Дозаторы добавок (Пиво и Сыр)

В режимах Пиво и Сыроварение по ходу программы нужно вносить добавки: в пиво — хмель (обычно 2–4 раза за кипячение), в сыр — закваску, фермент, хлористый кальций, соль, специи. Самовар умеет делать это сам или подсказывать момент. Ниже — четыре штатных варианта реализации дозатора, от самого простого к самому гибкому, с указанием, что для каждого нужно и как это задаётся в программе, а затем обзор самодельных конструкций, которые применяют пивовары по всему миру, и как их подключить к Самовару.

Общие сведения о программах — в разделах Программа затирания и Программа сыроварения; плата расширения описана на странице I2CStepper, скрипты — в разделе Lua.

 

Никакого оборудования не нужно. Самовар в нужный момент включает зуммер, показывает сообщение на дисплее и в веб-интерфейсе и отправляет push-уведомление в мобильное приложение и на сайт. Вы вносите добавку сами.

Плюсы: ничего не нужно собирать. Минусы: нужно быть рядом; в пиве точность момента зависит от вас.

 

Это штатный автоматический дозатор сухих добавок для режима Пиво. Одновременно с сообщением «Засыпьте хмель!» Самовар поворачивает основной шаговый двигатель (тот, что в других режимах крутит насос отбора) ровно на 1/20 оборота (18°). На вал двигателя ставится диск с ячейками, а под ним — неподвижная пластина с одним отверстием над котлом. После каждого поворота очередная ячейка оказывается над отверстием, и её содержимое высыпается в сусло.

Что нужно. Шаговый двигатель NEMA17 (подключается к разъёму насоса Самовара, отдельного драйвера или настроек не требуется), диск из пищевого пластика или нержавейки диаметром 150–200 мм с 20 ячейками по кругу (или меньшим числом — см. ниже), нижняя пластина с одним отверстием и крышка, чтобы пар от кипящего сусла не увлажнял хмель. Диск удобно напечатать на 3D-принтере. Хмель кладут в ячейки по порядку вращения, начиная с ячейки, следующей за окном выгрузки.

Как задаётся в программе. Ничего дополнительного: каждая строка «B» — одно внесение. Шаг делается в конце строки, поэтому первая порция (например, «хмель за 60 минут») высыпается в конце первой строки «B», которую можно сделать короткой, например 1 минуту. Режим микрошага драйвера должен быть 1/16, как и для насоса.

Если ячеек не 20. Угол одного шага задан в прошивке в функции HopStepperStep() (файл beer.h): TargetStepps = 360 / 1.8 * 16 / 20, где 20 — число ячеек на полный круг. Для диска на 10 ячеек замените 20 на 10 и перепрошейте Самовар. Вместо диска можно сделать барабан с продольными отсеками на горизонтальном валу — расчёт тот же.

Плюсы: полностью автоматическая варка, нет электроники сверх штатной. Минусы: только сыпучие добавки; в режиме Сыр этот шаг не выполняется (там двигатель занят насосом).

 

В режиме Сыроварение основной шаговый двигатель Самовара работает как дозирующий насос. Строка программы «D» (дозирование) со способом «Локальный шаговый двигатель» подаёт заданный объём в миллилитрах с заданной скоростью в мл/мин: например, 25 мл раствора хлористого кальция за 1 минуту или 50 мл разведённого фермента за 2 минуты. По окончании подачи программа сама переходит к следующей строке; если объём не набран за «Тайм-аут, мин», сыроварение останавливается с сообщением.

Что нужно. Перистальтическая головка на шаговый двигатель NEMA17 (такая же, как для отбора в ректификации) и силиконовая пищевая трубка. Входной конец трубки опускается в ёмкость с раствором, выходной заводится в сыроварню выше уровня молока. Раствор готовят заранее; закваску и фермент разводят в кипячёной воде — так объём получается достаточно большим, чтобы насос подал его точно.

Калибровка. Объём переводится в шаги по значению «Количество шагов насоса» (шагов на 1 мл). Оно задаётся на вкладке Настройки → Насос кнопкой «Калибровка насоса» (см. Насос): насос прокачивает жидкость в мерную ёмкость, вы вводите фактический объём, и Самовар сохраняет коэффициент. Калибруйте с той же трубкой и той же жидкостью, что будете дозировать, и заранее заполните трубку — иначе первая порция уйдёт на заполнение.

Несколько компонентов. Один насос — один раствор. Если за варку нужно внести два-три разных раствора, между строками «D» ставят строку «W» «Внести добавку» и переставляют входную трубку в другую ёмкость (промыв её), либо используют второй насос на плате I2CStepper (вариант 4).

Плюсы: точный объём и время, без ручной работы. Минусы: только жидкости; один компонент на насос.

 

Плата I2CStepper добавляет Самовару второй шаговый двигатель (адрес 2 — насос) и четыре реле. Прошивка сама их не дозирует, но всё это доступно из Lua-скрипта, который запускается строкой программы «L»: в строке выбирают файл .lua и задают ему параметры (например, номер реле и объём) — так один скрипт обслуживает все внесения. Скрипт включает насос или реле, ждёт окончания и вызывает setNextProgram() — переход к следующей строке.

Жидкости — I2C-насос. Функция i2cpump_start(rate, volume) перекачивает volume мл со скоростью rate л/ч; шаги на 1 мл берутся из поля «Количество шагов I2C насоса» (Настройки → Насос), калибровка — на странице «I2CStepper». Пример скрипта dose_pump.lua, вносящего объём из первого параметра строки (в программе: файл dose_pump.lua, параметр 20) со скоростью 6 л/ч:

-- dose_pump.lua: внести arg[1] мл раствора насосом I2CStepper

if i2cpump_start(6, tonumber(arg[1])) == 1 then

  while i2cpump_get_running() == 1 do delay(500) end

  sendMsg("Раствор внесён", 2)

else

  sendMsg("Насос I2CStepper не отвечает", 1)

end

setNextProgram()

Сыпучие — реле и бункеры с заслонкой. На каждую порцию хмеля (или соли, специй) делается небольшой бункер над котлом, дно которого закрывает заслонка на электромагните (соленоиде) 12 В. Реле платы подаёт питание на электромагнит — заслонка открывается, порция падает в котёл. Четыре реле — четыре порции; отмеряется каждая заранее, при закладке. Пример скрипта dose_rele.lua, открывающего заслонку бункера на реле с номером из параметра строки (в программе: файл dose_rele.lua, параметр 3) на полторы секунды:

-- dose_rele.lua: высыпать порцию из бункера на реле arg[1]

set_i2c_rele_state(tonumber(arg[1]), 1)

delay(1500)

set_i2c_rele_state(tonumber(arg[1]), 0)

sendMsg("Хмель внесён", 2)

setNextProgram()

Для каждого внесения в программе делается своя строка «L» с тем же файлом и своим параметром (номер реле или объём); тайм-аут строки задаётся в секундах.

Какие реле свободны. В режиме Пиво первое реле платы занято насосом перекачки сусла (см. страницу «I2CStepper»); остальные три прошивка не использует. В режиме Сыроварение прошивка реле платы не занимает (мешалка и сливной клапан сидят на собственных реле Самовара 2 и 4). Проверить, что плата отвечает, можно функцией check_I2C_device(2).

Особенность в Пиве. Строка «L» — отдельная строка программы, на ней кипячение автоматически не поддерживается, поэтому её делают короткой (несколько секунд), а следующая строка «B» заново определяет кипение — сусло к этому моменту ещё кипит, так что это быстро. Если нужен только хмель по расписанию, проще вариант 2: он не требует ни платы, ни скрипта.

Плюсы: любое число компонентов, жидкие и сыпучие, полная свобода в логике. Минусы: нужна плата I2CStepper, прошивка с поддержкой Lua и скрипт.

 

Промышленные автоматические пивоварни решают ту же задачу по-разному: Brewie и PicoBrew Zymatic держат хмель в четырёх корзинах и в нужный момент прогоняют через очередную корзину сусло; MiniBrew ставит на крышку карусель с шестью цилиндрами; Grainfather и Braumeister хмель не вносят, а только присылают уведомление (как вариант 1). В домашних мастерских (форумы Homebrew Talk, проекты для CraftBeerPi и BrewTroller, статьи Brew Your Own) чаще всего встречаются конструкции ниже. Все они подключаются к Самовару одним из уже описанных способов: шаг основного шагового двигателя по строке «B», строка «D» в сыре, либо реле или двигатель платы I2CStepper из Lua.

Секторный дозатор: стаканы или банки на валу. На горизонтальный вал шагового двигателя жёстко крепят N стаканов (пластиковые стаканчики, обрезанные бутылки, небольшие банки с откидной крышкой на петле) веером, через 360°/N. Пока стакан находится в верхней половине круга, он стоит открытой стороной вверх; поворот на очередной сектор переводит следующий стакан через горизонталь, и порция высыпается в котёл. Банка с откидной крышкой удобнее открытого стакана: до опрокидывания крышка защищает хмель от пара, а при опрокидывании открывается под собственным весом. Достоинство — простота: не нужны ни точные ячейки, ни нижняя пластина. Для Самовара: двигатель на разъём насоса, в HopStepperStep() вместо 20 подставить число стаканов N (для 4 стаканов один шаг — 90°), каждая строка «B» опрокидывает один стакан. Вал должен быть выше кромки котла и по возможности сбоку от столба пара; над стаканами — козырёк.

Диск с трубками («Lazy Susan»). Самая частая самоделка на Homebrew Talk: диск диаметром 150 мм с 6–8 вертикальными трубками (⌀25–30 мм, высота 100–150 мм, вмещает около 30 г гранул), под ним неподвижная пластина с одним отверстием; привод — серво с большим моментом либо дешёвый шаговый 28BYJ-48 с драйвером ULN2003, для точной остановки ставят микровыключатель или оптический датчик на кулачке. Это та же карусель из варианта 2, только с высокими прямыми трубками вместо мелких ячеек. Опыт авторов: в трубках с конусным дном гранулы зависают — стенки должны быть прямыми и гладкими; хмель в порошке и мокрый хмель не сыплется, нужны сухие гранулы; над котлом обязателен козырёк или отвод пара, иначе через 20–30 минут кипячения гранулы отсыревают и слипаются. С Самоваром используется как вариант 2, число трубок подставляется в HopStepperStep(); при желании диск можно посадить на двигатель платы I2CStepper и крутить его из Lua функцией set_stepper_by_time.

Шнековый (винтовой) дозатор. Конструкция из автоматических кормушек для рыб и кошек (см. проекты на Instructables и GitHub): бункер над горизонтальной трубой, внутри трубы — шнек на валу шагового двигателя, объём дозы задаётся числом оборотов. Детали печатаются на 3D-принтере, шнек — 20–30 мм диаметром. Дозирует любой сыпучий продукт из одного бункера порциями любого размера: соль, сахар, специи, гранулы хмеля. Для Самовара такой дозатор — это тот же «насос»: в режиме Сыр его ставят на разъём насоса, калибруют кнопкой «Калибровка насоса» (в мерный стакан сыплется продукт, вводится его объём в мл) и дозируют строкой «D» со способом «Локальный шаговый двигатель». Второй такой же дозатор можно повесить на плату I2CStepper (адрес 2) и запускать из Lua функцией i2cpump_start(rate, volume). Минус: один бункер — один продукт; для 3–4 разных сортов хмеля нужны 3–4 шнека либо карусель.

Непрерывная подача хмеля. Для сортов с «непрерывным охмелением» (хмель вносится тонкой струёй всё кипячение) в Brew Your Own описан дозатор из отрезка трубы ⌀100 мм длиной 60 см, в нижнем торце которой вращается перфорированный диск на моторе 1 об/мин; гранулы сыплются со средней скоростью около 8 г за 10 минут, штырьки на диске не дают им сводиться в свод. С Самоваром мотор включается реле платы I2CStepper (set_i2c_rele_state) на всё время строки «B» или крутится шаговым двигателем платы (set_stepper_by_time).

Заслонка на серво или мотор-редукторе. В проектах для CraftBeerPi (плагин HopDropper) лоток с секциями сдвигает медленный мотор-редуктор 12 В через пару шестерён, а контроллер лишь подаёт питание на заданное время; другая популярная схема — стаканчик на рычаге серво, подвешенный на стенке котла в стороне от пара. Серво подключается к выходу SERVO_PIN Самовара (тому же, что переключает ёмкости в ректификации) и поворачивается из Lua функцией setServoAngle(угол): например, setServoAngle(90) — открыть заслонку, delay(1500), setServoAngle(0) — закрыть. Серво с большим моментом питайте от отдельного источника 5–6 В, а не от платы. Механизм на мотор-редукторе 12 В включается реле платы I2CStepper на 1–3 секунды (столько занимает поворот до упора или до кулачка с микровыключателем). Управление — как в варианте 4. Пример скрипта tip_cup.lua со стаканчиком на рычаге серво (в программе — строка «L» с этим файлом):

-- tip_cup.lua: опрокинуть стаканчик на рычаге серво

setServoAngle(150)

delay(1500)

setServoAngle(0)

sendMsg("Хмель внесён", 2)

setNextProgram()

Корзины с промывкой суслом. Принцип Brewie/Zymatic: хмель лежит в сетчатых корзинах вне котла, а насос перекачки сусла в нужный момент направляет поток через очередную корзину. В домашних условиях это самый сложный путь (нужны насос, несколько электромагнитных клапанов на реле I2CStepper и обвязка), зато хмель гарантированно защищён от пара и не требуется ничего сыпать над котлом. Для Самовара клапаны включаются из Lua функцией set_i2c_rele_state, насос — первым реле платы (в режиме Пиво оно уже управляет насосом перекачки).

Источники идей:

 

Общие советы: держите добавки под крышкой (пар и конденсат — главный враг сухих дозаторов), заранее проверяйте дозатор на воде и в режиме теста, а объёмы жидкостей делайте не меньше 10–20 мл — так погрешность насоса не заметна.