann im nächsten Schritt die zu bearbeitende Rast von 0-15 ausgewählt werden.

Mit 1) Select kommt man zu der Einstellung der ausgewählten Rast. Dabei ist der erste Punkt die zu erreichende bzw. haltende Temperatur [°C].

Danach wird die Zeit ausgewählt, wie lange die Rast gehalten werden soll.

Hier wird die Rast aktiv geschaltet. Andernfalls wird sie übersprungen.

Mit Wait kann die Rast nach dem Zeitablauf angehalten werden, um auf eine Benutzereingabe zu warten.

Zusätzlich zum angewählten Warten kann noch ein Alarm ertönen.

Nach der letzten Rasteinstellung gelangt man wieder in das RastMenu. Ab hier kann eine weitere Rast bearbeitet werden, oder wieder zum Hauptmenu zurückgesprungen werden.

Im Hauptmenu kann mit Brew das Brauen mit 1) Select gestartet werden.

Im nächsten Schritt kann die Rast ausgewählt werden, ab der gestartet werden soll. Ab der ausgewählten Rast wird dann begonnen und bis zur Rast 15 alle aktiven Rasten nacheinander ausgeführt.

Sobald die Rast ausgewählt wurde, beginnt die Steuerung zu regeln.
S := Rast H := Heizung An/Aus T := Rastlänge [Min] Ti:= IstTemperatur Ts:=SollTemperatur.

Nachdem die Temperatur erreicht wurde, wird die gehalten. Wie lange sie gehalten wird, ist hinter H: gekennzeichnet.

Sobald die Rastzeit abgelaufen ist wird unverzüglich zur nächsten rast gesprungen. Falls aber Warten aktiviert wurde, so wird die durch ein W: gekennzeichnet. Mit 2) Up kann dann zur nächsten aktiven rast gesprungen werden. Ein Alarm kann dabei vorher mit 3) Down stumm geschaltet werden.

Sind alle aktiven Rasten bis Rast 15 durchgelaufen springt die Steuerung wieder in das Hauptmenu.

Einlernen der Funksteckdose:

Manche 433MHz Funkschaltdosen besitzen einen Einlernknopf, die die Signale des eingestellten Codes lernen können. Am Beispiel der unteren Funkschaltdose wird der On-Off Knopf so lange gedrückt, bis diese in den EInlernmodus wechselt. Anschließend muss nur noch die Steuerung eingeschaltet werden. abei wrid das Aus-Signal alle paar Sekunden ausgestrahlt. Nach einiger Zeit sollte die Steckdose dann aufhören zu blinken. Nun ist sie eingelernt.

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