Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

Diskutiere Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2) im Vom Rohkaffee zum Selbströster Forum im Bereich Rund um die Bohne; Hallo, nachdem ich ja meinen Popcornröster schon mit einer manuellen Steuerung ausgestattet hatte...

  1. #1 KlausMic, 09.08.2009
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    Hallo,

    nachdem ich ja meinen Popcornröster schon mit einer manuellen Steuerung ausgestattet hatte (http://www.kaffee-netz.de/vom-rohkaffee-zum-selbstr-ster/30072-umbau-popcornr-ster-teil-1-a.html), habe ich nun angefangen, diesen per USB an mein Notebook anzuschließen. Sinn und Zweck soll sein, eine stabile Temperaturkontrolle zu erreichen und verschiedene Phasen (Bohnen vorwärmen, rösten, abkühlen) automatisch zu durchlaufen um so eine etwas bessere Reproduzierbarkeit hinzubekommen.
    Der Aufbau ist schon in weiten Teilen fertig, es fehlen nur noch der Temperatursensor (PT1000) und ein 12 Bit A/D-Wandler mit I²C-Bus von Maxim. Hier warte ich auf die Musterlieferung aus den USA... :-D
    Generell soll der Aufbau aus folgenden Teilen bestehen:

    • Popcornröster mit regelbarem Lüfter und schaltbarer Heizung
    • Elektronik: Lernpaket USB vom Franzis Verlag (incl. Experimentier-USB-Adapter - 8 Bit I/O und I²C-Bus-Emulation)
    • PT1000 Temperaturwiderstand, angeschlossen an 12 Bit A/D-Wandler, Wandler angesteuert über I²C
    • 2 Solid-State-Relais zum schalten von Heizung und Lüfter
    • 3 Taster zur mauslosen Bedienung
    • Notebook (eeePC 701) incl. Steuerprogramm
    In den nächsten Tagen (wenn der A/D-Wandler da ist) werde ich an dieser Stelle noch ausführlicher berichten, hier aber erstmal einige Screenschots vom Steuerprogramm (simuliert):

    Ruhezustand:
    [​IMG]

    Temperaturvorwahl:
    [​IMG]

    Vorwärmen 160°C für 300 Sekunden:
    [​IMG]

    Rösten mit den voreingestellten 220°C:
    [​IMG]

    automatisches Abkühlen nach Stop:
    [​IMG]

    Generell läßt sich eine Rösttemperatur vorwählen und dann der Röstprozess starten. Die eingestellte Temperatur wird dabei ausgeregelt (PID). Natürlich kann jederzeit auch eine andere Temperatur eingestellt werden. Eine Feineinstellung ist über + und - möglich. Diese beiden Buttons sind auch als Taster an der externen Steuerbox ausgeführt. Bei Bedarf kann ein vorwärmen / auftanken der Bohnen ausgewählt werden. Hier werden dann die Vorwärmzeit und Temperatur eingegeben. Nach dieser Zeit wird automatisch der eigentliche Röstprozess mit der zuvor ausgewählten Temperatur gestartet. Die Buttons 1. Crack und 2. Crack dienen nur zur Protokollierung. Werden diese betätigt, wird ein Zeitstempel zum jeweiligen Crack geschrieben. Ist ganz schön, wenn man nachher ein Protokoll der Röstung erstellen will. Wird der Stop-Botton betätig (welcher ebenfalls als Taster an der externen Steuerbox vorhanden ist), so wird der Abkühlvorgang eingeleitet. Die Heizung wird ausgeschaltet und die Soll-Temperatur auf 40°C gestellt. Ist diese erreicht (bei meinem Röster in der Regel nach ca. 1,5 Minuten) schaltet sich der Lüfter automatisch aus und die Röstung ist beendet....

    Bei Bedarf kann nun ein Protokoll der Röstung (Temperaturverlauf, Zeitstempel für 1. und 2. Crack u.s.w.) angezeigt und ausgedruckt werden. Wenn man will, kann man den letzten Röstvorgang auch als Preset abspeichen und sich so eine kleine Datenbank mit verschiedenen Röstungen erstellen. Diese lassen sich dann auch wieder laden und in gleicher Weise abfahren. Ob man damit dann allerdings reproduzierbare Ergebnisse erzielen kann, muss sich erst noch zeigen..... ;-)

    Die Steuerung von Heizung und Lüfter funktionieren schon. Auch die Temperaturregelung klappt in der Simulation ganz gut. Bewähren muss es sich aber noch, wenn es komplett ist..... :-D

    So, das war erstmal ein erster Überblick. Mit den weiteren Komplettierungen und Ausbauten werden ich diesen Thread hier fortführen.

    Und noch was: das Ganze ist nicht auf Popcornröster begrenzt. Es läßt sich theoretisch alles steuern, was eine Heizung hat....... ;-)

    Bis die Tage

    Klaus
     
  2. #2 Schivago, 09.08.2009
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    Hi Klaus,

    einen PT1000 gibt's für um die 12 € bei Conrad.

    Grüße,
    Schivago
     
  3. #3 KlausMic, 09.08.2009
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    Ja, genau den will ich mir auch kaufen. Habe aber noch Zeit, bis das A/D-Wandler-Muster von Maxim aus USA geliefert wird (hoffentlich!!!). Aber danke für den Hinweis.

    Viele Grüße

    Klaus
     
  4. #4 mhelbing, 09.08.2009
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    die wichtigste Frage ist: wo misst du denn die Temperatur?
     
  5. #5 KlausMic, 10.08.2009
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    Derzeit messe ich noch mit einem Einstichthermometer so ziemlich in der Mitte der bewegten Bohnenmasse, also etwas unterhalb der Mitte der Heizkammer. Dort will ich dann auch den PT1000 positionieren. Ich denke aber, dass die Position nicht sooooo ausschlaggebend ist, solange sie nicht verändert wird. Ob es bei angezeigten 220°C nun real 215°C oder 225 °C sind sollte egal sein, so lange die angezeigten 220°C dauerhaft konstant sind.

    Viele Grüße

    Klaus
     
  6. #6 katzenkaffee, 10.08.2009
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    Hi,

    das sieht ja richtig professioniell aus! Hast du vielleicht einen Schaltplan, bei dem man sieht wie du die SSR (und den Pt1000, auch wenn er noch nicht da ist) angeschlossen hast? Wieviel Watt hat denn deine Popcornmaschine?

    Viel Spaß noch beim Rösten!

    Gruß, Michael
     
  7. #7 KlausMic, 10.08.2009
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    Hallo Michael,

    Schaltplan und weitere Angaben will ich hier erst einstellen, wenn alles komplett ist und auch zufriedenstellend funktioniert. Ich denke, da wird sich im Laufe der Bastelei noch einiges ändern, wäre daher zu früh um es zu verteilen.
    Der Popcornröster hat 1200 Watt. Aufgeteilt auf zwei Heizungen zu 1000 Watt und 150 Watt (plus 50 Watt für den Motor).

    Viele Grüße

    Klaus
     
  8. #8 KlausMic, 12.08.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Kurzes Update: nach längerem Rumstöbern auf der TI-Homepage habe ich mich dazu entschlossen, alle Komponenten (also A/D-Wandler, IO-Bausteine) über I²C anzusteuern. Damit brauche ich den USB-Adapter nur noch als I²C-Konverter. Das hat den Vorteil, dass man die komplette Hardware nun mit allem möglichen steuern kann, man ist nicht auf den einen USB-Adapter festgelegt. Im Kopf schwirrt mir da mein alter PDA rum, der sich sicherlich irgendwie dafür misbrauchen läßt..... Zusätzlich kommt jetzt auch noch ein EEPROM mit rein (auch I²C) um einige Konfigurationsparameter wie z.B. Temperaturanstiegsverläufe dauerhaft zu hinterlegen. Die Software werde ich auch um die Auswahl der verschiedenen Temperaturanstiege erweitern. Also z.B. langsamer, konstanter Anstieg über x Minuten, Anstieg in x°C-Schritten, exponentiell etc.
    Laut FedEx kommen die Muster von TI morgen hier an, dann wird am WE wohl weiter gebastelt. Btw: weis hier einer, ob man beim Zoll den Realwert der Ware versteuern/-zollen muss, wenn die Ware als kostenloses Muster aus den USA geschickt wurde? :rolleyes:

    Viele Grüße

    Klaus
     
  9. #9 Schivago, 14.08.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Hi Klaus,

    ich arbeite an einem ähnlichen Projekt für eine Temperatur-Steuerung.

    Meine Komponenten:

    • Vellemann USB Interface Board K8055:
      Leider nur 8 Bit Eingänge daher etwas ungenau; ich habe mir mit einem Multiplikator geholfen, der im Bereich von 300° C die max. Spannung von 5 Volt ausnutze.
    • PT100 (Conrad)
    • Kemo Powercontroll M028 mit Kühlkörper
    • Entwicklungsumgebung: Microsoft Visual C# 2008 Express
    Meine Linksammlung

    • Eine Näherungsfunktion für den PT100 findest Du unter Temperaturmessung mit dem Pt100
    • "Linearisierung von resistiven Sensoren":
      Linearisierung von resistiven Sensoren ? Wikipedia
    • "Regelungstechnik -RN Wissen"
      http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik#PID-Regler).
      Eine sehr gute Einführung in die Regelungstechnik mit Erklärungen zu P, I, PI, PD und PID Regelern. Neben der elektrischen Schaltung ist auch immer eine Software-Implementierung angegeben
    • ZedGraph Grafikklassen für C#:
      Main Page - ZedGraphWiki
      Meine Idee war die Grafikklassen zur Darstellung des Röstverlaufs (Temp./ Zeit) zu implementieren. Was ich besonders bemerkenswert an den Klassen finde ist die Möglichkeit Graphen mit der Maus zu verändern. Damit könnte man eine Soll-Röstkurve implementieren, die man mit der Maus erstellen kann.
      Daneben könnte man beipielswiese Ist-Röstkurven laden als Liniendiagram laden, mit der Maus verändern und dann als Soll-Röstkurve wieder abspeichern.
      In dem Screenshot habe ich ZedGraph als Test mit einer Sinus-Funktion versorgt, da ich den Zugriff auf die Röstprofile noch nicht fertig implementiert habe.
    Wieso hast Du Dich für den PT1000 und gegen den PT100 entschieden?

    Es würde mich sehr freuen, wenn wir uns bezüglich der Steuerung weiter austauschen könnten.

    Viele Grüße,
    Schivago

    Screenshot meiner Steuerung-Anwendung (DEMO):
    [​IMG]
     
  10. #10 KlausMic, 15.08.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Hallo Schivago,

    finde ich ja klasse, dass es noch mehr so "Irre" gibt, die sich sowas basteln wollen! :-D

    Bei der Entwicklungsumgebung habe ich mich für Visual Basic 8 entschieden. Hatte aber einfach nur den Grund, dass die ganzen Beispiele und mitgelieferten Bibliotheken meines USB-Boards in VB geliefert wurden.
    Mein USB-Interface hat auch nur einen 8-Bit I/O. Wenn ich da dann auch noch mindestens die Heizung schalten will, bleiben max. 7 Bit für den A/D-Wandler, was eindeutig zu wenig ist. Deshalb habe ich mich für I²C entschieden. Da gehen dann nur 3 I/Os als I²C-Leitungen ab, der Rest kann frei verwendet werden. Eigentlich wollte ich folgende Bausteine verwenden:

    • A/D-Wandler: LK-1830 (16 Bit A/D von TI über I²C)

    • I/O: OM-8950 (8-Bit I/O von TI über I²C)

    • EEPROM: 24C16 ( 16 kBit von ATMEL über I²C)
    Dummerweise hat mir TI alle Samples als SMDs geliefert. Und da ich die Teile noch nie gelötet habe, habe ich erstmal umgeplant. Verwende als A/D jetzt den Max127 von Maxim. Ist ein 12-Bit A/D-Wandler mit 8 analogen Eingängen. Für die digitalen I/Os benutze ich dann doch erstmal die restlichen 5 freien Anschlüsse auf meinem USB-Adapter.
    Mit der Temperatur-Messung selbst bin ich mir noch unschlüssig, wie ich es machen soll. Entweder ganz klassisch die Temperatur aus den Messwerten berechnen, oder eine Referenzkurve fahren und die gemessenen Spannungen zu jeder Temperatur im EEPROM hinterlegen. Momentan tendiere ich eher zu letzerem, bin aber noch unschlüssig.
    Ja, warum ein PT1000 und kein PT100? Das kam auch eher aus dem Bauch raus. Beim PT100 habe ich zwischen 0°C und 200°C eine Widerstandsdifferenz von runden 76 Ohm, beim PT1000 sind es 760 Ohm. Ich bilde mir da die Möglichkeit einer höheren Messgenauigkeit ein. Kann aber auch ein Trugschluss sein, da sich das bei einer Vierleitermessung/Spannungsmessbrücke ja eigentlich wieder relativiert. Habe es auch noch nicht durchgerechnet.
    Dieses Wochenende will ich schauen, ob ich den Aufbau soweit hinbekomme, dass ich die Temperatur messen und die Heizung schalten kann (Heizung schalten geht eigentlich schon). Der Erfolg hängt aber auch vom (schönen) Wetter ab.... ;-)
    Hier auch noch ein paar Links, an denen ich mich ein wenig orientiere:
    Widerstandsthermometer ? Wikipedia
    Vierleitermessung ? Wikipedia
    Widerstandsmessgerät ? Wikipedia
    RoboterNetz.de ::

    Ach so, eine Frage: welchen Röster willst Du denn eigentlich steuern?

    Viele Grüße

    Klaus
     
  11. #11 KlausMic, 17.08.2009
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    Kurzes Update:
    Die Hardware funktioniert jetzt soweit. Der A/D-Wandler läßt sich auslesen, Heizung und Lüftung können geschaltet werden, auch das EEPROM ist ansprechbar. Als nächstes ist dann die Kalibrierung der Temperaturmessung dran, danach kann eigentlich auch schon der erste Probelauf starten. :-D

    Viele Grüße

    Klaus
     
  12. #12 KlausMic, 04.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    So, hier ein weiteres Update:

    zwischenzeitlich wurde ich etwas zurückgeworfen. Mit ist andauernd die Kommunikation auf dem I²C-Bus weggebrochen, so dass ich den Kontakt zwischen PC und Röster verloren habe. Zuerst dachte ich, es läge an Störeiflüssen von Heizung oder Lüfter und bin diesen Weg der Fehlersuche gegangen. War's aber nicht. Es lag an der mitgelieferten I²C-Library, die hat einfach einen Bug. Habe mir daher die Kommunikation jetzt komplett selbst geschrieben und es klappt endlich zuverlässig. Gestern abend habe ich dann die Temperatur kalibriert. Raumtemperatur, kochendes Wasser und Fieber werden jetzt zuverlässig und reproduzierbar gemessen und angezeigt. Heute abend wird dann der Temperaturfühler im Röster plaziert und dann kann es eigentlich auch schon mit den ersten gesteuerten Röstversuchen losgehen. Wie es funktioniert werde ich natürlich berichten, auch wenn ich einfach nur diesen Thread weiterführe..... ;-)

    Ein weiterer Ausbau ist auch schon in Planung. ;-) Damit ich nicht immer das Notebook mit anschließen muss, will ich im Röster selbst eine kleine Microcontroller-Steuerung einbauen. Dazu bekommt er dann einen Atmel-Controller, LC-Display sowie ein paar Knöpfe zum Bedienen. Das Notebook brauche ich dann nur noch, um neue Röstungen auszuprobieren und diese aufzuzeichnen. Bin ich dann der Meinung, diese oder jene Röstung gefällt mir, wird das Röstprofil in den Microcontroller übertragen und ist dann im Röster selbst jederzeit abrufbar (also ohne Notebook dran).

    Aber das ist noch Zukunftsmusik (auch wenn ich morgen schon mal zum Conrad pilgere....;-)), zuerst einmal muss es sich am WE grundsätzlich als brauchbar erweisen.

    Viele Grüße

    Klaus
     
  13. #13 Jan Kluczewitz, 04.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Toll!
    Das Ganze klingt ja nach einer richtigen Geschäftsidee. USB-Popcornmaker2CoolCoffeeRoaster. Also ich würde einen nehmen...
    Viel Erfolg weiterhin und Daumengedrücke.
     
  14. #14 KlausMic, 13.09.2009
    Zuletzt bearbeitet: 13.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    So, hier nun das nächste Update.....

    Inzwischen klappt die Temperatursteuerung per PC wirklich gut. Wenn z.B. 225°C eingestellt werden, pendelt die gemessene Temperatur zwischen 223°C und 226°C. Und das eigentlich reproduzierbar in allen Temperaturbereichen. Dabei ist noch nicht einmal eine komplexe Regelung programmiert, sondern einfach ein zu- bzw, abschalten den Heizung bei über- / unterschreiten den Schwellwertes. Es ließe sich also noch fast beliebig optimieren. In den ersten zwei Minuten sind die Über- oder Unterschwinger teilweise etwas größer. Sobald der Röster dann aber "durchgewärmt" ist, wird es recht konstant. Ich kann jetzt eine gewünschte Röstkurve vorgeben und diese dann abfahren. Erste Tests haben ergeben, dass die Cracks dabei immer zu den gleichen Zeiten kommen und die Röstgrade nach Zeit x identisch sind. Die gewünschten Röstergebnisse sind also reproduzierbar. Festgestellt habe ich auch, dass der PT1000 wesentlich schneller reagiert als mein Einstichthermometer. Teilwiese eilt der PT1000 um 15°C voraus um dann bei erreichen der gewünschten Temperatur vom Einstichthermometer eingeholt zu werden. Haben beide Ihre Temperatur ausgeregelt, liegen die Abweichungen zwischen beiden Thermometern im Bereich von +/- 1°C, also im Toleranzbereich.
    Eine Modifikation habe ich an der Lüfterregelung vorgenommen. Anstatt des Dimmers habe ich einen 3-fach Drehschalter eingebaut mit dem ich drei unterschiedliche Lüftergeschwindigkeiten auswählen kann. Diese kann ich dann bei Bedarf auch über den PC steuern um z.B. nach dem 1. Crack den Luftstrom automatisch etwas zu drosseln.
    Ein kleines Problem besteht aber noch. Eigentlich sollte ja alles über den I²C-Bus gesteuert werden und damit ganz gut vom PC entkoppelt sein. Da aber meine Port-Expander-ICs seit Tagen von FedEx quer durch Frankfurt transportiert werden ohne mich zu erreichen, muss ich derzeit die Leistungssteuerung der Heizung noch direkt über einen Port des USB-Adapters ansprechen. Und da scheint es noch ein kleines Problem mit der Spannungs(rück-)kopplung zu geben. Hin und wieder schlägt die Heizung beim einschalten auf den USB-Adapter zurück, der dann seine Verbindung zum PC verliert. Das sollte mit einer vollständigen Steuerung über I²C aber der Vergangenheit angehören....

    Inzwischen liegt hier auch ein 4x20 LC-Display rum. Das wird als nächstes im Röster-Gehäuse eingebaut um eine direkte Anzeige am Gerät zu haben. Zusammen mit einem kleinen Microcontroller kann dann auch unabhängig vom PC geröstet werden. Mehr dazu aber im nächsten Update.

    Viele Grüße

    Klaus
     
  15. #15 Jan Kluczewitz, 13.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Wow, toll! Danke für Deinen Bericht. Ich warte gespannt auf die Fortsetzung. Da ich mir nicht sicher bin, ob ich meinen Röster auseinander schrauben und neu einkasten will, stellt sich mir die Frage, ob sich das Prinzip sich auch auf einen einfachen ein/aus-Schalter anwenden ließe.
    Roast on!
     
  16. #16 KlausMic, 20.09.2009
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    So, es geht weiter.

    Heute wurde das LC-Display mit Mini-Bedienpanel angeschlossen:

    [​IMG]

    Angezeigt werden aktuell der Betriebsmodus, die verstrichene Zeit sowie Soll- und Ist-Temperatur. Mit den Tastern kann die Temperatur in 5°C-Schritten erhöht oder verringert werden. Der Schalter ist im Prinzip für "rösten ein/aus".
    Das Ganze funktioniert schon wirklich klasse, das Notebook kann nun igendwo abseits stehen, als Anzeige wird es nicht mehr benötigt. Inzwischen kann ich auch verschiedene Röstprofile eingeben, in der Art: erst 5 Min. bei 170°C, dann 5 Min. bei 225°C, anschließend Absenken auf 215°C und Stopp nach insges. 15 Min. 20 Sek. Damit werden die Röstungen wirklich sehr gut reproduzierbar. Derzeit zeichne ich alle Röstungen auf und speichere sie ab. Wenn es gut geworden ist, kann ich es dann später wieder abrufen und ggf. noch etwas optimieren. Abgesehen von den Ergebnissen, die immer besser werden, macht es auch irre Spaß! :-D

    Der nächste Schritt wird nun sein, das Notebook durch einen kleinen Microcontroller zu ersetzen. Das schöne ist ja, dass ich nur den I²C-Anschluss zur Steuerung benötige. Also lässt sich fast jeder Controller einfach anschließen, der Rest ist reine Programmierung.
    Weiterhin kommt die ganze Elektronik in ein formschönes Metallgehäuse. Anfangs hatte ich mit meiner fliegenden Verkabelung arge Probleme durch Störeinflüsse von Lüfter und Heizung. Erst durch eine Menge Abschirmmaßnahmen und einige LC-Glieder in den Zuleitungen konnte ich das bändigen.

    Das Ganze ist jetzt soweit stabil, dass ich mich mal dransetzen kann und Blockskizzen sowie Schaltpläne ordentlich erstelle. Sobald diese fertig sind, stelle ich sie hier ein, vielleicht kann ja der ein oder andere ein paar Ideen für sich herausziehen.

    Viele Grüße

    Klaus
     
  17. #17 Schivago, 20.09.2009
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    Hi Klaus,

    ich bin (wie immer ;-)) schwer beeindruckt von Deinen Aktionen!!

    Viele Grüße,
    Schivago
     
  18. #18 KlausMic, 21.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Oh, vielen Dank!! :-D

    Wobei dabei natürlich auch der Spieltrieb eine große Rolle spielt.... ;-)

    Letztendlich möchte ich aber eigentlich eine handliche kleine Box entwickeln, die sich recht leicht nachbauen läßt und in einer einfachen Variante mit Temperaturmessung, Heizungssteuerung, Display und Tasten nicht mehr als 50,- EUR kostet und sich recht einfach an einen Popcornröster anschließen läßt. Sollte eigentlich machbar sein. Dann könnte man sich für insgesamt 60,- bis 70,- EUR einen gut geregelten Heißluftröster basteln der auch einfache Profile abfahren kann. Also ähnlich wie die PID-Projekte hier. Aber bis es soweit ist, wird es noch etwa dauern....

    P.S.: wie ist denn der Stand bei Deinem Projekt?

    Viele Grüße

    Klaus
     
  19. #19 Jan Kluczewitz, 21.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Ich bin natürlich schwer beeindruckt und begeistert. Ich warte mit Spannung auf weitere Erfahrungsberichte.

    Vielen Dank für das regelmäßige Update und die Bastelei!
     
  20. #20 KlausMic, 21.09.2009
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    AW: Projekt: Popcornröster mit PC steuern (Umbau Teil 2)

    Die kommen bestimmt! Diese Bastelei hat nämlich noch zwei angenehmen Seiteneffekte: ich habe meinen Spaß und meine Frau hat ihre Ruhe.... ;-)
    Apropos Ehefrau: die trinkt trotz anfänglicher schwerer Skepsis inzwischen ausschließlich meinen selbstgerösteten Espresso. Will jetzt sogar mal ihren Kollegen was zum probieren mitbringen. Ist für mich natürlich wie ein Ritterschlag!!! :-D:-D:-D

    Viele Grüße

    Klaus
     
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