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Thermometer/Timer für Kaffee & Tee

Dieser Untersetzer für Kaffee- und Teetassen wurde für die Arbeit im Home Office entwickelt.

Beim konzentrierten Arbeiten und Lernen passiert es immer wieder, dass man sich zwischendurch einen Kaffee oder Tee macht, ihn zum Abkühlen beiseite stellt und dann wieder vergisst.

Der Untersetzer gibt daher dem Nutzer Rückmeldung darüber, wann das Getränk auf Trinktemperatur abgekühlt ist, damit man sich nicht verbrennt, und wenn es kalt wird. Darüber hinaus wird die optimale Aufgusstemperatur und Ziehzeit für die gängigsten Teesorten berücksichtigt, damit z.B. grüner oder schwarzer Tee nicht zu lange zieht und bitter wird.

Recherche

Für mein Projekt habe ich zunächst die optimale Trinktemperatur für Kaffee und Tee recherchiert, sowie die Brüh- bzw. Aufgusstemperaturen und die Ziehzeiten der gängigsten Teesorten.

Im Anschluss habe ich einen Blick auf Designkonzepte und im Handel erhältliche Becher und Tassen geworfen, die Nutzern Rückmeldung über die Temperatur von Getränken geben und sie daran erinnern zu trinken.

Bei diesen Bechern und Tassen wird das Getränk meist auf der gewünschten Temperatur gehalten und diese wiederum entweder in Grad Celsius über ein integriertes Display angezeigt oder durch LEDs signalisiert.

Da das Grundproblem jedoch darin besteht, dass man die Tasse beiseite stellt und nicht mehr darauf schaut, hielt ich ein visuelles Feedback an der Tasse für mein Projekt nicht für sinnvoll. Darüber hinaus ist die Angabe der genauen Gradzahl nicht hilfreich, da nur die wenigsten Nutzer die optimale Trinktemperatur kennen.

Daher wollte ich in meinem Entwurf ein alternatives Feedback nutzen, z.B. Vibration, eine akustische Rückmeldung, ein Pop-up-Fenster oder ein Objekt, das am Bildschirm befestigt wird und sich bewegt, blinkt etc.

Konzept

Erste Ideen zum Messen der Temperatur umfassten eine Art kleine Boje oder Tee-Ei, das in die Tasse eingehängt wird, einen Deckel oder einen Untersetzer. Als Feedback kamen u.a. ein akustisches Signal (z.B. eine Melodie) in Frage, Vibration, ein Pop-up-Fenster am Bildschirm oder ein Objekt, das am Bildschirm befestigt wird und sich bewegt, blinkt o.ä.

Aus hygienischen und praktischen Gründen verzichtete ich darauf etwas in die Tasse einzuhängen, das anschließend wieder herausgenommen und gereinigt werden muss. Ich zog alternativ in Betracht, den Temperatursensor seitlich an der Tasse anzubringen, um ihn vor Dampf und Feuchtigkeit zu schützen. Jedoch weichen die Messergebnisse je nach Größe und Füllstand der Tasse zu stark voneinander ab.

Letztendlich entschloss ich mich für einen Untersetzer mit integriertem Infrarot-Temperatursensor. Beim Prototypen ermöglicht eine kleine Öffnung im Gehäuse das Messen der Temperatur am Boden der Tasse. Beim fertigen Produkt würde der Sensor mit einer Plexiglasplatte abgedeckt und vor Feuchtigkeit geschützt.

Durch Drehen am Untersetzer wird das Getränk (und somit die passende Trink- und Aufgusstemperatur, sowie die Ziehzeit) ausgewählt und durch Drücken eines Buttons der Timer für die Ziehzeit gestartet.

Eine Sprachansage auf Englisch spielt an die britische Tea Time an und erinnert den Nutzer daran, den Teebeutel einzuhängen, zu trinken usw.

Hardware & Schaltplan

Für den Aufbau habe ich einen Arduino Nano Mikrocontroller verwendet, um den Untersetzer möglichst klein gestalten zu können. Zu diesem Zweck habe ich auch auf ein Breadboard und fast vollständig auf Steckverbindungen verzichtet. Die Kabel wurden an die Teile angelötet.

Als Stromquelle wird eine 9Volt-Batterie genutzt, damit der Untersetzer kabellos betrieben werden kann. Um das Gerät ausschalten zu können und Strom zu sparen, habe ich einen Schiebetaster in den Schaltkreis integriert.

Der verwendete Temperatursensor misst über Infrarot, also kontaktlos, mit bis zu 9cm Abstand.

Er deckt mit in einem Temperaturbereich von -10 bis 100°C den gewünschten Messbereich ab und misst auf +-2°C genau, was für die hier vorgesehene Verwendung völlig ausreichend ist.

Um die Programmierung zu vereinfachen, habe ich zum Einstellen der Programme für die unterschiedlichen Getränke ein Potentiometer verwendet. Bei einer weiteren Ausarbeitung würde ich dieses jedoch durch einen Rotary Encoder ersetzen, da dieser in die verschiedenen Positionen einrastet und dem Nutzer somit ein besseres Feedback gibt.

Die MP3s wurden auf einer Micro SD Karte gespeichert und werden über ein DFPlayer Modul in Verbindung mit einem kleinen Lautsprecher abgespielt.

Source-Code

Ich habe zunächst mit Hilfe eines Sketches aus dem Internet das Messen der Temperatur über den Infrarot-Sensor ausgetestet. Hierbei wird sowohl die Temperatur eines Objekts als auch die Umgebungstemperatur über den Serial Monitor angezeigt. Für das Projekt ist jedoch nur die Objekttemperatur relevant.

Ich habe diesen Sketch einfachheitshalber unverändert für meinen Source-Code übernommen und dann Schritt für Schritt erweitert. Er ist im Folgenden durch eine orangene Umrandung hervorgehoben.

Mit Hilfe eines Internet-Tutorials konnte ich das Abspielen von MP3s unter bestimmten Bedingungen (z.B. Drücken eines Tasters oder Überschreiten bestimmter Messwerte eines Sensors) austesten. Dabei konnte ich auf eine entsprechende Library für den DFPlayer zurückgreifen, die ich am Anfang des Source-Codes eingefügt habe.

Wie hier zu sehen ist, habe ich im Source-Code diverse Integers festgelegt, um z.B. die Temperaturbereiche oder Ziehzeiten bei Bedarf schnell und einfach ändern zu können.

Statt einer genauen Aufguss- oder Trinktemperatur habe ich Minimal- und Maximalwerte festgelegt, falls ich die Zeitabstände für die Messungen vergrößern wollte und der Sensor den exakten Wert ungewollt überspringt. 

Mit Hilfe des Source-Codes aus dem MP3-Player-Tutorial wird im Serial Monitor die Initialisierung des DFPlayers und gegebenenfalls eine Fehlermeldung angezeigt. Dies erleichterte das Troubleshooting beim Programmieren.

Hier ist auch die Lautstärke mit einem Maximalwert von 30 festgelegt und kann verändert werden.

Da der Zeiger nur an einem bestimmten Bereich am Untersetzer auf das gewünschte Icon gestellt wird, habe ich den Messbereich für das Potentiometer entsprechend angepasst.

Auch an dieser Stelle erleichterten mir diverse Serial.print-Befehle die Fehlersuche und -behebung.

Nachdem ich mir einen Überblick über die einzelnen Nutzungsschritte und Szenarien verschafft hatte, legte ich die entsprechenden if-cases fest. Dabei habe ich einige Teesorten aufgrund gleicher Temperaturwerte oder Ziehzeiten mit „&&“ (und) bzw. „||“ (oder) zusammenfassen können.

Gleichzeitig habe ich den Code so angepasst, dass die Sprachansagen immer nur einmal erfolgen.

Ausgestaltung

Szenario

Zunächst wird eines von acht Programmen ausgewählt, in dem die entsprechenden Temperaturbereiche und die Ziehzeit codiert sind, in diesem Beispiel „Grüner Tee“. Hierzu wird der obere Teil des Untersetzers gedreht bis der Zeiger auf das entsprechende Icon zeigt. Anschließend wird das kochende Wasser eingegossen.

Wenn das Wasser auf die optimale Aufgusstemperatur von 80 bis 76°C abgekühlt ist, wird die Ansage „Please insert the tea bag“ abgespielt. Nach dem Einhängen des Teebeutels drückt der Nutzer auf den Button, um den Timer zu starten. Nach zwei Minuten wird „Please remove the tea bag“ abgespielt. Wenn der Tee auf 65 bis 61°C abkühlt, erklingt „Your tea is getting cold“.

Das Programm startet neu, wenn die entsprechenden MP3s einmal abgespielt wurden und die Temperatur wieder auf über 80°C steigt, da eine neue heiße Tasse auf den Untersetzer gestellt wird.

Renderings

Quellen

https://theweekendedition.com.au/food-drink/ember-technologies-mug/

https://www.amazon.ca/Ember-Cermaic-Mug-Black-Gen/dp/B07NQSR1DD

https://www.healthyseniorsolutions.com/1_5_0_71_JIMI-S3-Smart-Mug-that-can-remind-you-to-drink-water-and-interact-remotely-Dietitian-gift-9-oz-black.html

https://www.amazon.com/Glowstone-self-heating-smart-mug/dp/B07C33N4G7

https://www.kickstarter.com/projects/powerpractical/the-jul-heated-smart-mug-for-coffee-and-tea?lang=de

https://www.turn-on.de/smart-living/news/smarter-kaffeebecher-bietet-wohltemperierte-heissgetraenke-305242

https://www.cupandleaf.com/blog/cup-of-tea

https://www.coffee-perfect.de/kaffeewissen/temperatur-kaffeetrinken.html#:~:text=Die%20optimale%20Br%C3%BChtemperatur%20f%C3%BCr%20Kaffee,67%C2%B0C.

https://www.teekampagne.de/Darjeeling/Zubereitung-Rezepte#:~:text=Die%20ideale%20Trinktemperatur%20liegt%20bei,dem%20Tee%20in%20die%20Tasse.

https://funduino.de/nr-43-dfplayer-mini-mp3-player

https://wiki.seeedstudio.com/Grove-Infrared_Temperature_Sensor/

https://www.reichelt.de/arduino-grove-infrarot-temperatursensor-otp-538u-grv-ir-temp-sens-p191220.html?r=1

https://www.amazon.de/gp/product/B07X2CZZDJ/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o02_s00?ie=UTF8&psc=1

https://www.amazon.de/gp/product/B078SBBST6/ref=ppx_yo_dt_b_asin_title_o02_s01?ie=UTF8&psc=1

https://www.reichelt.de/arduino-nano-v3-atmega-328-mini-usb-arduino-nano-p142943.html?r=1

https://www.reichelt.de/schiebeschalter-miniatur-loetanschluss-1x-um-t-215-p19975.html?&trstct=pol_3&nbc=1

https://www.funduinoshop.com/65-Stueck-Breadboard-Kabel

https://www.amazon.de/SanDisk-SDSQUAR-064G-GN6MA-microSDXC-Speicherkarte-Adapter/dp/B073JWXGNT?th=1

https://www.aliexpress.com/i/32947814100.html

https://electronics.semaf.at/Mini-Push-Button-Switch-6x6x5mm

https://www.conrad.de/de/p/varta-longlife-6lr61-9-v-block-batterie-alkali-mangan-565-mah-9-v-1-st-650709.html?gclid=CjwKCAjwydP5BRBREiwA-qrCGsZH7PfIqxSpvdtpvi9WFpXDoRAjHSMuXd85mJRvVc4FxXZ91-fJvRoCDagQAvD_BwE&hk=SEM&WT.srch=1&WT.mc_id=google_pla&s_kwcid=AL%21222%213%21326955887687%21%21%21g%21%21&ef_id=CjwKCAjwydP5BRBREiwA-qrCGsZH7PfIqxSpvdtpvi9WFpXDoRAjHSMuXd85mJRvVc4FxXZ91-fJvRoCDagQAvD_BwE%3AG%3As

Ein Projekt von

Fachgruppe

Interdisziplinär

Art des Projekts

Keine Angabe

Zugehöriger Workspace

Physical Computing Sommersemester 2020

Entstehungszeitraum

Sommersemester 2020