Projekt 12: Grill-App für ein Smartphone

Im Rahmen unseres Elektrotechnik Fachpraktikums war es unsere Aufgabe eine Android-App zu entwickeln, mit der ein Pelletgrill angesteuert werden kann. Der Pelletgrill war Thema der Praxisarbeit von Brüne/Haneke im SS 13 und wird mittels einer mit Arduino realisierten Regelung betrieben. Dies ermöglicht die Einstellung von Soll-Temperaturen, Ist-Vergleich durch Sensoren und automatisierte Ansteuerung der Förderschnecke, des Ventilators und des Glühstabs. Die Entwicklung der Grill-App stellt eine Erweiterung zu dem Pelletgrill dar und kann als Grundlage für weitere Fernsteuerungen für Arduino-Projekte verwendet werden.

Die Gruppenmitglieder sind:Kathrin Liedmann, Benedikt Schulte und Dominik Rebein

Einleitung

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

Vorteile des Wlan:

1. Zugriff auch außerhalb der Bluetooth-Reichweite
2. Zugriff über PC und diverse Endgerät
3. 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:

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

Hardwareübersicht

Hardware

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

Arduino

Arduino Mega

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

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

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:

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

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)

Zur Einbindung kann wie folgt vorgegangen werden:

1. Herunterladen der Libraries im .zip-Format
2. Kopieren der .zip-Datein in das Installationsverzeichnisses des Arduino-Programms:

 C:/Programme/Arduino/Libraries/

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

Webserver (Website in Html)

Der Webserver hat folgende Aufgaben:

1. Visualisierung der Variablen und somit der Zustände des Grills
2. Grundstrukturierung für den Aufruf in der App
3. Eventuelles implementieren weiterer Funktionen (Temperatursollwert, Temperaturverläufe)
4. 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

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

Die App

Android 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. Google Freeware zur Entwicklung von Android Apps Block-Editor ermöglicht grafische Programmierung mit „Blöcken“ per Drag & Drop Hochladen der App in Google Play Store kostenpflichtig. Verwendungsbeispiele

Erste Schritte mit dem App Inventor

Folgende Aufgaben soll die App erfüllen:

1. Wartescreen und Aufruf der Website des Servers auf dem Arduino
2. Bedienung des Grills
3. 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 und 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 einfache Android-App zu erstellen. Darüber hinaus haben wir das Erstellen einer einfachen Website erlernt, sowie das Zusammenspiel zwischen Elektrotechnik und Informatik. 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.

Anhang

Medium:GrillApp.zip

Medium:BOM 12 Grillapp.xlsx

Verbesserungsvorschläge zum Artikel

Ulrich Schneider (Diskussion) 11:40, 25. Jan. 2014 (CET)

• In einem wiss. Artikel kommt kein ich, wir oder uns vor.
• Software hat nicht HSHL Standard (Header und Kommentare fehlen, Coding Guidelines wurden nicht berücksichtigt)
• Projektlogbuch fehlt
• PAP fehlen
• Explizite BOM fehlt im WIKI (Wie werden beispielsweise die Komponenten ohne Kabel verbunden?)
• Eine Zusammenfassung fehlt.

Prof. Dr. Mirek Göbel am 31.01.2014:

• Beschreiben Sie, was der Pellet-Grill macht.
• Erläutern Sie Ihr Konzept am Anfang und warum Sie es so umgesetzt haben!
• Arduino Aufgabe 6 ist wahrscheinlich nicht so gemeint
• Bibliotheken herunterladen. Und was dann? Wohin damit? Bitte erklären Sie alles schön schrittweise!
• Quellcode bitte ausführlichst kommentieren
• Was ist App Inventor und wozu kann man den verwenden?
• Wie App genau installieren?