Gärsteuerung mit ESP32

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BlackYeti
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Gärsteuerung mit ESP32

#1

Beitrag von BlackYeti » Donnerstag 10. Dezember 2020, 13:45

Hallo zusammen,

der Klassiker: ich lese hier bereits seit langer Zeit still mit und bin ausgesprochen dankbar für die Fülle an Informationen. Gerne hätte ich die Community auf der HBCON besser kennen gelernt. Möglicherweise bekomme ich ja im nächsten Jahr die Chance. Vielleicht kann ich mit der Vorstellung meines letzten "Projekts" nun dem Einen oder Anderen ein klein wenig zurück geben. Vorher kurz zu mir: Ich bin Mitte 30 und wohne in Mülheim an der Ruhr. Seit gut 7 Jahren braue ich mit einem Freund in unregelmäßigen Abständen. Wir haben mit der Einkocher-Variante angefangen, und sind dann über einige Umwege mit halbgarem 20 l Klasse Eigenbau-Material schließlich zum Speidel Braumeister gekommen. Aufgrund der Beschränkungen in meiner Wohnung brauen wir in meiner alten Heimat in Werne (ca. 90 km Entfernung). Eine Überwachung und Steuerung der Gärung ist für mich daher nicht nur Spielerei sondern nahezu "lebenswichtig" :Bigsmile . Zwar gibt es bereits einige gute Kauf- und noch viel mehr und bessere DIY-Lösungen, ich habe aber großen Spaß am Eigenbau. Zum Projekt:

Gärsteuerung auf Basis ESP32
- Erfassen von Gärtanktemperatur, Umgebungstemperatur und Gärspund-Blobs pro Stunde
- Drei Schuko-Steckdosen mit Dauerstrom (weiß), Kühlung (blau) und Heizung (rot) für Begleitkühler, Kühlwasserpumpe und Heizkabel
- Anzeige aller relevanten Daten über ein kleines OLED-Display
- Eingabe der Solltemperatur über Drehencoder
- Übertragung aller Daten per MQTT über W-LAN an einen Broker (aktuell AllThingsTalk Maker)
- Konfiguration (W-LAN und MQTT) über eine Website

Damit ist es mir möglich die Temperaturführung aus der Entfernung zu überwachen und zu steuern. Über den Blobzähler kann ich erkennen ob die Hefe angekommen ist und ob die Gärung zu einem Ende kommt. Ich mache mir nicht die Illusion, dass ich damit eine genaue Aussage über Restzucker, etc. bekommen kann. Aber es reicht aus um halbwegs sicher zu sein, dass alles nach Plan läuft. Meist stellen wir zur Beruhigung der Nerven eine WebCam dazu.

Anordnung im Gehäuse:
Bild

Fräsen des Gehäusedeckels:
Bild

Fertiger Prototyp:
Bild

Displayanzeige:
Bild

Gehäuse Blobzähler für Speidel Gärspund
Bild

Funktion Blobzähler
Bild

AllThingsTalk Visualisierung:
Bild

Um die Sache so unkompliziert wie möglich zu halten, habe ich möglichst viele einfache Bauteile und fertige Module verwendet bzw. bewusst auf eine eigens angefertigte Platine verzichtet:
- Gehäuse mit transparentem Deckel für guten Spritzwasserschutz ohne Display-Ausschnitt, -Rahmen und -Abdeckung
- Aufbau auf Lochraster-Platine
- ESP32-DevKit, Programmierung in Arduino IDE
- Blobzähler-Gehäuse als SLS 3D-Druck, passend für Magnetfeld-Sensor Modul KY-003 Hall-Sensor

Sofern jemand Interesse am Quellcode, den CAD-Daten für den Blobzähler oder anderen Informationen für einen Nachbau oder sogar Ideen für eine Erweiterung haben, bitte gerne melden! Ich habe zwei baugleiche Geräte da wir oft einen Doppelsud machen und dann zwei Biere gleichzeitig vergären. Mein nächster Schritt wäre die direkte Integration einer iSpindel. Davon liegen schon zwei Stück fertig aufgebaut bei meinem Brau-Kumpel...

Viele Grüße
Daniel

büber
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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#2

Beitrag von büber » Donnerstag 17. Dezember 2020, 20:30

Hallo Black Yeti. Ich hätte grosses Interesse an dem Projekt und würde es gerne nachbauen.

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#3

Beitrag von BlackYeti » Freitag 18. Dezember 2020, 11:35

Warum die Bilder nun teilweise nicht mehr verfügbar sind, kann ich mir auch nicht erklären.

Für den Nachbau benötigt man mindestens folgende Fertigmodule:
- ESP32 NodeMCU
- Waveshare 1.5" OLED Display 128x128 Pixel
- 2x DS18B20 Temperatursensor (idealerweise bereits mit Kabel in Edelstahlhülse eingeklebt)
- KY-040 Dreh-Encoder Modul
- 2x 230 V Solid-State-Relais, ansteuerbar mit 3,3V (z . B. DollaTek 5V 2 Kanal SSR Solid State Relais Board)
Dazu kommen Steckdosen, Stecker und Buchsen für die Sensoren, Netzteil, Signalleuchten, Kabel und Gehäuse nach Wahl.

Für den Blobzähler benötigt man zusätzlich:
- KY-003 Hall Effekt Sensor Modul
- Gehäuse als 3D-Druck
- NdFeB-Magnet (ca. 20 mm Durchmesser, 1,5 mm Höhe)
Das KY-003 kann mit zwei M2 Schrauben im Gehäuse fixiert werden.

Die Anschlussbelegung geht aus dem Sourcecode hervor bzw. kann dort an eigene Wünsche angepasst werden. Den Code und die CAD-Datei von dem Blobzähler-Gehäuse sende ich gerne auf Anfrage per PN. Die bekomme ich hier nicht angehängt.

Als MQTT-Broker ist aktuell AllThingsTalk Maker mein Favorit und im Sourcecode hinterlegt (https://maker.allthingstalk.com/). Kann aber natürlich auch an die eigenen Bedürfnisse angepasst werden. Es müsste eine Registrierung erfolgen und dann ein Device mit den passenden Assets/Topics angelegt werden. Die genauen Namen der Assets/Topics sind im Sourcecode beschrieben und veränderbar.

Nach Flashen des ESP32 per Arduino IDE spannt das Gerät ein offenes WLAN auf. Logt man sich dort ein, kann man anschließend durch Aufrufen der IP 192.168.4.1 im Browser die Konfiguration durchführen. Die ist sehr simpel; Es müssen nur der WLAN-Name, das WLAN-Passwort, die AllThingsTalk Device ID und der AllThingsTalk Token (ohne "maker:") angegeben werden.

Zweiter Versuch für die Bilder:
1_Gehäuseanordnung.JPG
2_Fräsen.JPG
3_Fertiggerät.jpg
4_Display.jpg
5_Blobzähler_CAD.png
6_Blobzähler.jpg
7_AllThingsTalk_Maker_Screenshot.png
Viele Grüße
Daniel
Zuletzt geändert von BlackYeti am Samstag 19. Dezember 2020, 11:09, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#4

Beitrag von riegelbrau » Freitag 18. Dezember 2020, 20:49

Beeindruckendes Projekt! Danke fürs Teilen!
Kannst du erläutern, wie der Blobzähler (ich hätte eher Blub gesagt) die Blobs zählen kann? Da stehtwas von Magnet und Hallsensor. Ich bin keine E-Techniker, bin mehr auf der Software-Seite unterwegs, würde aber gerne verstehen, wie das funktioniert.

Gruß Christoph

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#5

Beitrag von ak59 » Freitag 18. Dezember 2020, 21:53

Hi,

würde das so beschreiben: ein Sensor, der auf die Änderung von Magnetfelden reagiert.

Gruß,

Andreas

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#6

Beitrag von BlackYeti » Samstag 19. Dezember 2020, 11:04

Andreas hat vollkommen recht. Dieses oben genannte KY-003 Modul ist im Grunde nur ein A3144 Hall-Sensor-IC auf einer Leiterplatte mit LED und Steckkontakten. Das IC reagiert mit relativ scharfer Trennung auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes. Wie auf den Bildern zu sehen ist, habe ich auf den orangenen Deckel des Speidel Gärspunds einen kleinen Magneten geklebt. Das IC ist durch das 3D-Druck-Gehäuse darüber befestigt. Hebt sich der Deckel an, dann wird irgendwann der Magnet erkannt. Beim Absenken des Deckels verlässt dieser den Erkennungsbereich des Sensors. Über das Fenster mit Millimeter-Markierungen im 3D-Druck-Gehäuse kann man die Höhe des Sensors an die Wasserlinie anpassen. Das habe ich in verschiedenen Messungen mit einem Prototypen des Gehäuses vorab ermittelt.

In der Software ist eine Erkennung der Zustandsänderung integriert. Diese hat eine Hysterese um ein Prellen bzw. die Unschärfe an der Grenze des Sensor-Bereichs zu vermeiden. Jedes erkannte Anheben des Deckels wird mit einem Zeitstempel in einer Tabelle gespeichert. In regelmäßigen Abständen addiert die Software alle Ereignisse der letzten Stunde zusammen -> Blobs - oder gerne auch Blubs :Bigsmile - pro Stunde. Ereignisse mit deutlich älterem Zeitstempel werden nach und nach wieder überschrieben um den Speicherbedarf und Suchaufwand klein zu halten.

Viele Grüße
Daniel

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#7

Beitrag von riegelbrau » Sonntag 20. Dezember 2020, 00:54

Das verstehe ich. Tolle Lösung!
Ich suche nach einer Lösung, für ein digitales Flaschenmanometer, um von Ferne den Druck prüfen zu können und auch Alarmschwellen zu setzen. Das sollte dann in die Home Automation OpenHab fließen. Andreas Spiess hat das in einem Video mit einem Reifendrucksensor gezeigt. Ich habe mir vermeintlich genau den bestellt. Leider funkt der anders, so dass rtl_433 ihn nicht auslesen kann.
Sorry fürs Kapern des Themas. Müssen wir auch hier nicht vertiefen. Bei Interesse mache ich ein separates auf.

Gruß Christoph

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#8

Beitrag von nursbeschde » Sonntag 20. Dezember 2020, 07:53

riegelbrau hat geschrieben:
Sonntag 20. Dezember 2020, 00:54
Das verstehe ich. Tolle Lösung!
Ich suche nach einer Lösung, für ein digitales Flaschenmanometer, um von Ferne den Druck prüfen zu können und auch Alarmschwellen zu setzen. Das sollte dann in die Home Automation OpenHab fließen. Andreas Spiess hat das in einem Video mit einem Reifendrucksensor gezeigt. Ich habe mir vermeintlich genau den bestellt. Leider funkt der anders, so dass rtl_433 ihn nicht auslesen kann.
Sorry fürs Kapern des Themas. Müssen wir auch hier nicht vertiefen. Bei Interesse mache ich ein separates auf.



Gruß Christoph
Das könnte was für dich sein
https://hobbybrauer.de/forum/viewtopic. ... =Spundomat
Gruss Denis

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#9

Beitrag von BlackYeti » Sonntag 20. Dezember 2020, 09:50

Wir haben alle die gleichen "Probleme" :Drink Ich hatte erst auch vor meine kleine Kiste um die Möglichkeit einer Druckmessung in der Flasche zu erweitern. Ein Reifendrucksensor ist ein sehr schlauer Ansatz! Ich dachte eher an einen Pneumatik-Druckmesser mit Analog- oder Digitalausgang (z. B. Festo SPAN-P10R-M5F-PNLK-PNVBA-L1). Wir haben uns dann aber für die ganz einfache Lösung entschieden und stellen jetzt immer eine 20 € WebCam dazu. Dann kann ich aus der Ferne schauen was die Flaschenmanometer anzeigen.

Viele Grüße
Daniel

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#10

Beitrag von mo* » Sonntag 20. Dezember 2020, 10:38

BlackYeti hat geschrieben:
Donnerstag 10. Dezember 2020, 13:45
Damit ist es mir möglich die Temperaturführung aus der Entfernung zu überwachen und zu steuern. Über den Blobzähler kann ich erkennen ob die Hefe angekommen ist und ob die Gärung zu einem Ende kommt.
Hallo Daniel

Ich habe mir auch eine Temperatursteuerung für den Gäreimer gebastelt. Für mich das früheste und zuverlässigste Anzeichen dass die Gärung gestartet ist, ist, wenn der Kühler die Einschaltfrequenz erhöht. Da sehe ich noch vor der iSpindel und vor irgendwelchen Schauminseln, dass die Hefe loslegt. Seither verlasse ich mich ausschliesslich darauf.
Beste Grüsse, mo

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#11

Beitrag von riegelbrau » Sonntag 20. Dezember 2020, 17:58

Hallo nochmal,
mich interessiert primär der Blobzähler, weniger die Temperatursteuerung. Der zählt ja hier nur, so dass man die Intensität der Gärung erkennen kann. Eine Umrechnung in Extraktabbau ist hier nicht realisiert, soweit ich es sehe?

Kann man den Blobzähler auch unabhängig von der Steuerung betreiben? Was bräuchte man dafür?

Gruß Christoph

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#12

Beitrag von BlackYeti » Sonntag 20. Dezember 2020, 19:13

mo* hat geschrieben:
Sonntag 20. Dezember 2020, 10:38
Für mich das früheste und zuverlässigste Anzeichen dass die Gärung gestartet ist, ist, wenn der Kühler die Einschaltfrequenz erhöht. Da sehe ich noch vor der iSpindel und vor irgendwelchen Schauminseln, dass die Hefe loslegt. Seither verlasse ich mich ausschliesslich darauf.
Das hört sich ebenfalls nach einer sehr guten Methode an. Die Temperaturerhöhung ist sicher ein eindeutiges Zeichen. Das werde ich mir merken!
riegelbrau hat geschrieben:
Sonntag 20. Dezember 2020, 17:58
Eine Umrechnung in Extraktabbau ist hier nicht realisiert, soweit ich es sehe?
Kann man den Blobzähler auch unabhängig von der Steuerung betreiben? Was bräuchte man dafür?
Nein, eine Umrechnung in Extraktabbau ist nicht realisiert und halte ich auch kaum für möglich sofern man einigermaßen verlässliche Zahlen haben möchte. Grundsätzlich ist das vielleicht mit einem guten mathematischen Modell aus den Blobs berechenbar. Das sollte dann aber nur für genau die berücksichtigte Konstellation gelten. Nachfolgend zwei Diagramme aus ein und derselben Gärung, überwacht mit iSpindel und meinem Blobzähler (Unterbrechungen in der Kurve waren längere Verbindungsabbrüche; sollte in der aktuellen Software nicht mehr passieren...).

iSpindel Restextrakt.png
Blobzähler.png

Beide Kurven zeigen eine deutliche Ähnlichkeit, sind aber nun mal nicht unmittelbar voneinander ableitbar. Wobei natürlich auch vollkommen unklar ist, ob denn die verwendete iSpindel verlässliche Werte ausgespuckt hat.

Selbstverständlich könnte man mit dem Gerät auch nur die Gäraktivität überwachen. Dann würde man nur folgende Teile benötigen:
- ESP32 NodeMCU
- KY-003 Hall Effekt Sensor Modul
- Gehäuse als 3D-Druck
- NdFeB-Magnet (ca. 20 mm Durchmesser, 1,5 mm Höhe)
- Waveshare 1.5" OLED Display 128x128 Pixel (optional wenn gewünscht)

Die Software könnte etwas entschlackt werden. Das Fehlen der beiden Temperatursensoren würde im aktuellen Stand Probleme bereiten. Diesen Teil rauszuwerfen ist aber kein großer Aufwand.

Viele Grüße
Daniel
Zuletzt geändert von BlackYeti am Sonntag 20. Dezember 2020, 22:50, insgesamt 2-mal geändert.

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#13

Beitrag von BlackYeti » Sonntag 20. Dezember 2020, 19:24

Vielleicht noch ergänzend: Ich habe mir vor Monaten mal zwei Gas-Durchflusssensoren von Honeywell besorgt. Damit könnte man natürlich einigermaßen genau die austretende CO2-Menge erfassen und genauere Berechnungen anstellen. Ist aber alles recht aufwändig und daher bisher nur ein Gedanke in meinem Kopf. Mit meinem Blobzähler fahre ich eigentlich gerade ganz gut. Ich will grob wissen ob die Hefe arbeitet und wann die Gärung zu einem Ende kommt. Der genaue Restextrakt ist für mich gar nicht so wichtig weil auch kaum beeinflussbar (aus der Ferne).
Zuletzt geändert von BlackYeti am Sonntag 20. Dezember 2020, 22:52, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Gärsteuerung mit ESP32

#14

Beitrag von riegelbrau » Sonntag 20. Dezember 2020, 20:47

Danke für die Erläuterungen und die beeindruckenden Kurven!
Ich werde mal mit meinem befreundeten E-Techniker sprechen, der ebenfalls braut. Vielleicht geht da was. Dann komme ich sicher nochmal auf dich zu, Daniel!

Liebe Grüße und schöne Weihnachten!
Gruß Christoph

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