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Smart-Home-fähig: Küchentimer im Eigenbau

16.06.2019 | 09:09 Uhr | Swen Hopfe

Bei diesem Projekt geht es um den Eigenbau eines Küchentimers, der auch in ein Smart Home integriert wird.

Unser Küchentimer ist den allseits bekannten Kurzzeit-Weckern nachempfunden, wie sie in vielen Küchen verwendet werden.
Ziel im Projekt war es, ein für den täglichen Einsatz brauchbares Gerät zu konstruieren, um die Gar- oder Backzeit im Griff zu haben oder sich an andere Dinge im Minutenbereich zuverlässig erinnern zu lassen. Wir haben uns an gängigen Vorbildern aus dem Handel orientiert, aber unser Gerät noch etwas mehr auf die eigenen Bedürfnisse abgestimmt.

Ich möchte zeigen, was ein Eigenbau mit einem Mikroprozessor-Baustein wie dem ESP 32 von Espressif im praktischen Gebrauch leisten kann. Daneben soll natürlich auch etwas experimentiert werden. Deshalb bietet der Entwurf zusätzlich einen HTTP-Server, so dass es möglich wird, alles auch über ein Smartphone oder Notebook zu kontrollieren.

Somit wird unser Timer ins lokale Web integriert und kann zu Hause divers kommunizieren, wie es die Zukunft der Geräte im smarten Home verspricht.

Bedienoberfläche auf dem Smartphone
Vergrößern Bedienoberfläche auf dem Smartphone
© Swen Hopfe

Die Software steht auf Github bereit, wo neben den aktuellen Quellen auch die Verdrahtung und Bildmaterial zu finden sind. Das Sketch „kitchentimer.ino“ wurde für den ESP 32 mit WiFi geschrieben. Im Quelltext sieht man: Es braucht die Adafruit LEDBackpack- und die Adafruit GFX-Library. Beide Bibliotheken können in der Arduino-IDE recht einfach geladen werden. Als Board wählt man dort ein ESP-WiFi-Kit oder Ähnliches aus.  

Für den Schritt-für-Schritt-Aufbau ist es bei kleineren Projekten wie immer eine gute Idee, zuerst mit einem Steckboard zu arbeiten. Da lassen sich schnell Anpassungen und Modultests vornehmen.

Ein Steckboard eignet sich gut für einen Schritt-für-Schritt-Aufbau
Vergrößern Ein Steckboard eignet sich gut für einen Schritt-für-Schritt-Aufbau
© Swen Hopfe

Die Schaltung braucht LED-Segmentanzeige mit I2C-Backpack, Taster, Piezo-Summer, Transistor und ein paar passive Bauteile. Die wenigen Komponenten kann man sich recht preiswert beschaffen. 

Da diverse ESP-Boards unterschiedliche Außenbeschaltungen haben, also bei der Pinbelegung abweichen können, muss man mitunter auf den eigenen Baustein angleichen. Das Wiring passt bei uns auf einen ESP 32-ST Wroom von Eboxmaker. Aber man kann auch einen anderen Baustein aus dem eigenen Fundus nehmen.

Ist alles getestet, fixiert man den schematischen Aufbau. Manche verwenden „Fritzing“ als Software, um das Ganze zu dokumentieren.

Schematischer Aufbau mit „Fritzing“
Vergrößern Schematischer Aufbau mit „Fritzing“
© Swen Hopfe

Bei einer so übersichtlichen Beschaltung bot sich an, alles auf einer Leiterplatte unterzubringen, die wir unter dem ESP-Modul angeordnet haben. Externe Bauelemente wurden verdrahtet.

Zusätzlich sollte noch ein aufladbarer Akku ins Gehäuse. Der ist hier nicht im Bild. Wir haben extra einen 600-mAh-Lipo angeschafft, damit auch alles in unser kompaktes Gehäuse passt.

Bestückte Leiterplatte
Vergrößern Bestückte Leiterplatte
© Swen Hopfe

Daneben haben wir noch eine kleine Platine mit der Ladeelektronik für den Lipo verbaut, die außerdem einen DC-DC-Wandler enthält und nach dem Akku 5V für LED-Segment-Anzeige und Piezo-Signalgeber abgibt. Die funktionieren sonst bei niedrigeren Spannungen leider nicht.

Zum Aufladen des Akkus wird nicht direkt am ESP, sondern an der Ladeelektronik angesteckt. Das geht im fertigen Aufbau am Unterboden vom Gehäuse. Links am Gehäuse befindet sich noch der Ein/Aus-Schalter, rechts der Signalgeber. Im Frontpanel hat rechts neben dem Display der Bedientaster Platz gefunden.    

Nun zur Web-Funktionalität. Um die Oberfläche aufzurufen, kann man sich ein Lesezeichen im Browser machen. Das Ganze lohnt sich, wenn eine lange Zeit eingestellt ist,während der man beispielsweise nicht mehr in der Küche oder in der Nähe vom Timer ist.

Dann kann man alles auch aus der Ferne kontrollieren. Das Webinterface aktualisiert nicht sekundengenau, sondern nur über ein paar Sekunden, gibt aber über das Ende der eingestellten Zeit zuverlässig Auskunft.

Startscreen - Webansicht
Vergrößern Startscreen - Webansicht
© Swen Hopfe

Im Unterschied zur Hardware gibt es hier mehrere Schaltflächen zur Eingabe. Da sich beim Druck auf einen Button einer Website schlecht feststellen lässt, wie lange gedrückt wurde, sind wir hier vom „Ein-Button-Prinzip“ abgewichen. Schließlich will man ja schnell an der gewünschten Voreinstellung für die Startzeit angelangt sein.

Running - Webansicht
Vergrößern Running - Webansicht
© Swen Hopfe

Unser Kurzzeitwecker rennt los, ganz egal, ob man ihn am Gehäusetaster oder per Start-Button im Webinterface dazu angewiesen hat. Alles, was online festgelegt wurde, wird auch auf das Gerät übertragen.

Umgekehrt ändert auch eine Eingabe am Gerät die Anzeige auf der Webseite, so dass alles immer synchron ist. Ist der Countdown beendet, wird das Ganze im Webinterface und auf dem Gerät angezeigt.

Zeit abgelaufen - Webansicht
Vergrößern Zeit abgelaufen - Webansicht
© Swen Hopfe

Damit zurück zum nun fertigen Timer. Wichtig war mir eine gut hörbare akustische Meldung, weil man ja nicht immer in der Nähe sein möchte, um von der Anzeige abzulesen. Unser Timer meldet sich da wie eine klassische Küchenuhr.

Und es gibt noch weitere Beepcodes:

  • Timer abgelaufen, Alarmmeldung            -  40 Beeps (500-ms-Intervall)

  • Nach Einschalten in WLAN eingeloggt     -   3 Beeps (200-ms-Intervall)

  • Log-in fehlgeschlagen, Offline-Betrieb     -   2 Beeps (200-ms-Intervall)

  • Abbruch des laufenden Countdown        -   1 Beep für eine Sekunde

Ein besonderes Ziel war die Ein-Taster-Bedienung des Geräts. Ähnlich wie beim Aufziehen von mechanischen Kurzzeit-Weckern gibt es bei unserem elektronischen Timer (neben dem Einschalter) nur eine Eingabemöglichkeit in Form eines Tasters rechts neben der Segmentanzeige. Denn wer mag schon komplizierte Küchengeräte, bei denen man erst überlegen muss, wie das mit der  Bedienung der vielen Knöpfe eigentlich war.

Ein-Taster-Bedienung
Vergrößern Ein-Taster-Bedienung
© Swen Hopfe

Daneben erschien eine gute Bedienerführung mittels diverser Anzeigen auf dem Display genauso wichtig. Bei unserem Timer sieht das so aus:

  • Nach dem Einschalten per WLAN eingeloggt   -   Anzeige –- C0 

  • Kein Netzwerk gefunden                                     -   Anzeige –- EE

  • Timer steht danach auf Preset von 1 min         -   Anzeige –1:--  

  • Gehaltene Taste rückt die Timer-Minuten vor  -   Anzeige 2,3 usw.

Um die gewünschte Voreinstellung schnell zu erhalten, wird in immer kleineren Zeitintervallen hochgezählt. Nach Erreichen der gewünschten Countdown-Zeit von beispielsweise 15 Minuten lässt man den Eingabetaster los und der Timer zählt sekundenweise abwärts. Man kann anschließend mit der gleichen Taste abbrechen und wie oben wieder neu stellen:

  • Loslassen, der Countdown beginnt                 -   Anzeige 15:00

  • Tastendruck während Laufzeit-Abbruch         -   Anzeige EE EE

Läuft der Countdown regulär ab, wird per Anzeige und Signalton alarmiert und der Timer behält anschließend seine letzte Voreinstellung. Halten wir jedoch während der Laufzeit an, springt der Timer auf den Preset von 1 min zurück. So ist es möglich, eventuelle Fehleingaben schnell zu korrigieren. 

  • Timer regulär abgelaufen, Anzeige blinkt         -   AA AA / –- --

Soviel zur kurzen Bedienungsanleitung. Der Ablauf ist gerade im Praxistest, da wird sich herausstellen, wo wir vielleicht noch etwas anpassen müssen.

Eine klassische LED-Segment-Anzeige, die kann zwar weniger als ein Vollgrafik-Display darstellen, ist aber gut ablesbar und ein minimales User-Interface reichen uns aus. Alle Bauteile wurden in einem ausgedienten USB-Hub-Gehäuse untergebracht.

Unser Küchentimer hat sich in den ersten Tagen nach der Fertigstellung im täglichen Gebrauch bereits bewährt.

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Smart Home umschreibt einen der vermutlich am stärksten wachsenden Trends der Zukunft: Intelligente Geräte und Haus-Steuerungssysteme, die Ihnen Ihr Leben erleichtern sollen. Denkbar und vielfach bereits erhältlich sind dabei Lösungen wie Einbruchschutz oder Sets zum Stromsparen. Oder Intelligente Systeme zur Hausbelüftung oder Heizungssteuerung. Smart TVs bringen das Internet ins Wohnzimmer und Waschmaschinen lassen sich per App steuern. Über intelligente Stromzähler haben Sie mit einem Blick aufs Smartphone den aktuellen Stromverbrauch im Griff. Sie sehen, die möglichen Anwendungen sind vielfältig. In diesem Themenbereich widmen wir uns dem Thema Smart Home, erklären, wie die Technik funktioniert und wie intelligent vorhandene Lösungen am Markt wirklich sind.

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