精准温控木炭烟熏炉套件：Arduino MKR1000 物联网 BBQ 大师

项目缘起

木炭烟熏能赋予肉类独特风味，但温度难以稳定：需频繁调节通风口、添加木炭。本项目基于 **Arduino MKR1000**（内置 WiFi + LiPo 充电管理）打造**全自动温控烟熏炉控制器**：NTC 热敏电阻监测炉膛温度，MOSFET 驱动 5V 无刷鼓风机调节进风量，维持设定温度（默认 225°F ≈ 107℃）；同时搭建 Web 服务器与 Windows 10 通用 App (UWP)，实现手机/平板/PC 远程监控炉温、探针温度与修改目标温度。

硬件清单

• Arduino MKR1000 ×1 — 3.3V 逻辑、内置 WiFi、JST LiPo 接口
• 5V 无刷鼓风机 ×1 — 进风量执行器
• IRF520N MOSFET 驱动模块 ×1 — PWM 调速/开关鼓风机
• 100kΩ NTC 热敏电阻 (3D 打印机热端同款) ×1+ — 炉温探针，可多路扩展肉芯温度
• 10kΩ 精密电阻 ×若干 — 分压电阻
• 3.7V LiPo 电池 (≥700 mAh) ×1 — MKR1000 直供，鼓风机另供电
• 不锈钢管 (1/4″) + 热缩管 — 探针护套，耐高温
• 狗粮碗 (不锈钢) + 鼓风机安装座 — 覆盖原通风口，隔热固定鼓风机
• 面包板、跳线、10kΩ 电位器、LED+330Ω — 原型调试用

探针制作工艺

1. NTC 焊接高温硅胶线，套入不锈钢管，一端钳压封口并折尖
2. 另一端套热缩管固定导线，防油烟渗入
3. 分压电路：3.3V → 10kΩ → A0 → NTC → GND
4. ADC 读值 → 电压 → 电流 → NTC 电阻 → **Beta 方程** 换算华氏度

温度计算原理 (Beta 方程)

// 分压电路：固定电阻 Rf 接 VCC，NTC 接 GND，中点接 ADC
V_ntc = ADC_reading / 4095 * 3.3          // MKR1000 12-bit ADC
I = (3.3 - V_ntc) / Rf                    // 固定电阻两端电流
R_ntc = V_ntc / I                         // NTC 瞬时电阻
// Beta 方程：1/T = 1/T0 + (1/Beta) * ln(R_ntc/R0)
// T0 = 25℃ = 298.15K, R0 = 100kΩ, Beta = 3950 (典型值)
T_K = 1 / (1/298.15 + (1/3950) * log(R_ntc/100000))
T_F = (T_K - 273.15) * 9/5 + 32

固件架构

• WiFi 服务器：静态 IP (192.168.123.90)，端口 80，单页 HTML 响应
• 页面内容：表格显示所有探针实时温度、表单输入目标温度 (GET 参数 t=xxx)
• 控制逻辑：Bang-Bang 控制（开关量），炉温 < 目标温 → 鼓风机全开 (PWM 255)，否则全关
• 指示 LED：D0 接 LED，鼓风机开启时点亮
• 电位器：调试时切换至 ADC 模拟温度信号

Windows 10 通用 App (UWP)

• 定时轮询 MKR1000 HTTP 端点，解析 HTML 表格提取温度
• 界面显示：炉温、多路肉芯温度、目标温度设定框、更新按钮
• 支持任何 Windows 10 设备 (PC/平板/手机/Xbox/HoloLens)
• 源码 C#/XAML，Visual Studio 2015+ 编译

电源设计

• MKR1000 由 LiPo 供电，板载充电管理，可插 USB 充电
• 鼓风机单独由大容量移动电源 (10,000 mAh) 供电，经 MOSFET 模块端子块接入
• MOSFET 模块 VCC/GND 接鼓风机电源，信号线接 MKR D0，三地共地

实测与调试技巧

• 面包板阶段用电位器模拟 NTC 电压，验证温度换算与控制逻辑
• 串口监视器打印 ADC 原值、电压、电阻、温度，核对 Beta 参数
• 实际烟熏中，炉温波动 ±10°F 可接受；若需更平滑可升级 PID + PWM 调速
• 探针耐温验证：NTC 引线耐 200℃+，不锈钢管隔离火星油烟

扩展方向

• **PID 控制**：引入积分/微分项，配合 MOSFET PWM 实现无刷电机调速，消除温度超调
• **多探针**：利用 A1–A6 扩展 6 路肉芯温度，网页同步显示
• **云端日志**：MQTT 推送至 InfluxDB + Grafana，生成烟熏曲线报告
• **语音助手**：对接 Alexa/Google Home，语音查询/设定温度
• **固态继电器 + 电加热棒**：兼容电烟熏炉/烤箱改装

项目资源

完整 Arduino 草图、UWP App 源码、Fritzing 原理图 (MKR1000 用 Nano 代号) 托管于 GitHub：
DuncanBarbee/SmokerController