Brausteuerung mit Arduino selbstgebaut Teil 1

Vollautomatische Brauanlagen für den Heimbrauer (z.B. Speidels Braumeister oder Burmas BrauEule) sind zwar durchdacht und funktionieren gut, allerdings kosten die weit über 1.000€ und bieten dann nur ein Brauvolumen ab 20 Liter. Für 50 Liter kosten die Geräte dann schon über 2.200€. Für uns ist das eindeutig zu viel Geld, daher habe ich mich ein wenig mit dem Arduino auseinandergesetzt und eine eigene Brausteuerung gebaut für unter 100€!

Vorteile einer selbstgebauten Brausteuerung

Die Vorteile einer Do-It-Yourself-Brausteuerung liegen auf der Hand:

1. 100% Lernfaktor
Etwas neues zu lernen ist immer reizvoll. Durch die eigene Steuerung setzt man sich viel mehr mit der Thematik und den einzelnen Prozessen - sowohl was den Aufbau der Steuerung & der Brauanlage, als auch was den Brauprozess an sich angeht - auseinander. Ich habe hier viel mehr gelernt, als wenn wir uns eine fertige Brauanlage gekauft hätten.

2. 100% anpassbar auf die eigene Anlage
Wie bei allem Selbstgemachten konnte ich die Brausteuerung exakt auf unsere Brauanlage und Brauprozesse anpassen. Es war daher kein Problem unseren elektronisch steuerbaren Gaskocher oder unser Rührwerk aus einem Scheibenwischermotor weiter zu verwenden.

3. 100% Skalierbarkeit
Der wohl größte Vorteil liegt in der Skalierbarkeit unserer Brausteuerung. Aktuell brauen wir mit 50 Liter Töpfen. Sobald wir aber auf 100 oder 200 Liter aufsteigen möchte, müssen wir lediglich den Gaskocher und unseren Topf vergrößern. Die Steuerung als solche brauchen wir nicht zu ersetzen und können wir dann weiter verwenden.

Was kann die Brausteuerung

Vor Braubeginn stellt man an der Brausteuerung die gewünschten Prozesse ein. Einmaischen, Temperatur erhöhen auf X-Grad und Temperatur für Y-Minuten halten, Läutern, Y-Minuten kochen lassen, usw. Ist man fertig drückt man auf start und der Brauautomat sagt ab sofort jeden Schritt an und steuert ihn so weit es geht selbst.

Sobald aufgeheizt werden soll, wird der Gaskocher über den Arduino angeheizt und ggf. das Rührwerk gestartet. Die Temperatur wird laufend über ein elektronisches Thermometer gemessen. Ist die Zieltemperatur erreicht schaltet sich der Kocher ab und das Rührwerk reduziert die Geschwindigkeit. Fällt die Temperatur unter eine Toleranzgrenze (aktuell 5%) wird wieder eingeheizt. Alle Schritte beim Kochvorgang gehen jetzt vollautomatisch.

Teil 2 - Programmierung der Steuerung

Einkaufsliste Arduino Brausteuerung

Die Teile die gebraucht werden sind ziemlich günstig und können über Amazon, Ebay, Conrad und den Roboterbausatz-Shop bestellt werden.

• Arduino UNO - original oder Arduino UNO R3 Nachbau (der vom Roboterbausatz-Shop funktionierte bei mir allerdings nicht)
• Wasserdichter Edelstahl Temperatur Fühler
• 2 Kanal Relais Modul (Steuerung der Gassteuerung) 
• H-Brücke L298N (Steuerung des Rührwerks) 
• 20x4 LCD Display
• I2C Modul
• Rotary Encoder mit Druckknopf
• Netzschalter ~ 3€
• Lüsterklemmen
• Breadboard
• Lötkobel und Lötzinn
• Kabel & Stecker
• Lochrasterplatte
• versch. Widerstände
• Kompakte Box zum verstauen der Geräte ~ 15€ bei Conrad

Mit allem drum und dran kommt man dann auf rund 70€. Natürlich kann man auch noch etwas einsparen, wenn man billigere China-Ware bestellt, allerdings kann der Versand dann bis zu 2 Monaten dauern und teils stinkt das Plastik/der Kunststoff.

Zusammenbau Brausteuerung

Bevor ihr gleich alles verlötet, sollte ihr erstmal einen "Trockenbau" machen und alles mit Steckkabeln über ein Breadboard verbinden. Funktioniert hier alles, könnt ihr die Teile auf die Lochrasterplatte löten.

Schaltplan der Arduino Brausteuerung

Den obigen Schaltplan habe ich mit Fritzing erstellt, das ist eine super Software um solche Skizzen zu machen. Ich habe mir ein eigenes kleines Shield (=passende Rochlasterplatine für den Arduino) gelötet auf dem eine Reihe GND und eine 5V ist. Dadurch ist das Verbinden sehr einfach. Auf der Skizze ist das über das Breadboard gelöst.

Zusammenbau der Arduino Brausteuerung

Netzschalter: Über den Netzschalter kann man den Arduino an- und ausschalten. Das geht einfacher als ständig ein-/ausstecken.

12V Stromquelle: Ich habe hier ein altes Netzteil einer externen Festplatte verwendet. Da der Motor noch nicht volle Power bekommt, werde ich hier noch eines mit mehr Kraft nehmen.

H-Brücke L298N: Über die H-Brücke kann man 2 Motoren ansteuern. Hier könnten wir also noch ein 2tes Rührwerk einbauen oder z.B. die Hopfenzugabe mit einem Servomotor automatisieren. Über die H-Brücke versorgen wir den Arduino mit Strom (rotes +5V Kabel). Über den PIN 11 und 12 wird dann der Motor angesteuert. Wir brauchen 2 PINs, damit wir den Motor drosseln können und die Geschwindigkeit regulieren können. Man sollte noch die Erdung (GND) mit dem Arduino-Verbinden, das habe ich auf der Skizze vergessen.

Scheibenwischermotor: Den Motor einfach mit dem passenden Ausgang an der H-Brücke verbinden. Die Erdung direkt mit der Erdung auf dem Breadbaord verbinden.

LCD-Display: Ich habe hier ein 20x4 LCD-Display verwendet. Sprich wir haben 20 Zeichen pro Zeile und insgesamt 4 Zeilen. Das reicht um alle wichtigen Infos anzuzeigen. Das LCD-Display können wir zwar direkt an den Arduino stecken, allerdings gehen dabei zu viele Steckplätze drauf. Daher verwenden wir ein I2C-Modul.

I2C-Modul: Das I2C-Modul ermöglicht es das Display mit nur noch 2 PINs anzusteuern + V5 und GND. Die Stecker am Modul: GND = GND, VCC = 5V, SDA = PIN A4, SCL = PIN A5

Rotary Encoder: Mit dem Encoder steuern wir das Programm mit nur einem Knopf. Wir können vor- und zurückdrehen und mit dem Klick bestätigen. Pins: D2, D3, D4 und zweimal GND.

Relais: Mit dem Relais können wir unseren Gaskocher ansteuern. Natürlich kann hier auch eine Elektroplatte angeschlossen werden. Verwendete PINs D8, GND und 5V. Das Relay funktioniert so: Liegt auf PIN D8 Strom, dann wird der Stromkreis geschlossen und der GFA erhält seine 230V, liegt kein Strom mehr drauf, wird der Stromfluss unterbrochen und der GFA wird abgeschalten. Man hört das, wenn es laut "knackt" und ein kleines rotes Lämpchen auf dem Relais leuchtet.

Programmierung Brausteuerung

Der aufwendigere und etwas schwierigere Teil ist die Programmierung des ganzen. Da mein Programmcode noch alles andere als ausgereift ist, möchte ich den hier noch nicht veröffentlichen. Ich habe ca. 20h reine Programmierzeit dafür gebraucht. Das war mein erstes echtes Arduino Projekt und ich hatte vorher noch nichts mit Arduino-Programmierung zu tun gehabt. Für eine Quick-and-Dirty-Lösung langen grundlegende Programmierkenntnisse.

Vorschau der Brausteuerung

In einer frühen Phase habe ich ein kleines Video der Brausteuerung gemacht. Man sieht wie man durch das Menü navigieren und die verschiedenen Schritte einstellen kann. Das Surren bzw. Brummen ist der Motor bei voller und 1/4 Power. Das Thermometer habe ich mit meiner Hand bzw. in einem Glas warmen Wasser erwärmt:

Geplante Verbesserungen/Erweiterungen

Auch wenn wir die Brausteuerung bisher noch nicht richtig testen konnten, würde ich bereits jetzt schon mit 2 Temperatursensoren arbeiten. Wir hatten bei unseren Tests oft an verschiedenen Stellen im Topf unterschiedliche Temperaturen. Wenn man die Temperaturen dann mittelt, sollte das doch genauer sein... natürlich sollten wir evtl. auch unser Rührwerk optimieren ;)

Wie gehts weiter?

Als nächstes müssen wir die Steuerung noch live in unserer Brauerei testen. Sobald die ersten Tests durchgelaufen sind, werde ich das Programm weiter optimieren und für uns anpassen. Unsere Brauerei wird voraussichtlich Mitte/Ende Mai fertig sein. Es gibt noch viel zu tun ;)

Nutzt gerne unten die Kommentarfunktion für Fragen/Anregung/Kritik :) Danke!

Teil 2 - Programmierung der Steuerung