Dabei werden Mikrocontroller mit Sensoren und Aktuatoren ergänzt, um analoge Eingabewerte aus der realen Umwelt zu erfassen und mit Aktuatoren ebendiese Umwelt zu beeinflussen. Als Sensoren kommen häufig Thermoelemente, oder Photodioden zum Einsatz. Aktuatoren sind meist einfache elektromechanische Geräte, wie Schrittmotoren und Servos.Dieser recht moderne Zweig der Technik beschäftigt sich also mit der Steuerung technischer und mechanischer Vorgänge mit Hilfe von Mikrocontrollern.
Eine sehr elegante Möglichkeit zur Steuerung von mechanischen Vorgängen bieten Modellbauservos. Durch Massenfertigung und China-Import sind diese kleinen Kraftpakete sehr preisgünstig geworden. Brauchbare Standardservos sind mittlerweile für etwa 5.- Euro erhältlich.
Ein solcher Servo dient in diesem Projekt als mechanisches Herz eines Teeautomaten.
Teegenuss? - Es komm auf die Ziehzeit an!
Unter Teetrinkern ist bekannt, dass die Aufbrühzeit eines Tees einen erheblichen Einfuß auf seine Qualität und Wirkung hat. Daneben sind für verschiedne Teesorten unterschiedliche Aufbrühzeiten optimal. Kurze Ziehzeiten unterstützten grundsätzlich eine anregende Wirkung, während länger Ziehzeiten das Koffein abschwächen und damit eher beruhigen:
Tee-Wirkungen bei verschiedenen Aufbrühzeiten
| Ziehzeit | Wirkung |
| Zwei bis drei Minuten | Nach kurzer Zeit geht ein großer Koffein-Anteil in den Tee über. Gerbstoffe, welche die Coffeinwirkung unterbinden, werden dagegen noch nicht gelöst. |
| Vier bis fünf Minuten | Nach dieser Zeit wirkt der Tee jetzt durch den höheren Anteil an Gerbstoffen beruhigend. Bei zu langen Ziehzeiten kann aber ein bittereren Geschmack auftreten. |
Die folgende Tabelle gibt einen Überblick über die bevorzugten Zeihzeiten verschiedener Teesorten.
| Grüner Tee | Für eine anregende Wirkung ist eine Zeihzeit von 2 - 3 Minuten ausreichend. Eine Ziehdauer von 5 Minuten sollte nicht überschritten werden, da sich sonst Bitterstoffe freisetzen. |
| Schwarzer Tee | Optimale Ziehzeit: 2 - 3 Minuten.
Ab 5 Minuten kann der Tee bitter werden |
| Kräuter und Früchte Tee | Für eine anregende Wirkung sollten diese Teesorte etwa 5 Minuten ziehen.
Ab 10 Minuten wird das Aroma meist zu kräftig |
| Lapacho Tee | Hier gilt eine Zeihdauer von 4 Minuten als ideal |
| Oolong Tee | 3 Minuten sollten keinesfalls überschritten werden. Oolong Tee reagiert sehr empfindlich auf zu lange Ziehzeiten. |
Aufbau der Mikrocontroller-Einheit
Nach diesem kleinen Ausflug in die Teekunde nun wieder zurück zur Technik. Die Ansteuerung des Modellbauservos erfolgt üblicherweise über eine Fernsteuerung. Daneben ist es aber auch möglich, den Servo mit einem Mikrocontroller zu steuern.
Servos werden über Rechteckpulse mit variabler Pulsbreite gesteuert. Die Pulsbreite liegt im Bereich von 1 bis 2 ms. Die Servo-Mittelstellung wird bei 1,5 ms erreich. Diese Pusle lasssen sich sehr einfach mit einem Mikrocontroller erzeugen. Benutzt man einen Freeduino [1] für diese Aufgabe, dann steht sogar eine eigene Programmbibliothek zur Verfügung, welche die Aufgabe wesentlich vereinfacht.
Wenn man das Freeduino-Board dann noch ein eine passendes Gehäuse einbaut, dann steht ein sehr ansprechendes Servo-Steuergerät zur Verfügung. Die Nachfolgende Abbildung zeigt einen entsprechenden Aufbauvorschlag.
In den nächsten Abbildungen ist die Innenansicht des Steuergeräts dargestellt. Neben dem Freeduino selbst enthält das Gehäuse nur eine 4x7-Segmantanzeige.
Das zugehörige Schaltbild zeigt, dass das gesamte Gerät praktisch nur aus dem Freeduino, dem Display, vier Widerständen und einem Servo besteht. Weitere Komponenten sind nicht erforderlich.
Mechanik des Servoarms
Damit ein Teebeutel in das heiße Wasser gelangt, muss der Servo mit einem geeigneten Arm versehen werden.
Darüber hinaus ist eine Servohalterung erforderlich. Die Abbildung zeigt einen entsprechenden Aufbauvorschlag. Die Metallstreifen finden sich beispielsweise in einem Metallbaukasten. Aber natürlich können diese auch z. B. aus Aluminium-Stangen, wie sie in jedem Baumarkt erhältlich sind gefertigt werden.
Der Servoarm kann aus einer dünnen Sperrholzplatte ausgesägt werden. Die Befestigung am Servo erfolgt über ein Ruderhorn, welches meist mit dem Servo mitgeliefert wird. Der Teebeutel wird schließlich am Ende des Ruderhorns befestigt.
Die Software
Nach dem Einbinden der Programmbibliothek servo.h [3] und der Treiberfirmware für das LED-Display, LED_display.h, gestaltet sich das Teaduino-Programm recht einfach:
// Tea Timer
#include "TimerOne.h" // include timer
#include <Servo.h> // include servo bib
int mins=4, secs=00; // set start time
Servo myservo; // create servo object
int pos = 0; // variable to store the servo position
int offset = -20;
int minpos = 45;
int midpos = 90;
int maxpos = 135;
void setup()
{ DDRD = 0b11111111;
DDRC = 0b00001111;
myservo.attach(9); // attaches the servo on pin 9 to the servo object
}
#include "LED_display.h" // include display driver
void loop()
{ // three dips
delay(1000);
for (int i=1; i<=3; i++)
{ myservo.write(offset+midpos); delay(1000);
myservo.write(offset+minpos); delay(1000);
myservo.write(offset+midpos); delay(1000);
}
while ((mins > 0) | (secs > 0)) // Countdown until 00:00
{ number_output (mins*100+secs);
for(int n=0; n<=155; n++) refresh();
if (secs == 0)
{ secs = 60; mins--;
}
secs--;
}
// remove tea bag from tea
myservo.write(offset+minpos);
while(1)
{ number_output (0000);
for(int n=0; n<=30; n++) refresh();
}
}
Die Variablen:
int offset = -20;
int minpos = 45;
int midpos = 90;
int maxpos = 135;
bestimmen die Position des Servoarms. Mit „offset" kann die Mittelposition justiert werden. Im Hauptprogramm wird zunächst dafür gesorgt, dass der Teebeutel dreimal eingetaucht wird:
// three dips
delay(1000);
for (int i=1; i<=3; i++)
{ myservo.write(offset+midpos); delay(1000);
myservo.write(offset+minpos); delay(1000);
myservo.write(offset+midpos); delay(1000);
}
Dies sorgt für eine schnelle Durchfeuchtung des Beutels. Danach verbleibt der Teebeutel in der Kanne und der Countdown-Timer wird gestartet.
Die gewünschte Ziehzeit kann mit den Variablen
int mins=4, secs=00; // set start time
sekundengenau festgelegt werden. Details zur Programmierung der Zeitsteuerung können in [4] nachgelesen werden.
Nach Ablauf des Timers wird mit
// remove tea bag from tea
myservo.write(offset+minpos);
der Teebeutel wider aus dem nun fertigen Tee genommen.
Literatur
- Z. B. aus dem Franzis-Lernpaket „Freeduino"
- S. ELO-online-Beitag „Raduino"
- Die Arduino Bibliotheken können von der Internetseite www.arduino.cc herunter geladen werden. Dort ist auch beschrieben, wie die Bibliotheken in Arduuino-Programme eingebunden werden.
- G. Spanner: AVR-Mikrocontroller in C Programmieren, Franzis (2010):
Software-Download
TEADUINO-Software
Die passende Ergänzung zu diesem Artikel:
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