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arduino:flaschenkuehler:programmversion_0.5

Flaschenkühler - Programmversion 0.5

Diese Programmversion wurde einem ausführlichen Praxistest unterzogen (ca. 150 Stunden). Die dabei gewonnenen Erkenntnisse flossen in letzte Programmverbesserungen ein.

Es zeigte sich, dass der grafische Anzeigemodus in der Art und Weise, wie er mit dem Arduino Nano umgesetzt werden kann, wenig informativ ist. Ich habe ihn daher ersetzt durch einen „Expertenmodus“, der die folgenden Werte im Textformat ausgibt:

  • Solltemperatur
  • Isttemperatur Becherrand
  • Isttemperatur Becherboden
  • Umgebungstemperatur
  • Kühlkörpertemperatur
  • Kühlleistung
  • Lüfterdrehzahl

Der dadurch frei gewordene dynamische Speicher wird genutzt, um auch den Thermistor am Becherboden auszulesen. Er fleißt aber nicht in die Regelung des Peltier-Elements ein.

Außerdem wurde der Wert für den Activity threshold für die Thermistoren Nr. 2, Nr. 3 und Nr. 4 von 4 (default) auf 6 erhöht, damit die Isttemperatur am Kühlbecherrand und des Kühlkörpers weniger „zappeln“.

Schließlich wurde der Wert reduziert, der auf die gemessene Umgebungstemperatur addiert wird und der Setpoint für den PID-Regler des Lüfters ist. Experimentell zeigt sich, dass die Reduktion der Kühlkörpertemperatur um 1 °C dazu führt, dass das Peltierelement mit 5% weniger Leistung aufbringen muss, um eine Temperatur von 8°C halten zu können. Es zeigt sich, dass ein Offset von 8 °C optimal ist. Wird der Offset-Wert kleiner angesetzt, läuft der Lüfter sehr häufig mit hohen Drehzahlen.

Das Array mit den Farbwerten für die Temperaturanzeigen auf dem OLED-Display wurde mit PROGMEM in das EEPROM verlegt, da sonst der Arbeitsspeicher sehr knapp wird. Dadurch werden ziemlich genau 10 % des Arbeitsspeichers freigegeben.

To Dos:

  • Nach etwa 250 Betriebsstunden zeigt der Thermistor am Becherrand viel zu hohe Temperaturen an. Ich fürchte, er ist kaputt. Kurz darauf hat der Thermistor am Becherboden das gleiche Verhalten gezeigt.
  • Da Thermistoren offenbar kaputt gehen können, sollte für die Kühlung der heißen Seite eine Schutzfunktion für Überhitzung programmiert werden. Diese könnte so aussehen, dass der Lüfter in einen vom PID-Regler unabhängigen Notfallmodus schaltet, wenn der Duty Cycle des Peltierelements über eine gewisse Zeit über beispielsweise 30 % liegt. Der Prozentwert sollte von der passiven Kühlfähigkeit des Kühlkörpers abhängig sein.
// Flaschenkühler - Programmversion 0.5
// Diese Version des Programms ...
// ... regelt ein Peltier-Element und einen Lüfter mit jeweils einem PID-Regler ...
// ... misst dafür vier Thermistoren und berechnet die Temperaturen ...
// ... stellt die Solltemperatur des Kühlbechers über zwei Taster ein ...
// ... speichert die Solltemperatur im EEPROM  ...
// ... misst das Tachosignal des Lüfters aus und berechnet die Drehzahl ...
// ... überwacht die Funktion des Lüfters ...
// ... zeigt verschiedene Werte auf einem OLED-Display an ...
// ... unterstützt verschiedene Anzeigemodi ...
// ... zählt die Betriebsstunden (viertelstundengenau) und speichert sie im EEPROM ...
// ... empfiehlt alle 100 Stunden eine Reinigung ...
// ... gibt Daten an die serielle Schnittstelle in einem Format uas, das mit SerialComInstruments interpretiert werden kann ...
// ... und ist damit eigentlich fertig.

//------------------------- Eingebundene Bibliotheken ---------------------//
#include <Adafruit_GFX.h>                    // Grafik-Bibliothek für OLED-Display
#include <Adafruit_SSD1351.h>                // Bibliothek für OLED-Display (Adafruit OLED Breakout Board 1.27")
#include <SPI.h>                             // Bibliothek Serial Peripheral Interface (SPI)
#include <PWM.h>                             // Bibliothek für Änderung der Frequenz der Timer
#include <RunningMedian.h>                   // Bibliothek für Berechnung von Medianwerten
#include <ResponsiveAnalogRead.h>            // Bibliothek zur Glättung analoger Inpots
#include <PID_v1.h>                          // Bibliothek für PID-Regler
#include <ButtonEvents.h>                    // Bibliothek zum Entprellen der Taster
#include <EEPROMex.h>                        // Bibliothek für Lesen und Schreiben des EEPROMS
#include <avr/pgmspace.h>                    // Bibliothek, um Konstanten im Flashmemory zu speichern

//------------------------- Definition der Inputs und Outputs ---------------------//
#define thermistor1Pin  A1                   // Input-Pin für den Thermistor 1 (Umgebungstemperatur)
#define thermistor2Pin  A3                   // Input-Pin für den Thermistor 2 (Kühlkörper)
#define thermistor3Pin  A5                   // Input-Pin für den Thermistor 3 (Kühlbecherboden)
#define thermistor4Pin  A7                   // Input-Pin für den Thermistor 4 (Kühlbecherrand)
#define tachoPin        2                    // Pin für Tachosignal des Lüfters
#define peltierPin      3                    // PWM-Pin für Peltier-Element (hier zunächst nur als Funktionstest)
#define powerPin        4                    // Schaltet den MOSFET für den Lüfter
#define dc              5                    // 
#define cs              6                    // Chip Select
#define rst             7                    // Reset
#define button2Pin      8                    // Taster 2
#define fanPin          9                    // PWM-Pin für Lüfter
#define button1Pin      12                   // Taster 1


//------------------------- Definition der Farben ---------------------//
#define BLACK           0x0000
//#define BLUE            0x0418
//#define BLUEBERRY       0xF810
#define RED             0xF800
//#define GREEN           0x07E0
//#define CYAN            0x07FF
//#define MAGENTA         0xF81F
//#define YELLOW          0xFFE0  
#define WHITE           0xFFFF


//------------------------- Definition der Variablen ---------------------//
float thermistor1Value = 0;                  // Variable in der der Wert von Thermistor 1 gespeichert wird
float thermistor2Value = 0;                  // Variable in der der Wert von Thermistor 2 gespeichert wird
float thermistor3Value = 0;                  // Variable in der der Wert von Thermistor 3 gespeichert wird
float thermistor4Value = 0;                  // Variable in der der Wert von Thermistor 4 gespeichert wird

// Temperaturen
float tempAmbient = 0;                       // Umgebungstemperatur
float tempDissipator = 0;                    // Kühlkörpertemperatur
float tempCupbase = 0;                       // Kühlbecherboden
float tempCupedge = 0;                       // Kühlbecherrand
float previousTempCupedge = 0;               // Wird verwendet um festzustellen, ob die Anzeige der Isttemperatur auf dem OLED-Display aktualisiert werden muss.
float TargetTemp = 0;                        // Solltemperatur

// PWM Frequenzen
unsigned short frequencyFan = 25000;         // PWM-Frequenz für den Lüfter (in Hz)
unsigned short frequencyPeltier = 16000;     // PWM-Frequenz für den Lüfter (in Hz)

// Lüfter
bool tachoSignal;                            // Tachosignal
unsigned long pulseOn = 0;                   // Ansteigende Signalflanke (Variablenformat nicht verändern!)
unsigned long pulseOff = 0;                  // Abfallende Signalflanke (Variablenformat nicht verändern!)
unsigned long duration;                      // Zeit in Mikrosekunden zwischen ansteigender und abfallender Flanke (Variablenformat nicht verändern!)
bool high = false;                           // Statevariable
int rpm = 0;                                 // Drehzahl des Lüfters in U/Min
int rpmArray[10];                            // Array für die bestimmung der größten Drehzahl aus den letzten 10 Werten
unsigned char a = 0;
int rpmMax = 0;                              // Maximale Drehzahl des Lüfter (aus den letzten 10 Wertens)
int previousRPMMax = 0;                      // Zur Bestimmung von Änderungen der Lüfterdrehzahl
bool fanAlert = false;                       // Wird wahr, wenn der Lüfter blockiert ist
bool fanAlertState = true;
unsigned long fanAlertDelay = 2000;          // Gibt die Verzögerung des Alarms "Lüfterfehlfunktion" in Millisekunden an
unsigned long previousMillis = 0;

// Betriebsstundenzähler und Serviceintervall
float operatingTime;                         // Betriebsstunden als Dezimalwert
long lastTime = 0;
float serviceInterval;                       // Serviceintervall als Dezimalwert
bool serviceIntervalReset = false;           // Wird wahr, wenn das Service Intervall zurückgesetzt wird

// Adressen im EEPROM
unsigned char addrOperatingTime = 0;         // Startadresse für eine Variable im Datentyp float (4 Byte!)
unsigned char addrTargetTemp = 4;            // Startadresse für eine Variable im Datentyp double (8 Byte!)
unsigned char addrDisplayMode = 13;          // Adresse für den Anzeigemodus (2 Byte reserviert)
unsigned char addrServiceInterval = 15;      // Startadresse für eine Variable im Datentyp float (4 Byte!)

// Definiert das OLED
Adafruit_SSD1351 tft = Adafruit_SSD1351(cs, dc, rst);

// Definiert ein Array, aus dem Farbwerte ausgelesen werden. Das Array wird mit PROGMEM in den Flash-Speicher geladen, um dynamischen Speicher zu sparen.
const unsigned int colors[] PROGMEM = {0x07FF, 0x07DF, 0x077F, 0x06FF, 0x069F, 0x063F, 0x05DF, 0x057F, 0x053F, 0x049F, 0x043F, 0x03DF, 0x037F, 0x031F, 0x029F, 0x023F, 0x01DF, 0x017F, 0x011F, 0x009F, 
0x003F, 0x001F, 0x101F, 0x201F, 0x281F, 0x381F, 0x401F,0x501F, 0x601F, 0x681F, 0x781F, 0x801F, 0x901F, 0x981F, 0xA81F, 0xB81F, 0xC01F, 0xD01F, 0xD81F, 0xE81F, 
0xF81F, 0xF81F, 0xF81D, 0xF81B, 0xF81A, 0xF818, 0xF817, 0xF815, 0xF813, 0xF812, 0xF810, 0xF80F, 0xF80D, 0xF80C, 0xF80A, 0xF808, 0xF807, 0xF805, 0xF804, 0xF802, 0xF800};

// Informationsanzeige
char displayMode;                              // Anzeigemodus ("0" = Einfach; "1" = Erweitert; "2" = Experte)
bool refreshPeltier = true;                    // Wird wahr, wenn der Anzeigebereich für das Peltier-Element aktualisiert werden muss
bool refreshTargettemp = true;                 // Wird wahr, wenn der Anzeigebereich für die Solltemperatur aktualisiert werden muss
bool refreshFan = true;                        // Wird wahr, wenn der Anzeigebereich für den Lüfter aktualisiert werden muss
unsigned char i = 0;

// Instantiiert ButtonEvents-Objekte
ButtonEvents button1;
ButtonEvents button2;

// Instantiiert ein RunningMedian-Objekt zur Bechnung von Medianwerten
RunningMedian medianDuration(5);    // Median aus 5 Werten

// Instantiirt ResponsiveAnalogRead-Objekte zur Glättung der analogen Inputs
ResponsiveAnalogRead thermistor1(thermistor1Pin, true);
ResponsiveAnalogRead thermistor2(thermistor2Pin, true);
ResponsiveAnalogRead thermistor3(thermistor3Pin, true); 
ResponsiveAnalogRead thermistor4(thermistor4Pin, true);

// Definiert die PID-Regler
double setpointFan, inputFan, outputFan;
double fanP = 40, fanI = 1, fanD = 2;
PID fanPID(&inputFan, &outputFan, &setpointFan, fanP, fanI, fanD, REVERSE);

double setpointPeltier, inputPeltier, outputPeltier;
double peltierP = 30, peltierI = 0.5, peltierD = 0;
PID peltierPID(&inputPeltier, &outputPeltier, &setpointPeltier, peltierP, peltierI, peltierD, REVERSE);
double previousOutputPeltier = 0;


// Definiert die Tracking-Variablen für die IF-Abfragen
unsigned long previousMillisControllers = 0;           // Auslesen der analogen Inputs und Berechnung der Temperaturen
unsigned long previousMillisCalculateFanSpeed = 0;     // Berechnung der Drehzahl des Lüfters
unsigned long previousMillisDisplayCoolingPower  = 0;  // Berechnung der PID-Regler (Lüfter und Peltier-Element)
unsigned long previousMillisDisplayFanSpeed = 0;       // Ausgabe der gemittelten Lüfterdrehzahl an das OLED-Display
//unsigned long previousMillisDisplayGraph = 0;          // Ausgabe der gemittelten Lüfterdrehzahl an das OLED-Display
unsigned long previousMillisSerialPrint = 0;           // Ausgabe an die serielle Schnittstelle

// Definiert die Intervalle für die IF-Abfragen in Millisekunden
const unsigned long intervalControllers = 100;          // Auslesen der analogen Inputs und Berechnung der Temperaturen
const unsigned long intervalCalculateFanSpeed = 100;   // Berechnung der Drehzahl des Lüfters
const unsigned long intervalDisplayCoolingPower = 1000;// Berechnung der PID-Regler (Lüfter und Peltier-Element)
const unsigned long intervalDisplayFanSpeed = 1000;    // Ausgabe der gemittelten Lüfterdrehzahl an das OLED-Display
//const unsigned long intervalDisplayGraph = 1000;       // Ausgabe der gemittelten Lüfterdrehzahl an das OLED-Display
const unsigned long intervalSerialPrint = 500;         // Ausgabe an die serielle Schnittstelle

//int loopCounter = 0;


//------------------------- Setup ---------------------//
void setup() {
  Serial.begin(115200);
 
  // Initialisiert das OLED-Dispaly
  tft.begin();

  // Definiert AREF als externe Referenzspannung
  analogReference(EXTERNAL);                         // Dieser Befehl darf auf keinen Fall auskommentiert werden: Das könnte die Hardware zerstören!
  
  // Definiert die Pins
  pinMode(tachoPin, INPUT_PULLUP);                    // Tachosignal des Lüfters
  pinMode(powerPin, OUTPUT);                          // Schaltet den MOSFET für den Lüfter
  pinMode(fanPin, OUTPUT);                            // PWM-Signal für Lüfter
  pinMode(peltierPin, OUTPUT);                        // PWM-Signal für Peltier-Element
  pinMode(button1Pin, INPUT_PULLUP);                  // Intur Taster 1
  pinMode(button2Pin, INPUT_PULLUP);                  // Input Taster 2

  // Initialisiert die ButtonEvents-Objekte
  button1.attach(button1Pin);
  button1.debounceTime(10);
  button1.doubleTapTime(50);
  button1.holdTime(500);
  button2.attach(button2Pin);
  button2.debounceTime(10);
  button2.doubleTapTime(50);
  button2.holdTime(500);
  
  // Initialisiert timer1 und timer2 (timer0 bleibt unberührt)
  InitTimersSafe(); 

  // Definiert die Frequenzen für die angegebenen Pins
  SetPinFrequencySafe(fanPin, frequencyFan);
  SetPinFrequencySafe(peltierPin, frequencyPeltier);

  // Definiert die ResponsiveAnalogRead-Objekte
  thermistor2.setActivityThreshold(6);
  thermistor3.setActivityThreshold(6);
  thermistor4.setActivityThreshold(6);
  
  /*
  bool successFan = SetPinFrequencySafe(fanPin, frequencyFan);
  bool successPeltier = SetPinFrequencySafe(peltierPin, frequencyPeltier);

  //if the pin frequency was set successfully, turn pin 13 on
  if(successFan) {
    pinMode(13, OUTPUT);
    digitalWrite(13, HIGH);
    Serial.print("PWM frequency PIN D9 and D10 is set to: "); Serial.println(frequencyFan);
  }
  if(successPeltier) {
    Serial.print("PWM frequency PIN D3 and D11 is set to: "); Serial.println(frequencyPeltier);
  }
  */
  // Initialisiert die PID-Regler
  fanPID.SetMode(AUTOMATIC);
  peltierPID.SetMode(AUTOMATIC);

  // Liest die im EEPROM gespeicherten Variablen aus
  displayMode = EEPROM.read(addrDisplayMode);
  operatingTime = EEPROM.readFloat(addrOperatingTime);
  serviceInterval = EEPROM.readFloat(addrServiceInterval);
  TargetTemp = EEPROM.readDouble(addrTargetTemp);

  // Meldung "Klar zum Start!"
  Serial.println("<Bottlecooler is ready! Enjoy your drink, please ...>"); 
  Serial.print("<Operating Time: "); Serial.print(operatingTime); Serial.println(" hours>");
  Serial.print("<Service Interval: "); Serial.print(serviceInterval); Serial.println(" hours>");
  
  // Startbildschirm
  tft.fillScreen(BLACK);
  tft.setCursor(25, 32);
  tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
  tft.setTextSize(0);
  tft.print("Flaschenk"); tft.print((char)129); tft.print("hler");
  tft.setCursor(20, 55);
  tft.print("Programmversion");
  tft.setCursor(45, 75);
  tft.setTextSize(2);
  tft.print("0.5");
  if (serviceInterval >= 100.00) {
    tft.setCursor(0, 96);
    tft.setTextColor(RED, BLACK);
    tft.setTextSize(0);
  tft.print("Reinigung empfohlen!");
  }
  tft.setCursor(10, 108);
  tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
  tft.setTextSize(0);
  tft.print("Betriebsstunden:");
  tft.setCursor(10, 121);
  tft.print(operatingTime); tft.print(" Stunden"); 
  
  delay(2000);
  tft.fillScreen(BLACK);
}


//------------------------- Loop ---------------------//
void loop() {
  // Aktuelle Zeit abfragen
  unsigned long currentMillis = millis();

//loopCounter++;


//------------------------- Abfrage der Taster ---------------------//
// Lesen und entprellen des Tasters
  button1.update();
  button2.update();

  if (button1.tapped() == true) {
    TargetTemp = TargetTemp + 0.5;
    EEPROM.updateDouble(addrTargetTemp, TargetTemp);
    Serial.print("Updated TargetTemp: "); Serial.println(TargetTemp);
    refreshTargettemp = true;
    if (TargetTemp >= 30.00) {
      TargetTemp = 30.00;
    }
  }
  if (button1.held() == true) {
    displayMode++;
    if (displayMode > 2) {
      displayMode = 0;
    }
    tft.fillScreen(BLACK);                       // Der Bildschirm muss einmalig gelöscht werden
    EEPROM.update(addrDisplayMode, displayMode);
    //Serial.print("Displaymode: "); Serial.println(displayMode);
    refreshPeltier = true;
    refreshTargettemp = true;
    previousTempCupedge = 150;
    refreshFan = true;
  } 
  if (button1.doubleTapped() == true) {
    serviceInterval = 0;
    EEPROM.updateFloat(addrServiceInterval, serviceInterval);
    Serial.println("Service Interval reseted!");
    serviceIntervalReset = true;
  }
  
  if (button2.tapped() == true) {
    TargetTemp = TargetTemp - 0.5;
    EEPROM.updateDouble(addrTargetTemp, TargetTemp);
    Serial.print("Updated TargetTemp: "); Serial.println(TargetTemp);
    refreshTargettemp = true;
    if (TargetTemp <= 0.00) {
      TargetTemp = 0.00;
    }
  }
  if (button2.held() == true) {
    displayMode--;
    if (displayMode < 0) {
      displayMode = 2;
    }
    tft.fillScreen(BLACK);                       // Der Bildschirm muss einmalig gelöscht werden
    EEPROM.update(addrDisplayMode, displayMode);
    //Serial.print("Displaymode: "); Serial.println(displayMode);
    refreshPeltier = true;
    refreshTargettemp = true;
    previousTempCupedge = 150;
    refreshFan = true;
  } 


//------------------------- Auslesen der analogen Inputs (Thermistoren), Berechnung der Temperaturen und Regelung ---------------------//  
  if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisControllers) >= intervalControllers) {
    // Widerstandswerte (gemessen)
    // R1 (A1) = 10000, T1 = 9750
    // R2 (A3) = 10500, T2 = 9880
    // R3 (A5) = 10400, T3 = 9860
    // R4 (A7) = 10300, T4 = 9820
    
    // Thermistor 1: Umgebungstemperatur
    thermistor1.update();   

    thermistor1Value = thermistor1.getValue();            // Das Ergebnis wird ausgelesen
    // Debug
    Serial.print("T1: "); Serial.print(thermistor1Value);    Serial.print("; ");  
    // Berechnung der Temperatur
    thermistor1Value = 1023 / thermistor1Value - 1;       
    thermistor1Value = 10000 / thermistor1Value;          // Der Wert wird in einen Widerstand umgerechnet
    tempAmbient = thermistor1Value / 9750;                // (R/Ro)
    tempAmbient = log(tempAmbient);                       // ln(R/Ro)
    tempAmbient /= 3950;                                  // 1/B * ln(R/Ro)
    tempAmbient += 1.0 / (25 + 273.15);                   // + (1/To)
    tempAmbient = 1.0 / tempAmbient;                      // Invert
    tempAmbient -= 273.15;                                // convert to C


    // Thermistor 2: Kühlkörper
    thermistor2.update();                                 // Das ResponsiveAnalogRead-Objekt wird aktualisiert

    thermistor2Value = thermistor2.getValue();            // Das Ergebnis wird ausgelesen
    // Debug
    Serial.print("T2: "); Serial.print(thermistor2Value);    Serial.print("; ");  
    // Berechnung der Temperatur
    thermistor2Value = 1023 / thermistor2Value - 1;       
    thermistor2Value = 10500 / thermistor2Value;          // Der Wert wird in einen Widerstand umgerechnet
    tempDissipator = thermistor2Value / 9880;             // (R/Ro)
    tempDissipator = log(tempDissipator);                 // ln(R/Ro)
    tempDissipator /= 3950;                               // 1/B * ln(R/Ro)
    tempDissipator += 1.0 / (25 + 273.15);                // + (1/To)
    tempDissipator = 1.0 / tempDissipator;                // Invert
    tempDissipator -= 273.15;                             // convert to C

    
    // Thermistor 3: Kühlbecherboden
    thermistor3.update();                                 // Das ResponsiveAnalogRead-Objekt wird aktualisiert

    thermistor3Value = thermistor3.getValue();            // Das Ergebnis wird ausgelesen
    // Debug
    Serial.print("T3: "); Serial.print(thermistor3Value);    Serial.print("; ");
    // Berechnung der Temperatur
    thermistor3Value = 1023 / thermistor3Value - 1;       
    thermistor3Value = 10400 / thermistor3Value;          // Der Wert wird in einen Widerstand umgerechnet
    tempCupbase = thermistor3Value / 9860;                // (R/Ro)
    tempCupbase = log(tempCupbase);                       // ln(R/Ro)
    tempCupbase /= 3950;                                  // 1/B * ln(R/Ro)
    tempCupbase += 1.0 / (25 + 273.15);                   // + (1/To)
    tempCupbase = 1.0 / tempCupbase;                      // Invert
    tempCupbase -= 273.15;                                // convert to C
    
    
    // Thermistor 4: Kühlbecherrand
    thermistor4.update();                                 // Das ResponsiveAnalogRead-Objekt wird aktualisiert

    thermistor4Value = thermistor4.getValue();            // Das Ergebnis wird ausgelesen
    // Debug
    Serial.print("T4: "); Serial.print(thermistor4Value); Serial.println();
    // Berechnung der Temperatur
    thermistor4Value = 1023 / thermistor4Value - 1;       
    thermistor4Value = 10300 / thermistor4Value;          // Der Wert wird in einen Widerstand umgerechnet
    tempCupedge = thermistor4Value / 9820;                // (R/Ro)
    tempCupedge = log(tempCupedge);                       // ln(R/Ro)
    tempCupedge /= 3950;                                  // 1/B * ln(R/Ro)
    tempCupedge += 1.0 / (25 + 273.15);                   // + (1/To)
    tempCupedge = 1.0 / tempCupedge;                      // Invert
    tempCupedge -= 273.15;                                // convert to C   

    
    // PID-Regler Lüfter
    inputFan = tempDissipator;                                 // Input ist die Kühlkörpertemperatur in *C
    setpointFan = tempAmbient + 10.00;                          // Umgebungstemperatur + 8 *C
    fanPID.Compute();                                          // PID-Regler wir aufgerufen
    pwmWrite(fanPin, outputFan);                               // Gibt den Output des PID-Reglers an den Lüfter

    // Wenn der Output des PID-Reglers Null ist, wird der Lüfter ausgeschaltet.
    if (outputFan > 0) {
      digitalWrite(powerPin, HIGH);
      //Serial.print("HIGH"); Serial.print("; ");
    }
    else {
      digitalWrite(powerPin, LOW);
      //Serial.print("LOW"); Serial.print("; ");
    }


    // PID-Regler Peltier-Element
    inputPeltier = tempCupedge;                               // Input ist die temperatureHotSide des Thermistors in *C
    setpointPeltier = TargetTemp;
    peltierPID.Compute();                                     // PID-Regler wir aufgerufen
    pwmWrite(peltierPin, outputPeltier);                      // Gibt den Output des PID-Reglers an das Peltier-Element

    // Überpüft, ob outputPeltier sich geändert hat.
    if (byte(previousOutputPeltier) != byte(outputPeltier)) { // Änderungen hinter dem Komma sollen ignoriert werden
      refreshPeltier = true;
      //Serial.println("refreshPeltier: ");
      previousOutputPeltier = outputPeltier;
    }
    
    previousMillisControllers = currentMillis;
  }


//------------------------- Tachosignal und Drehzahl des Lüfters ---------------------//
  // Messung der Pulsweite des Tachosignals
  tachoSignal = digitalRead(tachoPin);
  if (tachoSignal == HIGH && high != true) {          // Zeit in micros bei ansteigender Flanke
    pulseOn = micros();
    high = true;
  }
  else if (tachoSignal == LOW && high == true) {
    pulseOff = micros();                              // Zeit in micros bei fallender Flanke 
    high = false;
    duration = pulseOff - pulseOn;                    // Aus der Differenz wir die Dauer berechnet, die das Tachosignal HIGH ist
    if (duration > 7500 && duration < 30000) {        // Liegt die Variable über bzw. unter den angegebenen Werten, liegt ein Messfehler vor
      medianDuration.add(duration);                   // Speichert die Daten in ein Arr
    }
  }
  
  // Berechnung der Drehzahl des Lüfters
  if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisCalculateFanSpeed) >= intervalCalculateFanSpeed) {
    
    //Berechnung der Drehzal
    if (outputFan == 0) {                              // Wenn der Lüfter ausgeschaltet wird, soll die Drehzahl "0" angezeigt werden
      rpm = 0;
    }
    else {
      rpm = float(100000 * 2 * 60 / medianDuration.getMedian());        // Berechnung der RPM
    }
    
    // Bestimmung der höchsten Drehzahl aus den letzten 10 Werten
    a++;                                                // Es werden 10 Werte in einem Array gespeichert
    rpmArray[a] = rpm;
    if (a > 9) {
      a = 0;
    }    
    unsigned char kmax=0;                               // Es wird der größte Wert in dem Arrach bestimmt
    int max=0;
    for (unsigned char k=0; k<10; k++) {
      if (rpmArray[k] > max) {
        max = rpmArray[k];
       kmax = k;
      }
    } 
    rpmMax = rpmArray[kmax];

    // Überpüft, ob rpmMax sich geändert hat.
    if (previousRPMMax != rpmMax) {                       // Änderungen hinter dem Komma sollen ignoriert werden
      refreshFan = true;
      //Serial.println("refreshFan");
      previousRPMMax = rpmMax;
    }


    /*/Debugging
    Serial.print("; pulseOn: ");Serial.print(pulseOn);
    Serial.print("; pulseOff: ");Serial.print(pulseOff);
    Serial.print("; Duration: "); Serial.print(duration);
    Serial.print("; RPM: "); Serial.print(rpm);
    Serial.print("; average RPM: "); Serial.print(rpmMax);
    //Serial.print("; fanAlert: "); Serial.print(fanAlert);
    //Serial.print("; temperatureHotSide: "); Serial.println(temperatureHotSide);
    //Serial.print("; operatingTime: "); Serial.print(operatingTime); 
    //Serial.print("; serviceInterval: "); Serial.print(serviceInterval); 
    //Serial.print("; Displaymode: "); Serial.print(displayMode);
    Serial.print("; Loops: "); Serial.println(loopCounter);
    */
  
    // Meldet eine Fehlfunktion des Lüfters, wenn das Tachosignal "0" ist, obwohl der Lüfter sich drehen sollte
    if (millis() >= 10000) {                               // Diese Funktion wird erst nach 10 Sekunden aktiv.
      if (outputFan > 0) {                                 // Wenn der Lüfter sich drehen sollte ...
        if (rpmMax == 0) {                                 // ... aber die gemittelte Drehzahl gleich "0" ist ...      
          if (millis() - previousMillis > fanAlertDelay) { // ... und eine definierte Zeit verstrichen ist.
            previousMillis = millis();
            fanAlert = true;
            fanAlertState = true;
            Serial.println("Fan blocked!");
            refreshFan = true; 
          } 
        }
        else if (rpmMax > 0) {                               // ... und die gemittelte Drehzahl größer "0" ist ...
          fanAlert = false;
        }
      }
      else if (outputFan == 0) {                             // Wenn der Lüfter sich nicht drehen soll kann nicht festgestellt werden, ob er blockiert ist.
        fanAlert = false;
        previousMillis = millis();                           // Muss aktualisiert werden, damit
        if (fanAlert != fanAlertState) {
          refreshFan = true;
          fanAlertState = false;
        }
      }
    }
  previousMillisCalculateFanSpeed = currentMillis;
  }


//------------------------- Betriebsstunden ---------------------//
// Die Betriebsstunden werden alle 15 Minuten im EEPROM gespeichert. Die Einheit der Variable operatinTime ist also 0,25 Stunden.
  if (millis() - lastTime >= 900000) {
    // Betriebsstundenzähler
    operatingTime = operatingTime + 0.25;
    lastTime = millis();
    EEPROM.updateFloat(addrOperatingTime, operatingTime);
    Serial.print("Updated operatingTime: "); Serial.println(operatingTime);
    // Serviceintervallzähler
    serviceInterval = serviceInterval + 0.25;
    EEPROM.updateFloat(addrServiceInterval, serviceInterval);
  }


//------------------------- Ausgabe an das Display ---------------------//
  // Anzeige "Serviceintervall zurückgesetzt
  if (serviceIntervalReset == true) {
    tft.fillScreen(BLACK); 
    tft.setCursor(15, 65);
    tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
    tft.setTextSize(0);
    tft.print("Service Intervall");
    tft.setCursor(26, 85);
    tft.print("zur"); tft.print((char)129); tft.print("ckgesetzt");
    delay(2000);
    tft.fillScreen(BLACK); 
    refreshPeltier = true;
    refreshTargettemp = true;
    previousTempCupedge = 150;
    refreshFan= true;
    serviceIntervalReset = false;
  }
  
  // Anzeigemodus "0" (Einfach)
  if (displayMode == 0) {
    // Anzeige Infobereich Zieltemperatur
    if (refreshTargettemp == true) {               // Wenn die Solltemperatur verändert wurde, muss die Anzeige aktualisiert werden.
      tft.setCursor(15, 49);
      i = TargetTemp * 2;            // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                            // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                          // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK); 
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Solltemperatur");
      tft.setCursor(15, 62);
      tft.setTextSize(2);
        if (TargetTemp < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(TargetTemp); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C"); 
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
      refreshTargettemp = false;
    }
  
    // Anzeige Infobereich Isttemperatur
    if (tempCupedge != previousTempCupedge) {        // Wenn sich die Isttemperatur verändert hat, muss das Display aktualisiert werden.
      tft.setCursor(15, 85);
      i = tempCupedge * 2;             // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                              // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                            // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Isttemperatur");  
      tft.setCursor(15, 98);
      tft.setTextSize(2);
      if (tempCupedge < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempCupedge); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
      previousTempCupedge = tempCupedge;
    }
  }
  
  // Anzeigemodus "1" (Erweitert)
  if (displayMode == 1) {
    // Anzeige Infobereich Peltier-Element  
    if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisDisplayCoolingPower) >= intervalDisplayCoolingPower) {      
      if (outputPeltier > 0) {
        if (refreshPeltier == true) {
          tft.setCursor(0, 32);  
          tft.setTextSize(0);
          tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
          tft.print("K"); tft.print((char)129); tft.print("hlleistung ");  tft.print(int(outputPeltier * 0.39 + 0.55)); tft.print(" %");
          tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
          for (i=0; i<3; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
            tft.print((char)218);
          }
          refreshPeltier = false;
        }
      }
      else if (outputPeltier == 0) {
        if (refreshPeltier == true) {    
          tft.setCursor(0, 32);
          tft.setTextColor(WHITE, BLACK);  
          tft.setTextSize(0);
          tft.print("K"); tft.print((char)129); tft.print("hlelement aus");
          tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
          for (i=0; i<3; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
            tft.print((char)218);
          }
          refreshPeltier = false;
        }       
      }
    previousMillisDisplayCoolingPower = currentMillis;
    }

    
    // Anzeige Infobereich Solltemperatur
    if (refreshTargettemp == true) {
      tft.setCursor(15, 49);
      i = TargetTemp * 2;          // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                          // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                        // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK); 
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Solltemperatur");
      tft.setCursor(15, 62);
      tft.setTextSize(2);
        if (TargetTemp < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(TargetTemp); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C"); 
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
      refreshTargettemp = false;
    }
  
    // Anzeige Infobereich Isttemperatur
    if (tempCupedge != previousTempCupedge) {
      tft.setCursor(15, 85);
      i = tempCupedge * 2;       // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                        // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                      // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Isttemperatur");  
      tft.setCursor(15, 98);
      tft.setTextSize(2);
      if (tempCupedge < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempCupedge); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
      previousTempCupedge = tempCupedge;
    }


    // Anzeige Infobereich Lüfter
    if (fanAlert == true) {
      if (refreshFan == true) {
        tft.setCursor(0, 121);  
        tft.setTextSize(0);
        tft.setTextColor(RED, BLACK);
        tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fterfehlfunktion!"); 
        refreshFan = false;
      }
    }  
    else if (fanAlert == false) {
      if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisDisplayFanSpeed) >= intervalDisplayFanSpeed) { 
        if (rpmMax > 0) {                    // Wenn die Drehzahl größer "0" ist, aktualisiere den Anzeigebereich all 500 Millisekunden
          if (refreshFan == true) {
            tft.setCursor(0, 121);  
            tft.setTextSize(0);
            tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
            tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fter ");  tft.print(rpmMax); tft.print(" U/min");
            tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
            for (i=0; i<5; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
              tft.print((char)218);
            }
            refreshFan = false;
          }
        }
        else if (rpmMax == 0) {
          if (refreshFan == true) {
            tft.setCursor(0, 121);  
            tft.setTextSize(0);
            tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
            tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fter aus"); 
            tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
            for (i=0; i<12; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
              tft.print((char)218);
            }
            refreshFan = false;
          }
        }
        previousMillisDisplayFanSpeed = currentMillis;
      }
    }
  }

  // Anzeigemodus "2" (Experte)
  if (displayMode == 2) {    

    // Anzeige Soll- und Umgebungstemperatur
    if (refreshTargettemp == true) {               // Wenn die Solltemperatur verändert wurde, muss die Anzeige aktualisiert werden.
      // Solltemperatur
      tft.setCursor(0, 32);
      i = TargetTemp * 2;            // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                            // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                          // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK); 
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Solltemp. ");
        if (TargetTemp < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(TargetTemp); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C"); 
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
      refreshTargettemp = false;
    }

    // Anzeige Isttemperaturen
    if (tempCupedge != previousTempCupedge) {  
      tft.setCursor(0, 50);
      i = tempCupedge * 2;       // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                        // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                      // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Becherrand ");  
      if (tempCupedge < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempCupedge); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);

      tft.setCursor(0, 63);
      i = tempCupbase * 2;       // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                        // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                      // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(0);
      tft.print("Becherboden ");  
      if (tempCupbase < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempCupbase); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);

      // Umgebungstemperatur
      tft.setCursor(0, 76);
      i = tempAmbient * 2;       // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                        // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                      // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(1);
      tft.print("Umgebung ");  
      if (tempAmbient < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempAmbient); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);

      // Kühlkörper
      tft.setCursor(0, 89);
      i = tempDissipator * 2;       // Berechnet den Index für den Array "colors"
      if (i < 0) i = 0;                        // i soll nicht kleiner als "0" werden
      if (i > 60) i = 60;                      // i soll nicht größer als "60" werden
      //tft.setTextColor(colors[i], BLACK);
      tft.setTextColor((pgm_read_word_near(colors +i)), BLACK);
      tft.setTextSize(1);
      tft.print("K"); tft.print((char)129); tft.print("hlk"); tft.print((char)148); tft.print("rper "); 
      if (tempDissipator < 10.00) {
        tft.print("0");
      }
      tft.print(tempDissipator); tft.print(" "); tft.print((char)247); tft.print("C");
      tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
      tft.print((char)218);
            
      previousTempCupedge = tempCupedge;
    }

    // Anzeige Kühlleistung
    if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisDisplayCoolingPower) >= intervalDisplayCoolingPower) {      
      if (outputPeltier > 0) {
        if (refreshPeltier == true) {
          tft.setCursor(0, 108);  
          tft.setTextSize(0);
          tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
          tft.print("K"); tft.print((char)129); tft.print("hlleistung ");  tft.print(int(outputPeltier * 0.39 + 0.55)); tft.print(" %");
          tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
          for (i=0; i<3; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
            tft.print((char)218);
          }
          refreshPeltier = false;
        }
      }
      else if (outputPeltier == 0) {
        if (refreshPeltier == true) {    
          tft.setCursor(0, 108);
          tft.setTextColor(WHITE, BLACK);  
          tft.setTextSize(0);
          tft.print("K"); tft.print((char)129); tft.print("hlelement aus");
          tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
          for (i=0; i<3; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
            tft.print((char)218);
          }
          refreshPeltier = false;
        }       
      }
    previousMillisDisplayCoolingPower = currentMillis;
    }
    
    // Anzeige Lüfter
    if (fanAlert == true) {
      if (refreshFan == true) {
        tft.setCursor(0, 121);  
        tft.setTextSize(0);
        tft.setTextColor(RED, BLACK);
        tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fterfehlfunktion!"); 
        refreshFan = false;
      }
    }  
    else if (fanAlert == false) {
      if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisDisplayFanSpeed) >= intervalDisplayFanSpeed) { 
        if (rpmMax > 0) {                    // Wenn die Drehzahl größer "0" ist, aktualisiere den Anzeigebereich all 500 Millisekunden
          if (refreshFan == true) {
            tft.setCursor(0, 121);  
            tft.setTextSize(0);
            tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
            tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fter ");  tft.print(rpmMax); tft.print(" U/min");
            tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
            for (i=0; i<5; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
              tft.print((char)218);
            }
            refreshFan = false;
          }
        }
        else if (rpmMax == 0) {
          if (refreshFan == true) {
            tft.setCursor(0, 121);  
            tft.setTextSize(0);
            tft.setTextColor(WHITE, BLACK);
            tft.print("L"); tft.print((char)129); tft.print("fter aus"); 
            tft.setTextColor(BLACK, BLACK);
            for (i=0; i<12; i++) {            // Füllt die Zeile mit schwarzen Kästchen; i muss ggf. angepasst werden
              tft.print((char)218);
            }
            refreshFan = false;
          }
        }
        previousMillisDisplayFanSpeed = currentMillis;
      }
    }

  }
//------------------------- Ausgabe an die serielle Schnittstelle ---------------------//
  if ((unsigned long)(currentMillis - previousMillisSerialPrint) >= intervalSerialPrint) {

    // Ausgabe für den seriellen Monitor 
/*
    //Serial.print("tempAmbient: ");Serial.print(tempAmbient);
    //Serial.print("; tempDissipator: ");Serial.print(tempDissipator);
    //Serial.print("; tempCupbase: ");Serial.print(tempCupbase);
    
    Serial.print("; setpointFan: ");Serial.print(setpointFan);
    //Serial.print("; inputFan: ");Serial.print(inputFan);
    Serial.print("; outputFan: ");Serial.print(outputFan);
    //Serial.print("; setpointPeltier: ");Serial.print(setpointPeltier);
    //Serial.print("; inputPeltier: ");Serial.print(inputPeltierFan);
    //Serial.print("; outputPeltier: ");Serial.print(outputPeltier); 
    
    //Serial.print("; pulseOn: ");Serial.print(pulseOn);
    //Serial.print("; pulseOff: ");Serial.print(pulseOff);
    //Serial.print("; Duration: "); Serial.print(duration);
    Serial.print("; RPM: "); Serial.print(rpm);
    Serial.print("; average RPM: "); Serial.print(rpmMax);
    //Serial.print("; fanAlert: "); Serial.print(fanAlert);
    //Serial.print("; temperatureHotSide: "); Serial.println(temperatureHotSide);
    //Serial.print("; operatingTime: "); Serial.print(operatingTime); 
    //Serial.print("; serviceInterval: "); Serial.print(serviceInterval); 
    //Serial.print("; Displaymode: "); Serial.print(displayMode);
    Serial.print("; Loops: "); Serial.println(loopCounter);
*/  
    
    /*
    // Ausgabe für SerialComInstruments 4.1
    Serial.print("#1M"); Serial.print(setpointFan); Serial.print("<");
    Serial.print("#2M"); Serial.print(tempDissipator); Serial.print("<");
    Serial.print("#3M"); Serial.print(rpmMax); Serial.print("<");

    Serial.print("#4M"); Serial.print(TargetTemp); Serial.print("<");
    //Serial.print("#5M"); Serial.print(tempCupbase); Serial.print("<");
    Serial.print("#6M"); Serial.print(outputPeltier); Serial.print("<");

    Serial.print("#7M"); Serial.print(tempAmbient); Serial.print("<");
    //Serial.print("#8M"); Serial.print(loopCounter); Serial.print("<");
    
    Serial.print("#9M"); Serial.print(tempCupedge); Serial.println("<");
    */
    //loopCounter = 0;
    
  //Speichere die aktuelle Zeit in die zughörige Variable
  previousMillisSerialPrint = currentMillis;
  }
}

Der Sketch verwendet 25586 Bytes (83%) des Programmspeicherplatzes. Das Maximum sind 30720 Bytes. Globale Variablen verwenden 1504 Bytes (73%) des dynamischen Speichers, 544 Bytes für lokale Variablen verbleiben. Das Maximum sind 2048 Bytes.

Tags: Arduino Flaschenkühler OLED

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arduino/flaschenkuehler/programmversion_0.5.txt · Zuletzt geändert: 27.10.2018 08:02 von Frickelpiet