CoffeeGrinder 2.0. Norman Schlüter - Freies Projekt - HAWK SoSe2013

Transkript

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2 intro Der CoffeeGrinder ist ein Physical Computing Projekt welches eine handbetriebene Kaffemühle aus Zeiten der 19. Jahrhundertwende mit Technik aus unserem heutigen Informationszeitalter vereint. Die Kaffemühle wurde motorisiert, Radio- und Weck-funktion wurden implementiert und sie lässt sich per smartphone einstellen und fernsteuern. Funktionen - Kaffemenge/-stärke wählbar - Automatisches Mahlen der Kaffebohnen - Wecker - Radio - EasyMode-Button gemahlener Kaffe auf Knopfdruck.

3 aufbau Ein Arduino Uno Microcontroller ist das Herzstück des Geräts. Erweitert mit einem Arduino Ethernetshield wird dieser netzwerkund internetfähig gemacht. An das Arduino sind ein FM-receiver-chip, eine 433Mhz Funkfernbedienung, ein 5V Lautsprecher und ein Pushbutton verdrahtet (siehe Schaubild rechts). FM-Receiver-Chip Schema Eine 230V Funksteckdose speist einen 12V Trafo, der wiederum einen 12V PKW- Scheibenwischermotor mit Strom versorgt. Der Scheibenwischermotor ist mit einer gewindestange mit dem Mahlwerk der Kaffemühle fest verbunden und überträgt die Kraft des Motors auf das Mahlwerk. connected to wifi router in client mode Arduino Uno + Ethernet-Shield Speaker pushbutton Coffee Grinder Der CoffeGrinder wird mithilfe des OSC midi Protokoll über W-Lan Gesteuert. Mit einem im gleichen Netzwerk verbundenen Smartphone und der TouchOSC App können die Kaffemahl-, Wecker- und Radiofunktionen gesteuert werden. RC Remote 230V 12V DC Motor 230V RC Switch 230V/12V Trafo

4 smartphone steuerung thegrinder Menü Kaffemahlgrad (40-60g) Start Kaffemühle

5 smartphone steuerung Radio Auswahl Radiosender Sendersuche aufwärts Stumm Sendersuche abwärts Lautstärke

6 smartphone steuerung Timer Weckzeit h Weckzeit m am/pm Steller Wecker an/aus

7 smartphone steuerung Bei der hier eingesetzten Funkfernbedienung besteht die Möglichkeit bis zu 3 weitere Funksteckdosen anzusteuern. Somit kann man den CoffeGrinder zur Basisstaion einer Hausautomationsanlage benutzen. Per touch auf dem Smartphone lassen sich so 3 weitere Elektrische Geräte (max. 230V/16A) an bzw. ausschalten, z.b. Lampen, Stereoanlagen der Kinder im Kinderzimmer, Garagentormotoren uvm... Das hier verwendete Funksteckdosenset beinhaltete 3 RC- Steckdosen,weshalb in der MISC sektion vorerst nur das ansteuern 2 weiterer RC Steckdosen vorgesehen ist. MISC

8 smartphone steuerung Die Touc OSC editor App ist für Windows und Mac erhältlich. Es gibt eine begrenzte Auswahl von Buttons, Fadern, Labels, Rotarys und Encodern, die in größe und Farbe zu verändern sind. Im editor sind die parameter der einzelnen Controller Elemente einstellbar. TouchOSC editor Für den CoffeStrengh-Fader der den Mahlgrad angibt, habe ich eine Value-Range von eingestellt. Dies ergibt die Zeit in Millisekunden, die der Motor Mahlen soll. Somit erspart man sich rechenaufgaben im Arduino Code. Das fertige Layout wird mit der TouchOSC App auf dem Smartphone per Wifi synchronisiert.

9 draht Da das Arduino Uno nicht über ausreichend 5V und GND Pins verfügt, habe ich aus einem Holzbrettchen, 4 Schrauben und etwas Klingeldraht ein custom-made Breadboard gebaut um alle Komponenten mit Spannung versorgen zu können - das Brett-Board. Der Rest des Schaubildes ist selbsterklärend. Pushbutton 5V Speaker 5V Verdrahtung der Komponenten Brett-Board Pushbutton GND Speaker GND SCL SDA AREF GND FM Receiver GND 3 1 Brettboard 5V Brettboard GND FM Receiver 3.3V RC Remote GND FM Receiver SDA FM Receiver SCL IOREF RESET 3V3 POWER ANALOG IN 5V Gnd Vin ICSP 1 TX RX Arduino UNO ON L PWM PWM PWM PWM PWM PWM DIGITAL TX RX RC Remote Data Pushbutton Data

10 diggin the code Im folgenden werde ich nur auf die Grundlegenden und wichtigsten Teile im Programmiercode eingehen. Alle verwendeten Libraries kann man Oben rechts im Bild auf einen Blick ersehehn. Abgesehen von Grundlegenden Funktionen für Ethernet und Serial Communikation wurden die Libraries Z_OSC (OSC Arduino - IOS), RCSwitch (Funksteckdosenset), Time (NTP Time von Zeitserver) und FMRX (FM- Receiver) verwendet. Die variable grindingtime gibt an wie lange die Mühle mahlen soll. Dementsprechend gibt es eine bestimmte Menge Kaffee. alarm_h, alarm_m, und alarm_s sowie rotampm und rottimeronoff werden für die Weckerfunktion benötigt. channel und volume gehören zur Radiofunktion. #include <SPI.h> #include <Ethernet.h> // version IDE 0022 #include <Z_OSC.h> #include <RCSwitch.h> #include <Time.h> #include <EthernetUdp.h> #include <FMRX.h> RCSwitch theswitch = RCSwitch(); time_t prevdisplay = 0; // when the digital clock was displayed byte mymac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xFE, 0xFE, 0xED ; byte myip[] = { 192, 168, 0, 155 ; // host IP int serverport = 8000; // NTP Servers: IPAddress timeserver(132, 163, 4, 101); // time-a.timefreq.bldrdoc.gov const int timezone = 2; // Central European Time EthernetUDP Udp; unsigned int localport = 8888; // local port to listen for UDP packets uint16_t i; float floatvalue; Z_OSCServer server; Z_OSCMessage *rcvmes; int grindingtime; int alarm_h; int alarm_m; int alarm_s; float rotampmval = 0; float rottimeronoffval = 0; float channel; // radio channel float volume; // radio volume const int buttonpin = 2; int buttonstate = 0; // the number of the pushbutton pin // variable for reading the pushbutton status /

11 diggin the code Im setup bereich wird u.a. der FM receiver, der über das I2C Protokoll kommuniziert, die Funkfernbedienung, sowie Ethernet und der Sync zum NTP-timeServer initialisiert. void setup(){ Serial.begin(19200); Ethernet.begin(myMac,myIp); server.sockopen(serverport); /** I2C initial */ i2c_init(); fmrx_power(); // radio an fmrx_read_reg(fmrx_reg_r); Serial.print("FMRX Module Power up.\r\n"); /** receive signal strength set, range:0-127*/ fmrx_set_rssi(127); /** set volume mute am start,nich war! */ fmrx_set_volume(0); Serial.println("Volume Set to zero my friend!"); /** * select a band, parameter: * BAND_EU: MHz, Europe */ fmrx_select_band(band_eu); //fmrx_set_freq(97.40),2; // DradioKultur fmrx_set_freq(104.6),2; //okerwelle Serial.print("erstma D-Kultur rein, dann nen kaff..."); // Transmitter is connected to Arduino Pin #10 theswitch.enabletransmit(10); pinmode(buttonpin, INPUT); Serial.print("IP number assigned by DHCP is "); Serial.println(Ethernet.localIP()); Udp.begin(localPort); Serial.println("waiting for sync"); setsyncprovider(getntptime); //setup 5V speaker (aus Promo-aktion eines bekannten Chipsherstellers)

12 diggin the code Die OSC library funktioniert folgendermaßen. Das Arduino überprüft sämtliche über das UDP Protokoll versendete Messages, die vom Smartphone gesendet werden und gleicht sie mit den Strings im ArduinoCode ab, die für den jeweiligen Controller der Smartphone App stehen. Findet eine übereinstimmung statt, ist der Controller (Button, Fader etc...) erkannt und seine Werte können im nächsten Schritt ausgelesen werden. void loop(){ //time if (timestatus()!= timenotset) { if (now()!= prevdisplay) { //update the display only if time has changed prevdisplay = now(); digitalclockdisplay(); //OSC if(server.available() ){ Serial.print("empfang\n"); rcvmes=server.getmessage(); for(i=0 ; i<rcvmes->getargsnum(); i++){ switch( rcvmes->gettypetag(i) ){ case 'f': floatvalue = rcvmes->getfloat(i); // strings für osc befehle //OSC strings //Grinder String coffeestrength = "/coffe/fadercoffeestrength"; String letsgrind = "/coffe/pushgrind"; //radiostation String radiovol = "/sound/fadervolume"; // String radiomute = "/sound/togglemute"; //String seekdown = "/sound/push1"; //String seekup = "/sound/push2"; String dkultur = "/sound/multipush1/1/1"; //String ndrkult = "/sound/multipush1/2/1"; //String ndrinfo = "/sound/multipush1/3/1"; String okerwelle = "/sound/multipush1/4/1"; // String bfbs = "/sound/multipush1/1/2"; // String dlf = "/sound/multipush1/2/2"; // String ndr1 = "/sound/multipush1/3/2"; // String airplay = "/sound/multipush1/4/2"; //Timer String fader_h = "/timer/fader1"; String fader_m = "/timer/fader2"; String rotampm = "/timer/rotary1"; String timeronoff = "/timer/rotary2"; //RCswitches --> MISC //String rcswitch2_on = "/misc/push1"; //String rcswitch2_off = "/misc/push5"; //String rcswitch3_on = "/misc/push4"; //String rcswitch3_off = "/misc/push6";

13 diggin the code Beispiel coffeestrength: String coffeestrength = "/coffe/fadercoffeestrength";.... if(coffeestrength==rcvmes->getz_oscaddress()){ grindingtime = rcvmes->getfloat(0); Serial.print("grindingTime:"); Serial.print(grindingTime); Serial.print("\n"); Wenn die Message coffeestrength heisst, fülle die variable grindingtime mit dem Floatwert, den die Message mit im UDP- Datenpacket hat.

14 diggin the code Der befehl zum Kaffemahlen kommt von der OSC Message letsgrind. Wird der Befehl empfangen, Sendet die 433Mhz Funkfernbedienung den Befehl theswitch.switchon(1, 1); Die Funksteckdose schaltet auf an. Dann erfolgt ein delay in mit dem Wert von grindingtime (entspricht Kaffemenge) und der Mahlprozess beginnt. Der 12V Motor bekommt Strom, und überträgt die Kraft auf das Mahlwerk. Daran anschließend wird der Befehl //Schleifen für osc //Grinder if(coffeestrength==rcvmes->getz_oscaddress()){ grindingtime = rcvmes->getfloat(0); Serial.print("grindingTime:"); Serial.print(grindingTime); Serial.print("\n"); if(letsgrind==rcvmes->getz_oscaddress()){ if(rcvmes->getfloat(0) == 1.0){ theswitch.switchon(1, 1); Serial.print("Status: grinding..."); Serial.print("\n"); delay(grindingtime); theswitch.switchoff(1, 1); Serial.print("Status: stopped grinding."); Serial.print("\n"); theswitch.switchoff(1, 1); gesendet, die Funksteckdose schaltet ab und der 12V Motor, sowie das Mahlwerk stehen wieder still.

15 diggin the code Die Radiofunktionen werden mit fmrx_set_freq(float) - Senderfrequenz fmrx_set_volume((int) - Lautstärke fmrx_seek(seek_down) - Suchlauf - fmrx_seek(seek_up) - Suchlauf + realisiert. //radiostation if(radiovol==rcvmes->getz_oscaddress()){ fmrx_set_volume((int)rcvmes->getfloat(0)); Serial.print("lautheit:"); Serial.print((int)rcvMes->getFloat(0)); Serial.print("\n"); if(dkultur==rcvmes->getz_oscaddress()){ if(rcvmes->getfloat(0)==1.0){ Serial.println(fmrx_set_freq(97.40),2); // if(okerwelle==rcvmes->getz_oscaddress()){ if(rcvmes->getfloat(0)==1.0){ Serial.println(fmrx_set_freq(104.60),2); //

16 diggin the code Falls das Smartphone malwieder irgendwo im Haus verschwunden ist, man jedoch schnell einen Kaffe genießen möchte, ist ein Easymode Button an der Front des Gerätes verbaut. Wird dieser Gedrückt wird für 35 sekunden Kaffe gemahlen, was in etwa 40g kaffe entsprechen. Einzusehen ist das ganze in void easymode(). Für die Weckfunktion gleicht das Arduino die Aktuelle Zeit vom NTP-Server mit den, in den entsprechenden varialblen gespeicherten, Werten ab. Stimmt Zeit mit der Weckzeit überein, Startet der Wecker (eingesteller Radiosender und Mahlgeräusch). void easymode(){ // read the state of the pushbutton value: buttonstate = digitalread(buttonpin); if (buttonstate == HIGH) { theswitch.switchon(1, 1); Serial.print("Status: grinding..."); Serial.print("\n"); delay(35000); theswitch.switchoff(1, 1); Serial.print("Status: stopped grinding."); Serial.print("\n"); void alarmtimer(){ alarm_s = 0; if(hour() == alarm_h && minute() == alarm_m && second() == alarm_s){ theswitch.switchon(1, 1); fmrx_set_volume(10); Serial.print("Status: grinding..."); Serial.print("\n"); delay(35000); theswitch.switchoff(1, 1); Serial.print("Status: stopped grinding."); Serial.print("\n"); void digitalclockdisplay(){ // digital clock display of the time Serial.print(hour()); printdigits(minute()); printdigits(second()); Serial.print(" "); Serial.print(day()); Serial.print(" "); Serial.print(month()); Serial.print(" "); Serial.print(year()); Serial.println(); void printdigits(int digits){ // utility for digital clock display: prints preceding colon and leading 0 Serial.print(":"); if(digits < 10) Serial.print('0'); Serial.print(digits); easy-mode button

17 CoffeeGrinder photos

18 finished product

19 finished product

20 finished product

21 finished product

22 CoffeeGrinder finished product

23 finished product

24 Norman Schlüter Freies Projekt HAWK SoSe2013 Leitung: Dipl. Designer Michael Helmbrecht