HumiCon-Shield - the circuit board

Now, if somebody should have got the desire to recreate the HumiCon-Shield, here the required PCB layout and the wiring diagram:
(All rights reserve. It is forbidden to commercially exploit this information. Private use only.)

Falls jetzt jemand Lust bekommen haben sollte, das HumiCon-Shield nachzubauen, hier das dazu notwendige Platinen-Layout und der Schaltplan:
(Ich behalte mir alle Rechte vor. Es ist verboten, diese Informationen kommerziell zu verwerten. Nur zur privaten Nutzung.)

circuit diagram - Schaltplan

underside - Unterseite

upper side - Oberseite

screen print - Siebdruck

Humidor control with HumiCon-Shield

Just over 2 years ago I put into operation my humidor with the self-developed humidifier "HumidorControl F". And I'm very happy with it. But for some time already annoyed me that the used Relay Shield clacks minimal and the flying wired Protoshield, although you can not see, looked like a permanent provisional arrangement.

The resulting solution is a self-developed and professionally produced control board, which combines both Shields and works with electronic transistors instead of mechanical relays. In order to have more options for the future, the circuit was designed somewhat universally.

Here are the new main features:

• 12V input voltage
• Power supply for all 5V Arduino models (Uno, Leonardo, Mega, Yun)
• Up to 4 independently readable hygrometer
• Up to 4 independently controllable fans (convection and/or humidifier)
• Display via I²C bus connectable
• 3 analog inputs for future expansions

Along with the new board, I made a few small, rather cosmetic changes in the control software and rename the software to "HumiCon U". This is optimized for Arduino Uno. In a next step, a webinterface via WLAN is scheduled. This will be probably realized as "HumiCon Y" with an Arduino Yun.

Information for private reproduction (click).

Humidorsteuerung mit HumiCon-Shield

Vor etwas über 2 Jahren habe ich meinen Humidorschrank mit der selbstentwickelte Befeuchtersteuerung "HumidorControl F" in Betrieb genommen. Und bis jetzt bin ich damit sehr zufrieden. Jedoch ärgerte mich schon seit einiger Zeit, dass das verwendete Relais-Shield minimal klackt und das fliegend verdrahtete ProtoShield, obwohl man es nicht sieht, wie ein dauerhaftes Provisorium wirkte.

Die Lösung war jetzt eine selbstentwickelte und professionell geätzte Steuerungsplatine, die beide Shields miteinander kombiniert und statt mit Relais mit Schalttransistoren arbeitet. Gleichzeitig habe ich die Schaltung etwas universeller gestaltet, um so für die Zukunft mehr Möglichkeiten zu haben.

Hier die neuen Eckdaten:

• 12V Eingangsspannung
• Stromversorgung für alle 5V-Arduinomodelle (Uno, Leonardo, Mega, Yun)
• Bis zu 4 unabhängige Hygrometer
• Bis zu 4 unabhängige Lüfter (Umluft und/oder Befeuchter)
• Display über I²C-Bus anschließbar
• 3 analoge Eingänge für zukünftige Erweiterungen

Gleichzeitig mit der neuen Platine habe ich ein paar kleine, eher kosmetische Änderungen in der Steuerungssoftware vorgenommen und die Software nach "HumiCon U" umbenannt. Diese ist für Arduino Uno optimiert. In einem nächsten Schritt ist ein Webschnittstelle via WLAN geplant. Diese wird wahrscheinlich als "HumiCon Y" mit einem Arduino Yun realisiert werden.

Informationen zum privaten Nachbau (klick).

Crafting an electronic psychrometer

In Cigar Journal 2/2014 and 3/2014 Marc André reports in detail about different types of hygrometers and their calibration.

As I reported earlier, I use in my humidor a homemade, microcontroller-driven humidification system, which determines the moisture over three capacitive humidity sensors. The initial setup was calibrated by conventional hair hygrometer, which were calibrated using the salt method. Because this calibration has some difficulties, I always treated the determined humidity values ​​with a certain skepticism.



To avoid these difficulties, I now have crafted an electronic psychrometer.

This determines the relative humidity very accurately from the difference between the ambient temperature and the so-called wet-bulb temperature. For this purpose, one thermometer is covered with a cotton stocking, moistened with distilled water. This thermometer will measure the "evaporative cooling". This is lower, the drier the surrounding air. Who doesn't want to do the calculations, can find the relative humidity on a psychometer table.

It is more accurate to calculate the exact air humidity from the two temperature values​​, the air pressure, and a psychrometric constant. The corresponding physics has already been described in countless articles, so I beg to refer to Wikipedia/relative humidity and Wikipedia/psychrometer.

Fundamentally is the psychrometer formula, which describes the relationship between the vapor pressure e, the psychrometric difference (t-t'), the saturation vapor pressure at the temperature of the wet thermometer E', the air pressure p and a constant specific psychrometer coefficient (psychrometric constant) C:

e = E' - [ C x p x ( t - t' )]

The relative humidity f is the ratio of the actual water vapor pressure e to the saturation vapor pressure E' at the prevailing air temperature t:

E' = 6,1078 x exp [( 17,08085 x t ) / ( 234,175 + t )]

f = e / E'

That is the theory. Now the practice.

Used hardware:
Temperature sensors: Dallas DS18B20
Microcontroller: Arduino UNO

I chose the DS18B20 because he works very well with the Arduino microcontroller, is easy to program and has a high accuracy at an acceptable tolerance. The tolerance of the thermometers are +/- 0.5 ° C and within the calculations it results an inaccuracy in the relative humidity of +/- 0.6%. This is an outstanding value for a hygrometer and sufficient for me. Even if it is a bit bigger.

The wiring diagram itself is very simple and needs no further explanation.



And the required software to calculate the relative humidity is then just a finger exercise, especially since I omitted a separate display shield and show the measured values on the laptop via USB.

Addendum:
As in the case of a centrifugal psychometer, an air flow of approximately 2 m/s is also required here. This is the only way to ensure the perfect function. In my humidor the psychrometer is always positioned in the airflow of the circulating fan. For this purpose I switch the fan to continuous operation.

Bau eines elektronischen Psychrometers

Im Cigar Journal 2/2014 und 3/2014 berichtet Marc André ausführlich über verschiedene Arten von Hygrometern und deren Kalibrierung.

Wie ich bereits berichtet habe, verwende ich in meinem Humidorschrank eine selbstgebaute, mikrocontrollergesteuerte Befeuchtung, welche die Feuchtigkeit über drei kapazitive Feuchtesensoren ermittelt. Die Anfangskalibrierung erfolgte mittels konventioneller Haarhygrometer, die ich mit der Salz-Methode und Feuchtenormale kalibriert hatte. Da diese Kalibrierung jedoch gewisse Schwierigkeiten mit sich bringt, habe ich die ermittelten Feuchtewerte immer mit einer gewissen Skepsis behandelt.



Um diesen Schwierigkeiten aus dem Weg zu gehen, habe ich mir nun ein elektronisches Psychrometer gebastelt.

Dieses ermittelt die relative Luftfeuchte sehr präzise aus der Differenz zwischen der Umgebungstemperatur und der sogenannten Feuchtkugeltemperatur. Dazu ist eines der Thermometer mit einem Baumwollstrumpf überzogen, der mit destilliertem Wasser befeuchtet ist. Dieses Thermometer misst nun die "Verdunstungskälte". Diese ist umso niedriger, je trockener die Umgebungsluft ist. Wer keine Lust zum Rechnen hat, kann die relative Luftfeuchte auf einer Psychrometertabelle abgelesen.

Genauer ist es allerdings, die exakte Luftfeuchte aus beiden Temperaturwerten, dem Luftdruck und einer Psychrometerkonstante zu errechnen. Die dazu gehörige Physik ist bereits in unzähligen Artikeln beschrieben worden, sodass ich mir erlaube, der Einfachheit halber auf Wikipedia/Luftfeuchtigkeit und Wikipedia/Psychrometer zu verweisen.

Grundlegend ist die Psychrometerformel oder Sprung-Formel, welche den Zusammenhang zwischen dem Dampfdruck e, der psychrometrischen Differenz (t-t'), dem Sättigungsdampfdruck bei der Temperatur des feuchten Thermometers E', dem Luftdruck p und einem konstanten spezifischen Psychrometerkoeffizienten (Psychrometerkonstante) C beschreibt:

e = E' - [ C x p x ( t - t' )]

Die relative Feuchte f ist dann das Verhältnis des aktuellen Wasserdampfdruckes e zum Sättigungsdampfdruck E' bei der herrschenden Lufttemperatur t:

E' = 6,1078 x exp [( 17,08085 x t ) / ( 234,175 + t )]

f = e / E'

Soweit die Theorie. Nun die Praxis.

Verwendete Hardware:
Temperatursensoren: Dallas DS18B20
Mikrocontroller: Arduino UNO

Den verbauten DS18B20 habe ich gewählt, da er sehr gut mit dem Arduino-Mikrocontroller zusammenarbeitet, einfach zu programmieren ist und ein hohe Messgenauigkeit bei einer akzeptablen Toleranz besitzt. Die Toleranz der Thermometer von +/- 0,5°C führt innerhalb der Berechnungen zu einer Ungenauigkeit bei der relativen Feuchte von +/- 0,6%. Das ist für ein Feuchtemessgerät ein hervorragender Wert und für mich ausreichend. Selbst wenn es etwas mehr sein sollte.

Der Schaltplan selber ist äußerst simpel und bedarf keiner weiteren Erklärung.



Und die zur Berechnung der relativen Luftfeuchte notwendige Software ist dann letztendlich nur noch eine Fingerübung, zumal ich auf ein eigenes Display verzichtet habe und die Messwerte via USB-Port auf dem Laptop anzeigen lasse.

Nachtrag 29.11.2016:
Wie bei einem Schleuder-Psychriometer ist auch hier für einen Luftstrom von ca. 2 m/s zu sorgen. Nur so kann die einwandfreie Funktion sichergestellt werden. In meinem Humidorschrank steht das Psychrometer immer im Luftstrom des Umluftlüfters, den ich zu diesem Zweck auf Dauerfunktion schalte.

New Humidor with "HumidorControl F"

After my plastic boxes for storing cigarboxes starts to burst again and I didn't even want to buy another box, I've decided to home build a humidorcabinet with active humidifier.

Base is an older solid wood cabinet from an internet auction. Especially practical was that the cabinet has a sufficiently large drawer that can hold the humidifier. As a self-made humidifier solution comes with acrylic polymers for use. This is controlled by an Arduino Uno with the self-developed software "HumidorControl F". The humidity is measured with 3 hygrometers type AM2303.

The following considerations for the hygrometer were in the foreground: If the humidor has an active air circulation, it doesn't matter where to measure the humidity. More important is the question, how to monitor the plausibility of the measured values​​? If I only use one hygrometer, I have to believe the measured value and do not mind if the hygrometer runs "out of hand". If I however use at least 3 hygrometers, which are installed so that they would provide the same values, I notice very quickly if a hygrometer provides incorrect values​​. In this case I do not consider the incorrect value and still have plausible values​​.
Another advantage is that I can smooth the measured values ​​with the mean. This is necessary because the hygrometer have technically fluctuations.

Humidor:
- Body made of pine wood, 10 years old
- Lined with neutral poplar plywood
- Aroma sheets of Cedro (not on photo)
- 150 L volume
- Drawer to hold the humidifier
- LED lighting (door and single switching)
- Sealing strip made ​​of solid wood
- Shelves made ​​of solid wood round logs
- Moisture loss of approximately 0.2% per day

Humidifier:
- 100 g of acrylic polymers
- 5 L capacity
- Speed ​​controlled fan 120 mm
- Performance in the humidor: 1% per minute in maximum

Controller:
- Hidden control electronics in the top cover
- Arduino Uno
- Self-developed control board on ProtoShield
- Relay Shield
- Display Shield 2x16, including input buttons

Addition May 2015: In the meantime I replaced the ProtoShield with a self-developed board, the HumiCon-Shield.

Software "HumidorControl F":
- Interval controlled air recirculation function
- Freely adjustable humidity (min, max)
- Different display modes for humidity and temperature
- Mean values​​, individual values
- Fault monitoring of the hygrometers
- Automatic error correction
- Display of the error in the display and the outside of the humidor

Neuer Humidor mit "HumidorControl F"

Nachdem meine Kunststoffboxen zur Kistenlagerung mal wieder aus allen Nähten platzten und ich nicht noch eine Box kaufen wollte, habe ich mich für den Selbstbau eines Humidorschrankes mit aktiver Befeuchtung entschieden.

Basis ist eine ältere Massivholzvitrine aus einer Internetauktion. Besonders praktisch war dabei, dass die Vitrine über eine ausreichend große Schublade verfügt, die den Befeuchter aufnehmen kann. Als Befeuchterlösung kommt ein selbstgebauter, aktiver Acrylpolymerbefeuchter zum Einsatz. Dieser wird von einem Arduino Uno mit der selbstentwickelten Software "HumidorControl F" gesteuert. Die Feuchtigkeit wird mit 3 Hygrometern vom Typ AM2303 ermittelt.

Bei den Hygrometern standen folgende Überlegungen im Vordergrund: Wenn der Humidor über eine aktive Luftumwälzung verfügt, ist es egal, wo ich die Luftfeuchte messe. Wichtiger erschien mir eher die Frage, wie überwache ich die Plausibilität der Messwerte? Wenn nur ein Hygrometer eingesetzt wird, muss ich den Messwert glauben und merke nicht, wenn das Hygrometer "aus dem Ruder läuft". Wenn ich dagegen mindestens 3 Hygrometer verwende, die so eingebaut sind, dass sie den gleichen Messwert liefern müssten, merke ich sehr schnell, wenn ein Hygrometer falsche Werte liefert. In diesem Fall kann ich den fehlerhaften Messwert unberücksichtigt lassen und habe immer noch glaubhafte Messwerte.
Ein weiterer Vorteil ist, dass ich bei der Verwendung eines Mittelwertes über alle Hygrometer, technisch bedingte Messschwankungen der Hygrometer glätten kann und einen saubereren Messwert bekomme.

Humidor:
- Korpus aus Kiefernholz, 10 Jahre alt
- Auskleidung mit neutralem Pappelsperrholz
- Aromaplatten aus Cedro (nicht im Bild)
- 150 L Inhalt
- Schublade zur Aufnahme des Befeuchters
- LED-Beleuchtung (Tür- und Einzelschaltung)
- Umlaufende Dichtleiste aus Massivholz
- Ablagen aus Massivholzrundhölzern
- Feuchteverlust: ca. 0,2% / Tag

Befeuchter:
- 100 g Acrylpolymere
- 5 L Fassungsvermögen
- drehzahlgeregelter Lüfter 120 mm
- Leistung im Humidor: max. 1% / Minute

Steuerung:
- Verdecke Steuerelektronik im Zwischendeckel
- Arduino Uno
- selbstentwickelte Steuerungsplatine auf ProtoShield
- Relais-Shield
- Display-Shield 2x16, inkl. Eingabetaster

Nachtrag Mai 2015: In der Zwischenzeit habe ich das ProtoShield durch einer selbstentwickelte Platine ersetzt, das HumiCon-Shield.

Software "HumidorControl F":
- Intervallgesteuerte Umluftfunktion
- frei einstellbare Feuchte (min, max)
- verschiedene Anzeigemodis für Feuchtigkeit und Temperatur
- Mittelwerte, Einzelwerte
- Fehlerüberwachung der Hygrometer
- automatische Fehlerkorrektur
- Fehleranzeige in Display und außen am Humidor