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Brennersteuerung
02.12.2013, 07:50 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 02.12.2013 07:59 von JoeDorm.)
Beitrag #1
Rainbow Brennersteuerung
Hallo,
bin der Joe aus dem Raum Kassel.
Habe zwar nicht Null Ahnung, weil ich seit Anfang der ersten Computer an in der EDV rumturne, aber diese kleinen Einplatinenrechner beherrsche ich noch nicht.
Letztens hatte ich mir einen C-Controll gekauft, der aber schon defekt geliefert wurde, und das Forum ist auch nicht so, wie ich erwartet habe.
Also habe ich immo eine Abneigung gegen das Teil.

Ich möchte gerne meinen Heizungsbrenner automatisch mit der korrekten Menge Luft beglücken, und ein paar Kleinigkeiten mehr.

Ich habe einen Lambdacontroller für Autos schonmal eingebaut und kann derzeit den Lambdawert auf einem Voltmeter korrekt ablesen.

Mir stehen da 0..5 Volt am Ausgang zur Verfügung.
Nun möchte ich, mittels eines Servos, die Luftzufuhr regeln.
Soweit ich mich eingelesen habe, kann man dies mit einem Arduino mit einem Servoshield machen.

Allerdings möchte ich zusätzlich 2 Parameter verstellen können, nämlich den Nullpunkt als Mittelstellung und den max. Ausschlag für links wie rechts.
Die aktuelle Stellung, sowie Lambda und die beiden Parameter, möchte ich auf einem Display ausgeben.

Es sollte ein Menü da sein, wo man die Parametereinstellung machen kann oder in den Betriebsmodus wechseln kann. Kann mit 4 Tasten gemacht werden. Wenn man die Parameter im Betrieb ändern und übernehmen könnte, wäre auch gut.

Alternativ möchte ich die Abgastemperatur mit überwachen, weil ich mir vorstellen könnte, das dies Auswirkung auf die Luftstellung haben könnte, und ich evtl. später die Berechnung anpassen möchte.

Die aktuellen Werte möchte ich auch auf einen Miniwebserver bringen und es wäre gut, wenn der Arduino dies gleich miterledigen könnte.

Erreichbar soll der Arduino, also der auch Webserver, über ein WLan Shield sein.

Das alles zusammen ist eine ganze Menge, und ich frage mich, ob ein Arduino das alles hinbekommem kann.
Sollte dies ein Arduino nicht alleine schaffen, so können es auch mehrere sein, aber sie müssen zusammenarbeiten, sodaß die Aufgaben auch erfüllt werden.

Frage mich auch, ob es möglich ist, die Applikation zu simulieren, z.B. mit dem Toolkit VBB oder sowas. Würde nämlich schon gerne vorher austesten, ob mein zu schreibendes Proggi auch funzt.

So bitte ich Euch, mir bei der Auswahl der benötigten Komponenten zu helfen, und auch um nützliche Tips. Ich will das ganze Zeugs ja auch noch lernen. Alternativ würde ich aber auch Hilfe bei der Programmierung annehmen, da mir klar ist, das Erfahrungen Anderer zu nutzen, sicher intelligenter ist, als das Rad neu erfinden zu wollen. Ist auch klar, umsonst ist nichts ;-)

Gruß Joe

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02.12.2013, 14:53
Beitrag #2
RE: Brennersteuerung
Hallo Joe,

sehr cooles oder besser heißes Projekt!
Ich nehme mal ein paar Sätze und versuche was sinnvolles zu antworten:
Zitat:Mir stehen da 0..5 Volt am Ausgang zur Verfügung
Variiert je nach LambdaWert zwischen welchen Pegeln?
Zitat:Allerdings möchte ich zusätzlich 2 Parameter verstellen können, nämlich den Nullpunkt als Mittelstellung und den max. Ausschlag für links wie rechts.
Kann man machen, wenn man in den EEPROM schreibt damit die Daten auch bei Powerdown erhalten bleiben.Dafür gibts eine Library.
Zitat:Die aktuellen Werte möchte ich auch auf einen Miniwebserver bringen und es wäre gut, wenn der Arduino dies gleich miterledigen könnte.
Von der Leistung sollte der Arduino das bringen. Du wirst aber eine SD-Karte brauchen. oder du speicherst die Werte auf eine Datenbank auf einem realen Server.
Zitat:Das alles zusammen ist eine ganze Menge, und ich frage mich, ob ein Arduino das alles hinbekommem kann.
Sollte dies ein Arduino nicht alleine schaffen, so können es auch mehrere sein, aber sie müssen zusammenarbeiten, sodaß die Aufgaben auch erfüllt werden.
Am Ende hast du folgende Aufgaben/Komponenten:
- Parameter setzen/speichern und Anzeige -> LCD-Shield mit (integierten) Tastern
- Webserver -> WiFi oder Ethernetshield (+ SD-Karte)
- Aktoren + Sensoren -> Servoshield + Sensoren
Das Hauptproblem wird sein die Shields auf so wenig wie möglich Arduino-Boards unterzubringen. Ist ziemlich sicher eine Menge Draht dafür erforderlich.
Du solltest mal auf shieldlist.org gucken was es an Shields gibt und versuchen diejenigen Shields rauszusuchen, bei denen es (möglichst) keine Doppelbelegung von Arduino-Pins gibt. Untereinander reden könnten die Boards dann mit RF-Links um Statusinfos etc. auszutauschen.
Zitat:Frage mich auch, ob es möglich ist, die Applikation zu simulieren, z.B. mit dem Toolkit VBB oder sowas. Würde nämlich schon gerne vorher austesten, ob mein zu schreibendes Proggi auch funzt.
Es gibt einen Arduino-Simulator hier: http://virtronics.com.au/Simulator-for-Arduino.html . Kostet so 15 Euronen. Ist nicht perfekt, aber schon ziemlich gut.

Hoffe es hilft ein bischen weiter. Die Programmierung kommt danach.

Grüße Ricardo

Nüchtern betrachtet...ist besoffen besser Big Grin
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03.12.2013, 12:14 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 03.12.2013 12:29 von JoeDorm.)
Beitrag #3
RE: Brennersteuerung
Hallo Ricardo,

vielen Dank für Deine Antworten.

Der Lambdapegel 1 bis 5 ist analog zur Ausgabe eingestellt, also 1V=1Lambda und 5V=5Lambda.
1Lambda=sämtlicher Sauerstoff ist verbraucht.
Optimal ist ein Wert von ca. 8% Restsauerstoff.
Dies berechnet sich folgendermaßen:
Lambda == Sauerstoffgehalt der Luft=20,9% geteilt durch (20,9-Restsauerstoff(8))
also 20,9/(20,9-8)=1,62Lambda
Da die Brenner mit Lüfterbetrieb laufen, kann der Wert zwischen 6% und 10% Restsauerstoff schwanken. 12% geht auch noch grade so, aber da geht schon mehr Energie durch den Schornstein, als nötig.
Die Steuerung muß natürlich verzögert arbeiten, sodaß der Differenzwert zum optimalen Wert durch 2 geteilt wird und die Luftklappe auf den errechneten Wert positioniert wird, mit anschließender Pause von x Sekunden, um dann erneut eine Berechnung zu starten. Ansonsten ist die Luftklappe nur am herumzappeln ;-)

Da ich einen kombinierten Kessel habe, kann ich zusätzlich, wenn ich Lust habe, diesen mit Holz beschicken. Der Vorteil wäre, das die benötigte Luft dann automatisch eingestellt wird. So läßt sich bei Bedarf auch noch etwas Geld sparen.

Hmm,
lassen sich, so hoffe ich, alle benötigten Shields auf einen Mega stecken?
Die Erfahrenen kennen sich doch da besser aus, und könnte möglicherweise direkt Vorschläge für die Hardware machen?!
Möchte nicht unnötig Geld für die Hardwareversuche versenken.
Ansonsten könnte ich auch ein Fertiggerät auf Basis des C-Control kaufen, das nicht alle gestellten Aufgaben erfüllt, aber die wesentlichen schon. Dumm wäre dann nur, das eine Erweiterung so ziemlich ausgeschlossen ist, und ich auf den Regelprozess keine Einwirkung habe.

Eine Aufgabe habe ich vergessen zu erwähnen, nämlich die Steuerung der Pelletszufuhr, welche im Grunde nur die Pausenzeiten verändert. Da soll ein einfaches Relais geschaltet werden, wenn ein abzugreifender Sensor(Lichtempfindlich) festgestellt hat, das die Zündung erfolgreich war, und somit der Brenner ordentlich brennt.
Über einen zusätzlichen Parameter möchte ich die erwünschte kw-Zahl im Betrieb anpassen können, welcher im wesentlichen dann nur die Pelletszufuhr steuert.
Später würde ich den Bedarf von der Differenz Rücklauftemperatur zu Aussentemperatur abhängig machen, damit alles vollautomatisch läuft.

Die Ausgabe der aktuellen Daten für den Webserver könnte auch über ein Datenpaket an eine Datenerfassung(php-Script) mit MySql an einen entsprechend konfigurierten und programmierten Webserver gesendet werden. Somit würde der Miniwebserver entfallen können.

Über weitere Überlegungen und Vorschläge würde ich mich freuen.
Gruß Joe

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03.12.2013, 12:41
Beitrag #4
RE: Brennersteuerung
Hallo Joe.

na, da hast du dir aber ganz schön etwas vorgenommen. Für den Arduino ist das kein Problem. Ich will nicht deine Begeisterung dämpfen , aber ich heize mit einem Sturzbrandkessel und hatte auch die Idee, die Verbrennung zu optimieren. Nach viel Messerei und Versuchen mit einer Lambdasonde habe ich wieder Abstand davon genommen und versuche heute mehr, den Stromverbrauch zu minimieren. Du sagst, dass du eine Klappe steuern willst? Ich nehme an, es handelt sich dabei um die Primärluftklappe, die bisher durch einen mechanischen Regler betätigt wird? Hast du schon einmal an die (viel einfacher zu bewerkstelligende Möglichkeit der Leistungssteuerung über die Abgstemperatur gedacht? Und über die Steuerung per Lüfter und FU? So mache ich es heute, denn der ganze Lambda-Käse (tschuldigung, liebe Autoindustrie) ist Augenwischerei. Der Verbrauch sinkt dadurch kaum und die Umwelt hat auch nichts davon. Ein paar wenige Prozent Ersparnis lohnen den Aufwand kaum, wohl aber für die Hersteller, die dadurch die Preise gewaltig hochdrücken konnten - wegen des enormen Marketingwertes. Cool

Gruß, Stefan . . . . . . //Wo mein Kölbchen dampft, da bin ich unverkrampft.
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03.12.2013, 12:58
Beitrag #5
RE: Brennersteuerung
Wow,

ist interessant zu lesen wie sich die Fachmänner beraten. Find ich cool wenn man neben dem eigentlichen Arduino-Thema noch was dazulernt.

Grüße Ricardo

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03.12.2013, 19:19 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 03.12.2013 21:14 von JoeDorm.)
Beitrag #6
RE: Brennersteuerung
(03.12.2013 12:41)Stefan schrieb:  Hallo Joe.

na, da hast du dir aber ganz schön etwas vorgenommen. Für den Arduino ist das kein Problem. Ich will nicht deine Begeisterung dämpfen , aber ich heize mit einem Sturzbrandkessel und hatte auch die Idee, die Verbrennung zu optimieren. Nach viel Messerei und Versuchen mit einer Lambdasonde habe ich wieder Abstand davon genommen und versuche heute mehr, den Stromverbrauch zu minimieren. Du sagst, dass du eine Klappe steuern willst? Ich nehme an, es handelt sich dabei um die Primärluftklappe, die bisher durch einen mechanischen Regler betätigt wird? Hast du schon einmal an die (viel einfacher zu bewerkstelligende Möglichkeit der Leistungssteuerung über die Abgstemperatur gedacht? Und über die Steuerung per Lüfter und FU? So mache ich es heute, denn der ganze Lambda-Käse (tschuldigung, liebe Autoindustrie) ist Augenwischerei. Der Verbrauch sinkt dadurch kaum und die Umwelt hat auch nichts davon. Ein paar wenige Prozent Ersparnis lohnen den Aufwand kaum, wohl aber für die Hersteller, die dadurch die Preise gewaltig hochdrücken konnten - wegen des enormen Marketingwertes. Cool

Hallo Stefan,
vielen Dank für Deinen Request.
Vorweg, Sturzbrandkessel sagt mir erstmal nichts.
Schade, das Du Dein Vorhaben in dem Bereich eingestellt hast.

Meine Philosophie ist, möglichst konstant und niedertemperaturig, nur die absolut notwendige Wärme, möglichst verlustarm zu erzeugen. Um die Pumpenverluste habe ich mir auch Gedanken gemacht, und daher habe ich alle Pumpen(3) auf kleinster Leistung laufen, die teilweise bedarfsgesteuert ein-m und ausgeschaltet werden. Lediglich die Heizungsabgabe zur Fußbodenheizung läuft permanent.

Daher läuft mein Kessel jetzt schon 24Std. ohne Unterbrechung, hat aber erhebliche Schwankungen beim Lambda. Die Luft wird mittels einer verschiebbaren Scheibe im Luftzugang des Lüfters voreingestellt und fixiert. Genau dort will ich es regelbar machen.
Um Schwankungen auszugleichen, das sind Schwankungen in der Pelletsförderung, mal etwas mehr, mal etwas weniger, wäre eine Luftkorrektur angebracht, um einerseits Ruß(unverbrantes C, Kohlenstoff) nicht aufkommen zu lassen, was mit genügend Luft erreicht wird, aber auch nicht zuviel damit die Verbrennung nicht gestört wird, und unnötiges CO(Kohlenmonoxyd) vermieden wird. Also zählt nicht nur der Wirkungsgrad, sondern auch eine angepaßter optimaler Verbrennungsprozess. Ich stecke da noch etwas in den Kinderschuhen, genauso, wie mit dem Arduino.
Die Lamndageschichte ist meiner Meinung nach die einfachste Lösung, um feststellen zu können, ob die Verbrennung in Ordnung ist. Der Restsauerstoff sagt aus, ob noch genügend davon im Abgas ist, und auch das es nicht zuviel für eine gleichmäßige langsame ungestörte Verbrennung ist.
Habe mit dafür den LM-2, einfache Ausführung, für 150 Euronen zugelegt. Bei entsprechender Voreinstellung kann ich da den aktuellen Lambdawert mittels eines Digitalmultimeters, aber auch mit einem analogen Instrument anzeigen lassen. So bekam ich erst mit, wie sehr doch der Restsauerstoffanteil schwankt, und das dort Bedarf besteht. Meine Heizung läuft jetzt auf kleinster Stufe. in Kürze, wenn es kälter wird, möchte ich die Pausenzeit der Pelletszuführung verkürzen, um einerseits natürlich die Leistung zu erhöhen, aber auch um die Verbrennung gleichmäßiger mit weniger Schwankungen hinzubekommen. Ich gebe zu, es ist ein wenig Spielerei dabei ;-) Doch sehe ich die Möglichkeit dies voll automatisieren zu können, wobei ich auch noch der Chef im Ring bin, und jeden Part der Regelung genau kenne. Sowas mag ich.

Natürlich kann man Energie in Form von Strom sparen, je weniger die Pumpen und die Lüfter laufen, aber hier würden sich bedarfsgerechte leistungsgesteuerte Pumpen anbieten. Aber Eins nach dem Anderen. Step by Step.

Erstmal möchte ich die Zuluft steuern, was ich mit einem Servo und einer Lüfterscheibe machen möchte. Damit kann ich den Verbrennungsprozess optimieren, sodaß der Schornsteinfeger auch zufrieden sein kann(CO und C im Abgas).

Gelernt habe ich alles mögliche, von der Metallverarbeitung bis hin zur Elektronik und C-Programmierung. Habe aber noch nie mit Einplatinenrechnern gearbeitet.
Hierzur hoffe ich auf konkrete Hilfe bei der Hardwarezusammenstellung.
Ich weiß doch nicht, welches Shield wo draufpaßt, Ihr aber schon.
Daher frage ich ja auch in diesem Forum, um Konkretes zu erfahren, um Zeit(bin auch nicht mehr der Jüngste mit 57) sparen zu können, und unnötige Kosten zu vermeiden. Habe auch eine riesige Elektronikbastelkiste im Volumen von ca. 2..3 m3, jabe also alles da, ausser den Arduinosachen.

Konkrete Antworten bedürfen konkreter Fragen, daher:::
Auf welchen Arduino bekomme ich alle benötigten Shields drauf, und welche Shields im Detail wären dies? Würde die umgehend gerne einkaufen, bevor die Lieferzeiten der Weihnachtszeit mein Projekt ins nächste Jahr verschieben.

Danke für Eure Mithilfe und Eure Ideen.

Gruß Joe

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03.12.2013, 20:59 (Dieser Beitrag wurde zuletzt bearbeitet: 03.12.2013 21:18 von JoeDorm.)
Beitrag #7
RE: Brennersteuerung
Hallo,
ich versuche hier mal die Programmanforderung im Groben zu formulieren.

Als erstes die Oberfläche:
Menü unterteilt sich in Einstellungen und Betrieb.
Wärend des Betriebs sollen auch die eingestellten Werte angezeigt und verändert werden können.
Hätte da gern ein Display 4x32 Zeilen oder mehr.
Auf der Displayplatine sollen auch Tasten drauf sein, die die Menüführung unterstützen.
Selektion Einstellungen:
Anzeige und Einstellbares:
Zeile1:: EINSTELLUNGEN
Zeile2:: LambdaSoll: 1.6 editierbar
Zeile3:: LambdaMin: 1.2 editierbar
Zeile4:: LambdaMax: 2.1 editierbar
Zeile5:: ZuFührPauseSek3kw: 35 editierbar
Zeile6:: ZuFührPauseSek15kw: 6 editierbar
Zeile7:: LeistungSollKw: 10.0 editierbar
Zeile8:: BrennwertPellets:: 4.9 kw/kg editierbar

Selektion Betrieb:
Ausgabe und Einstellbares:
Zeile1:: BETRIEB, Abgas xxx.xx Grad Cels.
Zeile2:: Voreinstellung Kw: 10.0 editierbar
Zeile3:: Status Lambda: x.xx
Zeile4:: Status Servostellung: xx,xx %

Soweit erstmal Angaben über Displayausgaben und Eingabemöglichkeiten.
Selektieren mit Taste rauf und runter und dann Taste rechts für Enter
Zurück mit Taste links also Escape
Nach Selektion und Enter soll man die Werte innerhalb eines vorgegebenen Bereiches um 0.1 oder 0.01 mit deden Tasten rauf runter und abschliessendem Enter einstellen können.

Wäre das erstmal geschafft, gehts weiter mit der Betriebsfeststellung: Brenner in Normalbetrieb? Andernfalls Brenner aus oder in Startphase.
Wenn ja, dann Spannungsmessung Lambda im Bereich 1 bis 5 Volt um den Ausgang für den Servo bedienen zu können.
Die halbe Abweichung vom Optimalwert so jeweils für x Sekunden als Stellwert für den Servo ausgegeben werden, bevor ein neuer Mess-, und Regelzyklus anläuft.
Andere Prozesse sollten diesen Prozess nicht behindern, also Interupt ja/nein?

Die Leistungsregelung ist eine zeitgesteuerte Angelegenheit.
Es wird die Pausenzeit anteilig der Vorgabewerte für 3kw und 15kw auf die Voreinstellung umgerechnet.
Ein Sensor erfaßt, ob der Brenner über die Startphase, welcher dieser noch selbstständig durchführt, hinaus ist, und regelt ab dann die Pausenzeiten.
Es gilt in etwa 1 Sekunde Zuführung mit 35 Sekunden Pause entsprechen ca. 3kw Heizleistung je Stunde. Da immer nur ein 1 Sekundenpelletsschub stattfindet, kann man sich ja die Pausen für die gewünschte kw-Zahl leicht ausrechnen.
Sollte auch als eigener Prozess laufen, der anderweilig nicht unterbunden werden soll. Interupt ja/nein?

Also Lichtsensor anzapfen, oder Spannungswert am Lüfter, um auf Normalbetrieb schliessen zu können. Lüfterspannung wäre wohl besser(Optokoppler).

Der Differenzwert von Aussentemperatur zu Fußbodenheizungsrücklauftemperatur gibt über eine Formel und einen einstallbaren Wert, den benötigten kw-Wert vor. Somit sollte gewährleistet sein, das die Bude gleichmäßig warm bleibt.

Das Ausblasen der Brennerschale erfolgt nach einem Abfall der Betriebsmodus von Normal auf Aus. Ist aus welchen Gründen auch immer(Puffer voll oder manuell aus), der Status abgefallen auf 0 Spannung(Lüfter dreht nicht mehr), dann kann ein definierter zuvor gefüllter Luftbehälter, mittels einer Durchschaltung eines Gasventils, entleert werden, und die Brennerschale ist wieder sauber.

Temperaturmessung Abgas nicht vergessen.

Eingang1:: Betriebsmodus des Brenners, Optokoppler, 0 oder 1
Eingang2:: Lambdawert als Spannung 1 .. 5 Volt
Eingang3:: Abgastemperatur, Sensor???
Eingang4:: Aussentemperatur, Sensor???
Eingang5:: Fußbodenrucklauftemperatur, Sensor???

Ausgang1:: PWM, Servoansteuerung Lüfterregelung
Ausgang2:: Relais, Pausenzeit für kw-Einstellung
Ausgang3:: Relais, Brennerreinigung, Ausblasvorrichtung
Ausgang4:: Relais, Aschekastenentleerung, einmal am Tag Förderschnecke für 1 Minute.

AusgangX:: Wifi sendet alle 60 Sekunden aktuelle Werte als http-Aufruf an Webserver-PHP-Script. Werte:: Aktuelle Förderung von Pellets in kg/min, BrennwertPellets kw/kg, Lambdawert, Ausblasstatus, Datum, Uhrzeit.

Hmm,
hab ich was vergessen?

Gruß Joe

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03.12.2013, 22:27
Beitrag #8
RE: Brennersteuerung
Hallo Joe,

viel text, aber uso konkreter.

ich habe den Text mal komplett gelesen (ja alles) und sag mal was dazu:
1.Anzeige
Die gesamte Anzeigegeschichte würde ich direkt auf ein LCD-Touch-Screen legen.
Du wirst kaum so große LCDs finden, die Programmierung im Touch ist wesentlich einfacher. A-Bär: das kostet schon mal einen Arduino-Mega!
2. Sensoren
Zitat:Brenner in Normalbetrieb? Andernfalls Brenner aus oder in Startphase.
Sehe ich hier einen Optokoppler?
Lamda-Sonde
Lichtsensor (mehrere?)
Mehrere Temperatursensoren / Wieviele ?
Macht mindestens einen Arduino als Messzentrale
3. Aktoren
ServosShield
Relaishield für 4 Relais
Macht mindestens 1 eher 2 Arduino Uno als Aktorenzentrale
4. Webserver
WiFiShield (Damit kannst du dann auch die Zeit aus dem Internet holen)
Macht einen Arduino Uno
Macht in Summe: 1 Arduino Mega + 3/4 x Arduino Uno + TouchScreen(?) + Sensoren + Aktoren + deren Verdrahtung.
Was dann noch fehlt ist die Kommunikation zwischen den Arduinos. Die könnte man z. über RF-Links machen.
Da dein Projekt wirklich komplex ist (aber realisierbar) , solltest du die Einschätzungen erstmal prüfen/korrigeren. ich denke man muss sich da rantasten.
Grüße Ricardo
PS: Beim programmieren gibts sicher Unterstützung

Grüße Ricardo

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