Holy Trinity Version 1.0 Upgrade

„IOT – Internet der Dinge“ und „Smart“

Nach dem fertigen „mechanischen“ Bau des Smoker´s, verlangte es mir schon bald nach einer automatischen Feuerung.

Für diejenigen die nicht gerne lesen geht es hier gleich zum Video 😉

Denn die „Longjobs“ erfordern eine gleichbleibende Wärmequelle über einen längeren Zeitraum. Da ich alle 20 min. ein Holzscheit bei traditioneller Feuerung nachlegen musste, kam recht schnell die Idee auf, die Feuerung zu automatisieren.

Lange liess ich die Idee zur Automatisierung in meinem Kopf reifen, bis ich schlussendlich das Ganze praktisch umsetzte. Während des theoretischen planens im Kopf, streiften an mir auch immer wieder die Begriffe „Smart“ und „IOT – Internet der Dinge“ vorbei. Die Idee war jetzt plötzlich nicht nur noch eine automatische Feuerung sondern der Smoker sollte komplett Smart werden. Das heisst Folgendes für mich:

Bedienung / Steuerung über ein Webgui (Touchscreen)
Bedienung /Steuerung von irgend einem Browser intern im Netzwerk oder per VPN von irgendwo auf der Welt
div. Information (Temperaturen, Förderzeiten, Fan-Speed u.s.w.) sollen auf dem Webgui / Browser dargestellt werden
Musikwiedergabe / Steuerung soll ermöglicht werden
optische Infos mittels eines digitalen LED-Stripe
div. einstellbare Alarmierungen per Telegramm aufs Smartphone
Datenlogging in eine Datenbank inkl. grafischer Darstellung in Diagrammen
u.s.w.

Folgende Komponenten habe ich für das „Upgrade“ des Holy Trinity Version 1.0 verwendet

Die elektronischen Bauteile:

Arduino Mega mit Yun Shield
Erweiterungsboard Thermocouple Amplifier MAX31855
Solid State Relais AC DC 220V
Solid State Relais DC DC 12V
Netzteil 220V to 12V 20A
Netzteil 12V to 5V 5A
Ultraschallsensor
Heizpatrone 200W @ 220V
Servo S3003
Servercase-Fan 15000 1/min @ 12V PWM
Arduino Nano
Digitaler LED Stripe
Rapberry Pi3
5″ Tochscreen
Hifiberry AMP+ 2x25W
Lautsprecher
Iobroker
WLANThermo nano

Die mechanischen Bauteile:

Förderschnecke
Scheibenwischermotor
Eichenfässchen
Pelletfallrohr
Brenntopf
Luftzufuhrrohr
Exhaustklappe

Die Funktion der einzelnen Bauteile

Der Arduino Mega ist das Herz der Steuerung:

steuert/regelt den Startvorgang
steuert/regelt die Pittemperatur anhand der Pitsolltemperatur
steuert/regelt den Boostmodus
steuert/regelt den Shutdown
liefert div. Telemetriedaten für das Datenlogging und für die Visualisierung

Das Yun-Shield:

Schnittstelle zwischen dem Arduino Mega und dem LAN / Wlan
ermöglicht das Hochladen der Firmware zum Arduino Mega per LAN / Wlan

Der Arduino Nano ist der Slave des Arduino Mega:

nimmt per I2C-Bus Befehle vom Arduino Mega entgegen
Ansteuern des digitalen LED Stripes

Der Raspberry Pi3:

ansteuern des 5″ Touchscreen für die Visualisierung und Bedienung des Smokers
MPD Music Player Daemon Dienst bereitstellen
ermöglicht das programmieren des Arduino Nano per Netzwerk
ansteuern der Hifiberry Amp+ Endstufe

Der Iobroker:

MQTT-Broker bereitstellen
Visualisierungsfunktionen bereitstellen
Überwachungs- und Benachrichtigungsfunktionen bereitstellen
Schnittstelle zwischen dem Yun Shield (Arduino Mega), Raspberry Pi3, WLANThermo nano und der Thingspeak Plattform
Telemetriedaten-Logging

Das WLANThermo nano:

messen der Kerntemperatur des Garguts

Der Scheibenwischermotor:

treibt die Förderschnecke an

Das Pelletfallrohr:

ermöglicht der Förderschnecke die Pellets zielsicher in den Brenntopf zu befördern

Der Brenntopf:

hier erfolgt die Abbrennung der Pellets

Das Luftzufuhrrohr:

in dem Luftzufuhrrohr ist der Fan montiert und bläst Frischluft in den Brenntopf

Die Exhaustklappe:

ermöglicht unterschiedliche Öffnungsquerschnitte am Kamin

Das Eichenfässchen:

dient der Lagerung der Pellets

Die einzelnen Phasen während des automatischen Betriebes des Smokers

Ablauf der Startphase des Smokers:

Startphase 1:

Für eine Minute lang wird vorgeglüht, dabei wird die Heizpatrone mittels eines Solide State Relais mit 220V angetaktet.

Startphase 2:

Nach einer Minute wird der Fan mit einer Leistung von 60% eingeschaltet und es werden alle 30 Sekunden für eine Sekunde lang Pellets gefördert.

Startphase 3:

Sobald die Temperatur im Garraum grösser als +30°C ist, wird die Vorglühung ausgeschaltet, der Fan läuft jetzt mit 80% Leistung und es wird jetzt alle 20 Sekunde für eine Sekunde lang Pellets gefördert.

regulärer Betrieb:

Wenn die Pitisttemperatur +130°C erreicht hat wird die Startphase 3 beendet und die Steuerung geht in den regulären Betrieb über.

Im regulären Betrieb wird der Pelletsfördermotor primär von der Aussentemperatur, der Pitisttemperatur und der Pitsolltemperatur abhängig gesteuert.
Die Exhaustklappe wird mittels eines PDI-Reglers angesteuert, bei zu hoher Pittemperatur wird die Klappe geöffnet und bei zu tiefer Pitsolltemperatur geschlossen.

Über das grafische Webgui auf dem 5″ Touchscreen ist man zu jeder Zeit über den Zustand des Smokers informiert.

Während dem Smoken kann über den Touchscreen passende Musik abgespielt werden.

Weiter kann man sich per Smartphone vom Smoker benachrichtigen lassen, wenn z.B. die Pittemperatur einen bestimmten Temperaturwert überschreitet (Untertemperatur oder Obertemperatur)
Ebenfalls kann die Sollkerntemperatur eingestellt werden, bei der man auf dem Smartphone benachrichtigt wird.

Auf dem „History“ Webgui können die Temperaturverläufe betrachtet werden.

Wenn der Pelletsvorrat zu Neige geht, informiert der Smoker einem ebenfalls genug früh, damit er immer genug „Futter“ für die Wärmeerzeugung hat.
Der Pelletsstand im Eichenfässchen wird mit einem Ultraschallsensor gemessen.

Boostmodus:

Möchte man z.B. Pizza im Smoker backen, so kann der Boostmodus aktiviert werden.
Die Temperatur steigt dann auf ca. +240°C im Garraum, so enstehen wunderbare „Holzoffen-Style“ Pizzas.

Runterfahren:

Wenn der Smokervorgang beendet ist und man die Feuerung ausschaltet, wird der Brennraum runtergefahren, das heisst die Pelletsförderung wird gestoppt und der Fan wird für 5 Minuten mit 90% Leistung angesteuert.
So verbrennen die restlichen Pellets noch vollständig und der Brenntopf ist für den nächsten Einsatz bereit.

optische Rückmeldungen:

Der digitale LED-Stripe hat verschiedene Funktionen. Er kann z.B. einfach als Beleuchtung eingeschaltet und genutzt werden.
Oder während des Betriebes werden „optisch“ die verschiedenen Betriebsarten / Garstadien über den LED-Stripe mit verschiedenen Farben / Mustern angezeigt.

Sonstige Funktionen:

alle Funktionen des Smokers können auch per Smartphone genutzt / gesteuert werden
zur Funktionskontrolle können die Aktoren einzeln per Webgui angesteuert werden
die LED-Effekte können ein- und ausgeschaltet werden
per Webgui können voreingestellte Webradiostationen oder Playlists abgespielt werden
die Verläufe der Temperaturen können grafisch im Webbrowser betrachtet werden
die Alarmierungen können per Webgui ein- und ausgeschaltet werden
die Temperaturschwellen für die Alarmierungen können per Webgui eingestellt werden

Dieses Projekt war, oder besser gesagt ist für mich der absolute super Knaller.

Denn meine liebsten Themen, die mich sehr faszinieren, sind in diesem Projekt zu einem Ganzen verschmolzen.
Zu dem einen ist da die Mechanik des Somkers, zum dem anderen die Elektronik und die Informatik. All diese Bereich zusammen ergeben eine perfekte Symbiose des Smokererlebnisses für mich. Übrigens verlief der erste reale Testlauf absolut Störungsfrei. Der Smoker garte während ca. 20h einen Schweinebraten ohne ein Zutun von mir. Der Braten wurde dann „zerpflückt“ und es entstand ein „Traum-Pullet-Pork-Burger“ daraus.