Projekt 12: Grill-App für ein Smartphone

Im Rahmen des Elektrotechnik Fachpraktikums war es unsere Aufgabe eine Android-App zu entwickeln, mit der ein Pelletgrill angesteuert werden kann. Die Gruppenmitglieder sind: Kathrin Liedmann, Benedikt Schulte und Dominik Rebein.

Der Pelletgrill war Thema der Praxisarbeit von Brüne/Haneke im Sommersemester 2013 und wird mittels einer mit Arduino realisierten Regelung betrieben, was die Einstellung von Soll-Temperaturen, Ist-Vergleich durch Sensoren und automatisierte Ansteuerung der Förderschnecke, des Ventilators und des Glühstabs ermöglicht.

Die Entwicklung der Grill-App stellt eine Erweiterung zu dem Pelletgrill dar und kann als Grundlage für weitere Fernsteuerungen für Arduino-Projekte verwendet werden.

Einleitung

Angesichts der zahlreichen Vorzüge der Einbindung des Pelletgrills in ein Wlan, entfiel die Verwendung einer Bluetooth Verbindung.

Vorteile des Wlan:

Zugriff auch außerhalb der Bluetooth-Reichweite
Zugriff über PC und diverse Endgeräte
stabile und schnelle Verbindung

Nach umfangreicher Recherche und anschließender Realisierbarkeits-Prüfung beschränkten sich die Hardwaremöglichkeiten aufgrund des Kostenrahmens auf die Verwendung der bereits vorhandenen Hardware (Arduino Ethernet Shield) in Kombination mit einem preiswerteren Wlan Adapter 28,95€ (Vergleich: Arduino Wifi Shield 89,95€).

Um diese Aufgabe zu realisieren waren folgende Schritte notwendig:

Beschaffung der Hardware
Verkabelung der Komponenten
Programmiertechnische Verbindungen der Komponenten
Programmierung der einzelnen Bausteine (Arduino, Website, App)
Anordnung und Schutz der Bauteile.

Hardware

Folgende Hardwarekomponenten haben wir benötigt, um die Aufgabenstellung zu realisieren:

Arduino

Der Arduino Mega wurde ausgewählt, da nur er die erforderlichen Ein- und Auswänge zur Verfügung stellt.

Er ist fest im Grill verbaut und übernimmt dort die Regelung und ist geichzeitig die Schnittstelle zur unser App, bzw. dem Ethernet-Shield.

Arduino Ethernet-Shield

Das Arduino Ethernet-Shield wird benötigt um eine Verbindung über Ethernet herzustellen.

Das Shield wird im Normalfall einfach auf den Arduino aufgesteckt und ist kompatibel mit dem "Uno" und "Mega".

Zusätzlich wird noch eine SD-Karte benötigt auf der die Index Datei für den Webserver liegt.

HAMA Wlan Adapter

Dieser HAMA Wlan Adapter wandelt das Ethernetsignal in ein Wlansignal um. Diese Variante wurde gewählt, da ein passendes Wlan-Shield zwar existiert,

jedoch zu teuer war.

Sonstiges

Der HAMA Wlan Adapter wird mit dem mitgelieferten Netzwerkkabel mit dem Ethernet-Shield verbunden. Der Arduino wird entweder mittels USB-Kabel oder mit einem Netzteil mit Spannung versorgt.

Software

Um die entsprechende Hardware aufeinander abzustimmen waren folgende Programmiertechnische Schritte nötig:

Arduino Programm

Das Arduino Programm hat folgende Aufgaben:

Das Ethernet-Shield initialisieren
Den Webserver starten
Die Website auf der sich im Ethernet-Shield befindenden SD-Karte laden
Die Variablen (z.B. Temperatur, Reglermodus) zu definieren
Ausgänge des Arduinos bei bestimmten Befehlen zu schalten oder zu messen
Arduino Programmcode

Den Grundaufbau und die ersten Schritte stammen vom Projekt Arduino als Webserver.

Hinweis: Um das Programm kompilieren zu können werden noch die Bibliotheken benötigt: (SPI.h, Ethernet.h, Textfinder.h SD.h)

Diese können wenn noch nicht vorhanden im Internet heruntergeladen werden, zusätzlich sind die Bibliotheken im SVN abgelegt.

Zur Einbindung kann wie folgt vorgegangen werden:

Herunterladen der Libraries.
Kopieren der Libraryordner in das Installationsverzeichnisses des Arduino-Programms:

 C:/Programme/Arduino/Libraries/

Webserver (Website in Html)

Der Webserver hat folgende Aufgaben:

Visualisierung der Variablen und somit der Zustände des Grills
Grundstrukturierung für den Aufruf in der App
Eventuelles implementieren weiterer Funktionen (Temperatursollwert, Temperaturverläufe)
Html Code

Wenn geringe Html Kenntnisse vorhanden sind, hilft die Seite Webserver und Html. Auf dieser Seite wird ein Beispiel für den Grundaufbau eines Webservers auf dem Arduino publiziert.

Android App

Installation der App

Übertragung der .apk-Datei (per USB Kabel) auf ein beliebiges Android Gerät
Die Installation der App erfordert eine Freigabe von unbekannten Quellen. Diese ist in den Einstellungen/Sicherheit/Unbekannte Quellen zu erteilen.
Auswahl der .apk-Datei in einem Dateimanager
Die Installation startet und im App-Verzeichnis wird eine Verknüpfung erstellt

Die App

Die Appentwicklung erfolgt mit MIT App Inventor. Der MIT App Inventor ist eine Google Freeware zur Entwicklung von Android Apps. Ein Block-Editor ermöglicht grafische Programmierung mit „Blöcken“ per Drag & Drop. Allerdings ist das Hochladen einer App in den Google Play Store kostenpflichtig.

Verwendungsbeispiele

Erste Schritte mit dem App Inventor

Folgende Aufgaben soll die App erfüllen:

Wartescreen und Aufruf der Website des Servers auf dem Arduino
Bedienung des Grills
Zur Installation der App müssen die .apk-Dateien auf das Endgerät geladen und installiert werden. Es gibt eine Version für ein Samsung Galaxy S3 I9300 Smartphone-App (bei anderen Smartphones kann die Darstellung verzerrt sein). Zusätzlich haben wir zu demonstrationszwecken noch eine Tabletversion erstellt.Tablet-App

Eine direkte Übergabe der Befehle über Buttons in der App an den Arduino ist mir dem MIT App Inventor nicht möglich.

Zusammenfassung

Im Rahmen des Elektrotechnik Fachpraktikums setzte die Aufgabenstellung sowohl fachliche als auch organisatorische Kompetenzen voraus. Beginnend mit der Recherche, Erstellung eines Konzepts und schließlich der Projektplanung mit kontinuierlichem Projekttracking, wurde eine systematische Vorgehensweise erreicht. Anschließend erfolgte die Bestellung der geforderten Hardware-Komponenten. Nach Erhalt der Hardware, konnte der physikalische Zusammenbau vorgenommen werden. Dies war nach der Planung der erste Meilenstein in dem Projekt, da das Zusammenspiel der Komponenten nicht auf Anhieb funktionierte. Anschließend konnte nach erfolgreichem Verbindungsaufbau mit der Weiterentwicklung der Software begonnen werden. Zur Realisierung der Temperatur Live-Überwachung wurden drei Software Teile benötigt: Zum einen die HTML-Webseite, welche über das erzeugte Wlan mittels der Hama Bridge mit dem Arduino kommuniziert. Die Ansteuerung sollte von einem mobilen Endgerät erfolgen, deshalb wurde eine App mit dem MIT App Inventor programmiert. Zusätzlich folgte die Einbindung in das Arduino Programm, welches den Mikrocontroller veranlasst, Temperaturdaten auf die SD-Karte zu loggen. Nach ausführlichen Tests und Debugging konnte die Entwicklung der App erfolgreich abgeschlossen werden. Für eine nachhaltige und nachvollziehbare Dokumentation war es notwendig Fortschritte und Erkenntnisse kontinuierlich festzuhalten und anschließend wissenschaftlich aufzuarbeiten.

Persönliches Fazit

Bei unserem Projekt haben wir gelernt ein Projekt von Anfang bis Ende zu Planen und Durchzuführen. Dabei haben wir Kenntnisse erworben, um mit dem MIT App Inventor eine Android-App zu erstellen. Darüber hinaus haben wir das Erstellen einer Website erlernt. Bei unserem Projekt handelt es sich um ein mechatronisches System, bei dem wir unsere bereits erlangten Kenntnisse aus den vorherigen Semestern anwenden konnten. Es ist möglich unsere Fernsteuerung auch für andere Arduino Projekte zu verwenden und weiter zu entwickeln, somit ist unser Projekt nachhaltig und kann fortgesetzt werden.