Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

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JackFrost
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Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#1

Beitrag von JackFrost » Donnerstag 20. Juni 2019, 15:26

Ich hab mir eine IDS2 gekauft und da ich CBPi nicht nutzen wollte, habe ich mir einen Temperaturregelung für die IDS2 gebaut.
Aktuell ist noch kein Automtikmodus für eine automatische Maischeführen vorhanden. Derzeit wird nur die Temperatur geregelt.

Als Temperaturfühler verwende ich einen PT100 Klasse AA. Der mit 300 mm direkt über dem Rührwerk im Ss 10 Gal Brautopf sitzt.
Das Messen des PT100 übernimmt ein MAX31865AAP+ . Damit habe ich 15 bit über dan ganzen Messbereich das PT100. Im für das brauen relevanten Bereich von 0 - 100 °C habe ich somit eine Auflösung von 0,03 °C.

Die Anzeige erfolgt über ein 1,3" OLED-Display und eine RGB-LED. Aktuell nutze ich nur die drei Grundfarben für
  • Rot : IDS2 heizt
  • Grün : Der Sollwert ist um +/- 1,5 °C erreicht
  • BLau : Debug der Daten von der Platte zur Regelung
Die EIngaben erfolgen über den Drehencoder.

Der µC ist ein ATSAMC21J21, wobei ich aktuell noch das Entwicklungsboard SAMC21 Xplained Pro nehme. Die selbst geätzte Platine passt auf einen Arduino, darf aber nur mit 3,3 V betrieben werden, da der MAX31865AAP+ keine höhre Spannung vertrögt.

Für die Kommunikation zur Platte habe ich Pegelwandler verwendet, so das die Pegel für beiden Seite richtig sind. Das Relais für die Hauptversorgung wird über eine Treiberstufe angesteuert. Die Steuerung selber bezieht ihre Spannung über ein externes 5V Netzteil , da ich nicht wusste wie stark ist das Netzteil der IDS2 belasten darf.

Die Regelung pulst wie bei matschies CBPI Plugin zwischen den Stufen. Als Zykluszeit habe ich 3 Minuten gewählt, so das die Leistungsänderungen nicht zu häufig kommen und eine Leistungsstufe mindestens 15s anliegt. Unter 10 % wird nicht geheizt. Die maximale Stufe kann zudem begrenzt werden.
Die Kommunikation erfolgt überTimerinterrupte, damit ich mir die Regelung nicht über delays blockiere. Aktuell läuft die CPU nur mit 3,69 MHz.
Die Brechnung des Sellgrades erfolgt alle 250 ms. Und die Temperatur wird mit ca. 50 Hz gemessen. Es fehlt noch ein gleitender Mittelwert für die Temperatur. Zudem muss ich das Fehlerbit noch auswerten, so das bei einem Fühlerfehler die gesendete Temperatur 300 °C ist.

Zudem will ich noch die Möglichkeit schaffen die Temperatur mit Eiswasser und kochendem VE-Wasser zu kalibrieren.

Es noch ein Platz für einen Luftdrucksensor vorgesehen um die Siedetemperatur zu berechnen und dann kurz davor die Leistung zu reduzieren.
Zudem kann noch ein FRAM eingebaut werden um hier ggf. Rezepte zu speichern.

Über den CAN sind folgende Erweiterungen geplant :
  • pH-Meter
  • Drehzalsteller für mein Kühlrührwerk
  • Kühlwasserregelung
All die Erweiterungen sollen über das Display angezeigt und eingestellt werden können.

Das Layout der Platine ist hier.
Die Platine verwenden hauptsächlich 0603 Bauelemente, Löterfahrung ist von Vorteil. Die Platine ist beidseitg bestückt. Ich hab kein Lötstopplaminat aufgetragen. Ohne dies ist das Löten jedoch schwieriger. Wenn ich nochmal eine Revision mache dann kommt Lötstopplaminat drauf, oder ich lasse sie fertigen.
Top.png
Bottom.png

Die Software liegt auf Github.

Die Platinen sind aktuell noch nicht in einem Gehäuse. Ich denke wenn die Garantie meiner IDS2 abgelaufen ist werde ich das Kabel für die Fernsteuerung durch ein M12 Kabel mit bekannte Kodierung ersetzen.

Ich danke matschie und allen die beim Entschlüsseln der Kommunikation der IDS2 geholfen haben.
IMG_2233.JPG


Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#2

Beitrag von beryll » Donnerstag 20. Juni 2019, 17:21

Oh Mann, ich bin ja schon froh, dass ich den CBPi aufbauen konnte, die paar Lötstellen habe ich gerade so noch hinbekommen - Hut ab, schöne Arbeit...!
VG Peter
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(Aktueller Bericht aus dem Gärfass)

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#3

Beitrag von dXn » Donnerstag 20. Juni 2019, 17:29

Hi,

sehr interessant! Ich habe auch eine IDS2 im Einsatz und hatte gehofft das irgendwann eine "Standalone" Lösung für die Platte kommt da ich mit RaspberryPi/CBPi noch nicht so richtig "warm" geworden bin. Ich hatte vorher eine Hendi mit der Arduino AiO und fand die Steuerung mit dem Encoder schön einfach.
JackFrost hat geschrieben:
Donnerstag 20. Juni 2019, 15:26
Die Platinen sind aktuell noch nicht in einem Gehäuse. Ich denke wenn die Garantie meiner IDS2 abgelaufen ist werde ich das Kabel für die Fernsteuerung durch ein M12 Kabel mit bekannte Kodierung ersetzen.
Ich habe das Kabel das aus dem Gehäuse kommt ersetzt. Da kein Garantiesiegel o.ä. vorhanden ist kann man das im Garantiefall wieder zurückrüsten so wie das Kabel aus dem Bedienteil. Das hatte ich hier auch schon mal beschrieben.
Das sieht dann mit einem Lumberg Quicklock Stecker so aus:
P1040096.JPG
Davon gibt es dann auch Einbaubuchsen, sind aber leider etwas teuer...

JackFrost
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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#4

Beitrag von JackFrost » Donnerstag 20. Juni 2019, 17:57

dXn hat geschrieben:
Donnerstag 20. Juni 2019, 17:29
Hi,
sehr interessant! Ich habe auch eine IDS2 im Einsatz und hatte gehofft das irgendwann eine "Standalone" Lösung für die Platte kommt da ich mit RaspberryPi/CBPi noch nicht so richtig "warm" geworden bin. Ich hatte vorher eine Hendi mit der Arduino AiO und fand die Steuerung mit dem Encoder schön einfach.
Ich werde das Dev-board noch durch eine eigene Platine ersetzen, dann ist es einfacher das man es sich selber baut. Ich hab das Devboard sehr günstig bekommen. Theoretisch könnte auch ein Arduino Zero gehen, aber dann muss man den Code portieren. Ich hab das direkt im Atmel Studio geschrieben, da ich so besser debuggen kann- Bei einem eigenen Board brauch ich dann noch nen Bootloader, da das Devboard einen eigenen Debuger drauf hat.
dXn hat geschrieben:
Donnerstag 20. Juni 2019, 17:29
Ich habe das Kabel das aus dem Gehäuse kommt ersetzt. Da kein Garantiesiegel o.ä. vorhanden ist kann man das im Garantiefall wieder zurückrüsten so wie das Kabel aus dem Bedienteil. Das hatte ich hier auch schon mal beschrieben.
Das sieht dann mit einem Lumberg Quicklock Stecker so aus:

P1040096.JPG
Davon gibt es dann auch Einbaubuchsen, sind aber leider etwas teuer...
Ich denke ich werde mein Kabel auch ersetzen dann gegen M12.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#5

Beitrag von JackFrost » Samstag 22. Juni 2019, 00:08

Ich hab heute den ersten Test mit meinem neuen Brautopf und 16 kg Wasser gemacht.

Die Regelparameter passen noch nicht für meine Strecke, ein Autotune habe ich (noch) nicht eingebaut, daher muss ich die selber empirisch ermitteln.

Ich hab die Platte mit maximal 80 % laufen lassen was 2,8 kW sind. Der PT100 reagiert schnell und braucht aufjedenfall einen gleitenden Mittelwert, da es mir sonst den D-Anteil unnötig zum schwingen bringt.

Ansich war es ein guter erste Versuch. Ich muss noch das Menu schreiben mit dem man die Regelparameter ändern kann , da ich das aktuell hartcodiert ist. Das Antiwindup werde ich so modifizieren das es den maximalen Stellgrad berücksichtigt. Es bringt nichts das bei 100 % zu begrenzen wenn die Platte eh nur 80% darf. Die 20 % brauchen zu langen zum abbauen wenn der Sollwert erreicht ist.

Aktuell bin ich bei 15,2 % Flash und 37,2 % Ram. Es ist also noch gut Platz auf dem µC.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#6

Beitrag von JackFrost » Samstag 22. Juni 2019, 21:44

Ich hab die Berechnung für die Temperatur aus dem Widerstandswert des PT100 nun auch kubisch umgestellt, damit der Fehler der Rechnung kleiner wird.
Die Messwerte werden über einen gleitenden Mittelwert von 12 Werten geglättet.
Die Regelparameter für meine Strecke habe ich nun gefunden, damit erreiche ich eine Temperaturstabilität von +/- 0,2 K. Zudem hab ich das Antiwindup vom I-Anteil optimiert, so das hier auch der maximale Stellgrad berücksichtigt wird.
Die Regelparameter können nun über das Menu geändert werden.

Für den ersten test, vermutlich nächstes Wochenende steht nichts mehr im Weg :)

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#7

Beitrag von JackFrost » Dienstag 9. Juli 2019, 22:08

Ich hab den ersten Sud mit der Regelung gebraut. Alles ist super gelaufen. Im Bereich von 72 °C könnten die Regelparameter etwas besser sein da war ich schon eher bei +/- 0,3 - 0,4 K Delta zum Sollwert. Der Prototyp kommt demnächst in ein Gehäuse und dann werde ich die Platine mit dem µC machen so das ich das DevBoard nicht mehr brauche.
Ich denke bei der nächsten Mouserbestellung werde ich den Luftdrucksensor bestellen und einlöten.
Ggf werde ich beim nächsten Sud die Date mal per CAN auslesen und aufzeichnen, damit ich besser sehen kann wie die Stabilität ist.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#8

Beitrag von JackFrost » Sonntag 18. August 2019, 20:45

Ich hab eine einfache Schrittkette als Automatikmodus geschrieben, welche folgende Punkte umfasst :
  • Einmaischetemperatur
  • Fünf Rasten
  • Läutertemperatur
Wenn die Einmaischetempratur mit +/- 0,5K erreicht wird und dann ein Temperaturabfall von > 2K vom Sollwert erfolgt, wird auf die erste Rast umgeschalten.

Bei jeder Rast wird geprüft ob der Sollwert > 25°C ist. Wenn die Rasttempertur kleiner eingestellt ist, wird die Rast einfach übersrpungen.
Wenn die Temperatur an 0,5 K an die Rasttemperatur rankommt, wird der Timer gestartet.
Nach dem Ablauf des Timers wird auf die nächste Rast gesprungen, bzw nach der letzen wird die Läutertemperatur angefahren und danach
einfach bei der Temperatur gehalten.

Die Temperatur der aktuellen Rast kann direkt geändert werden. Bei den anderen muss man das dann über das Menu machen.

Ich werde das mal mit Wasser testen und schauen wie das läuft.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#9

Beitrag von DerDerDasBierBraut » Sonntag 18. August 2019, 21:50

JackFrost hat geschrieben:
Sonntag 18. August 2019, 20:45
...
  • Fünf Rasten
...
Wenn die Rasttempertur kleiner eingestellt ist, wird die Rast einfach übersprungen.
Guter Schritt nach vorn :thumbsup
Für die meisten Sude sollte das ausreichen.
Mein Weizendoppelbock bräuchte aber schon 7 Rasten. Der BM konnte wenigstens 6, so dass ich mit 10 Minuten manuellem pausieren bei 48°C klar kam.
Absteigende Rasten sind manchmal gewollt. Sie sollten nur übersprungen werden, wenn die Dauer = 0 Minuten ist. Absteigende Rasten gab es beim BM auch nicht. Wäre also ein glatter Pluspunkt für deinen Controller. :Bigsmile
"Da braut sich was zusammen ... "
"Oh, Bier ;-) !"
"Nein! Was Böses!"
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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#10

Beitrag von JackFrost » Sonntag 18. August 2019, 22:46

DerDerDasBierBraut hat geschrieben:
Sonntag 18. August 2019, 21:50

Absteigende Rasten sind manchmal gewollt. Sie sollten nur übersprungen werden, wenn die Dauer = 0 Minuten ist. Absteigende Rasten gab es beim BM auch nicht. Wäre also ein glatter Pluspunkt für deinen Controller. :Bigsmile
Es geht um die Absoluttemptertur, wenn die <= 25 °C wird die Rast übersprungen. Bei 63 -> 55 wird nichts übersprungen, weil beide ja größer als 25 °C sind.

Sieben Rasten wird spannend, da ich aktull mit Einmäischen, Läutertemperatur, fünf Rasten und der Kopfzeile genau die 8 Zeilen des OLED hab. Da muss dann ein TFT her mit mehr mehr Zeilen. Oder ich muss schauen wie man scrollen kann. Dann gehen auch 7 Rasten. Ein Rezept mit 7 Rasten wären 50 Byte an RAM, das sollte also auch kein Problem sein.

Absteigende Rast ist kein Problem, da nun die Abfrage auf ein delta von +/- 0,5 ist. Somit läuft der Timer erst wenn die Temp von beiden Seite her nahe am Ziel ist. Wird in der finalen Version einstellbar sein.

Anbei noch eine kleine Demo vom Bearbeiten des Rezeptes.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#11

Beitrag von JackFrost » Sonntag 18. August 2019, 23:26

Es sind nun sieben Rasten. Die Rasten 5 - 7 werden über den letzen Menupunkt geändert. Hier wird erst die Rast gewählt, dann die Temperatur und als letztes die Zeit. Ist etwas umständlicher als die ersten vier. Aber es ist einfacher zu schreiben.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#12

Beitrag von JackFrost » Montag 19. August 2019, 00:19

Die oberste Zeile zeigt nun im Automode den aktuellen Schritt an.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#13

Beitrag von JackFrost » Mittwoch 28. August 2019, 23:17

Ich lass jetzt zum testen noch den Heizgradienten ausrechnen. Ich denke damit kann ich dann auch auf das wallende kochen schließen.

Wenn ich den CAN noch zum laufen bekomme, dann kann ich beim nächsten Sud die Atomatik aufzeichnen und die Werte hier mal
posten.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#14

Beitrag von JackFrost » Donnerstag 29. August 2019, 22:04

Ich hab heute den Alphatest mit Wasser gemacht. Um die groben Fehler zu finden und sie raus zu nehmen.

Das Erkennen der Zugabe der Schüttung hat mit Wasser als teste geklappt. Die Menge war etwas zu viel. Ich muss es mit weniger testen ob es dann auch verlässlich geht.

Ein Problem war das die Aktivierung des Timers einen Bug hatte. Nachdem ändernd es neuen Sollwertes wurde das Delta erst im nächsten Durchlauf ausgerechnet. Da das alte Delta im Bereich von +/-0,5K war wurde der Timer sofort gestartet. Das sollte nun gefixt sein.

Die Regelparameter passen für mich. Mal sehen ob ich die noch Verbessere.

Das Aufhaizen zur Einmaischetemperatur :
Einmaischen-Rast1.png
Die 2. Y-Achse mit Sollwert ist nicht in verwendung und wurde noch nicht entfernt. Beide Temperatur sind auf die linke Y-Achse skaliert.

Die reste Rast bei 45 °C gezoomed :
1.Rast zoom.png
Der gesamte test von heute :
Alles.png
Die zweite Rast bei 63 °C gezoomed :
2.Rast.png
Die fallende Temperatur am Ende liegt abschalten der Heizung. Ich hab noch gewartet bis die Lüfter aus waren. In der Zeit werden die Daten gesendet. Der Stellgrad der berechnet wurde ist dann nicht auf 0 gesetzt worden, da die Regelschleife weiter läuft. Da muss ich noch bisserl was ändern.

Morgen werde ich ein komplettes Maischeprogramm testen.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#15

Beitrag von JackFrost » Freitag 30. August 2019, 20:34

Ich hab nun ein Programm für mein nächstes Bier voll durchlaufen lassen und direkt im Anschluss das Wasser zum kochen gebracht.
Maische.png
Direkt nach dem "Einmaischen" ist noch ein Fehler, die Temperatur fällt bisserl unter den Sollwert der ersten Rast. Da die Solltemperatur aber kurz durchlaufen wird, passt das Delta zum Sollwert und der Timer startet. Hier werde ich den Gradienten mit einbeziehen. Dann kann ich das erkennen.

Die anderen Timer starten nun wenn die Rast mit +/- 0,5 K delta erreicht wird. Die Oscillatoren sind noch nicht kalibriert, daher ist die Zeitbasis für die Sekunden 10% zu langsam gelaufen. Da ich nun die Kalibrierdaten geladen haben, sollte das besser sein. Die finale Version wird dann einen Quarz mit 20 ppm haben.

Beim Kochen sieht man sehr gut wie der Gradient fällt. Das werde ich als Erkennung nehmen das die Würze kocht und dann Timer für das kochen starten. Ich denke ich werde noch eine Möglichkeit einbauen, das die Heizleistung kurz vor dem Sieden gesenkt wird, um ein Überschäumen zu verhindern.
Kochen.png
Kochen.png (5.57 KiB) 636 mal betrachtet
Die Regelgüte an sich ist gut. Ich bin bei maximal +/- 0,5 K mit einer Zykluszeit von 5 Minuten.

Rast2-1.png
Rast 3-1.png
Ich hab nun die CPU auf 48 MHz angehoben und die Timer usw auf 8 MHz gelassen. Damit wird alles etwa viermal schneller ausgeführt als mit 8 MHz. Durch die Waitstaits bei > 19 MHz skaliet die CPU nicht linear.

Die Daten werden nun von der Platte eingelesen und ausgewertet. Ich muss es nur testen, ob die Zeiten passen. Die Daten sind doppelt gepuffert.
So kann in der Main die Fehlermeldung ausgewertet werden, während der neue Frame empfangen wird.

Code: Alles auswählen

void TC0_Handler()
{
	static bool wait_for_preamble = true;
	static uint16_t pulse = 0;
	static uint16_t period = 0;
	if (TC0->COUNT16.INTFLAG.bit.MC0) {
		//The interrupt flag is cleared by reading CC
		 pulse = TC0->COUNT16.CC[0].bit.CC;
		 period = TC0->COUNT16.CC[1].bit.CC;
		if(wait_for_preamble)
		{
			if(period >= 0x3CD0 && period <= 0x4A54)  // Detect preamble
			{
				wait_for_preamble = false;
				if(data_IDS_a)
				{
					data_IDS[0] = 0;
				}
				else
				{
					data_IDS[1] = 0;
				}
			}
		}
		else
		{
			if(period <0x2000)  // Data
			{
				if(data_IDS_a)
				{
					if(period >= 0x500 && period <= 0xB00)
					{
						data_IDS[0] <<= 1;
					}
					if(period >= 0x14a0 && period <= 0x1B75)
					{
						data_IDS[0] <<= 1;
						data_IDS[0] |= 1;
					}
				}
				else   
				{
					if(period >= 0x500 && period <= 0xB00)
					{
						data_IDS[1] <<= 1;
						
					}
					if(period >= 0x14a0 && period <= 0x1B75)
					{
						data_IDS[1] <<= 1;
						data_IDS[1] |= 1;
					}
				}
			}
			if(period >= 0x7530 && period <= 0x84D0)  // End of Frame
			{
				wait_for_preamble = true;
				data_IDS_ready =  true;
				data_IDS_a ^= 1;  // Toggle Data destination
			}
		}
		PORT->Group[0].OUTTGL.reg = PORT_PA15 | PORT_PA09;
	}
	if (TC0->COUNT16.INTFLAG.bit.OVF) {
		TC0->COUNT16.INTFLAG.bit.OVF = 1;
		Error = Error_FF;
	} 
}
Läuft alles ohne das der Rest gebremst wird.

Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#16

Beitrag von DerDerDasBierBraut » Freitag 30. August 2019, 23:03

JackFrost hat geschrieben:
Freitag 30. August 2019, 20:34
...Die anderen Timer starten nun wenn die Rast mit +/- 0,5 K delta erreicht wird....
Das sehe ich als großes Benefit deiner Steuerung.
Der BM konnte per se keine absteigenden Rasten. Der CBPi überrent Rasten niedrigerer Temperatur als "Isttemperatur" pauschal.
Ich persönlich brauche absteigende Rasten nur selten, aber ich mag es, wenn eine Steuerung genau das macht, was man ihr sagt :thumbup
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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#17

Beitrag von JackFrost » Sonntag 1. September 2019, 21:26

Alle 7 Rasten laufen ohne Probleme. Auch mit nur 2K Delta zur nächsten Rat gibt es keinen Überschwinger der > 0,5 K ist.
7 Rasten.png
Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#18

Beitrag von JackFrost » Sonntag 22. September 2019, 22:35

Das Layout für die Regelung ist im groben fertig.

Ich schau ob ich noch einen Buzzer und einen Anschluss für einen Quittierungstaster drauf bekomme.
Der SPI Bus muss noch für das neue TFT Display auf einen Anschluss gezogen werden.

Ohne die Erweiterungen reicht ein OLED Display, aber mit den Erweiterungen kann zu wenig auf einmal Angezeigt werden.
IDs2.png
IDS2_r.png
Wenn die Hardware steht und läuft, kann ich mich um die Software kümmern. Mit Punkten wie :
  • Hopfentimer
  • Infusion / Dekoktion für die einzelen Rasten
Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#19

Beitrag von JackFrost » Montag 7. Oktober 2019, 23:00

So der 2. CAN ist auf der Platine für die Erweiterungen
Der SPI Bus ist für das TFT auf einer Stiftleiste.

Der Bestückungsdruck muss noch optimiert werden.
Einen Anschluss für einen Buzzer und einen Taster muss ich noch unterbekommen.
Dann ist die Platine soweit fertig.

Beim Bootloader muss ich schauen ob der Anschluss für den Wemos genutzt werden kann, so das man
die Firmware per SAM-BA auf den µC laden kann.
Steuerung Rev0.8.png
Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#20

Beitrag von JackFrost » Montag 7. Oktober 2019, 23:43

Der SAM-BA ROMless Bootloader ist so weit verändert das er mit dem UART und dem Encodertaster arbeitet.
Der Boatloader hat ca. 1% Flash, sollte also nicht so viel ausmachen.


Gruß JackFrost

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Re: Temperaturregelung für die IDS2 ohne CBPi

#21

Beitrag von JackFrost » Freitag 11. Oktober 2019, 23:32

Ich hab den Anschluss für einen Buzzer und zwei Taster hinzugefügt.

Die Montagelöcher müssen noch rein. Und zwei kleine Zusätzliche Boards für die Terminierung des SPI und für den PT100 zur Gehäusedurchführung müssen noch erstellt werden. Dann ist die Platine so weit das ich sie bestellen kann.

Gruß JackFrost

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