添加物投料器（啤酒和奶酪）

在“啤酒”（«Пиво»）和“奶酪制作”（«Сыроварение»）模式下，需要随程序进行添加各种添加物：啤酒中加啤酒花（通常每次煮沸加 2-4 次），奶酪中加发酵剂、凝乳酶、氯化钙、盐和香料。Samovar 可以自己完成投料，也可以在合适的时刻提醒您。下面介绍四种内置的投料器实现方式，从最简单到最灵活，说明每种需要什么、在程序中如何设置；随后概述世界各地酿酒爱好者使用的自制结构，以及如何把它们接入 Samovar。

程序的一般说明见糖化程序和奶酪制作程序两节；扩展板见I2CStepper页面；脚本见Lua一节。

 

不需要任何硬件。到了合适的时刻，Samovar 会让蜂鸣器响起，在显示屏和网页界面上显示消息，并向移动应用和网站发送推送通知。添加物由您亲手加入。

优点：无需制作任何东西。缺点：人必须在附近；在啤酒中，投料的准确时间取决于您。

 

这是“啤酒”模式内置的干料自动投料器。在发送“请加啤酒花！”消息的同时，Samovar 让主步进电机（在其他模式下驱动取酒泵的那台）精确转动 1/20 圈（18°）。电机轴上装有一个带格子的圆盘，圆盘下方是一块固定板，板上只在锅的上方开有一个孔。每转动一次，下一个格子就对准这个孔，格子里的物料落入麦汁中。

需要什么。一台 NEMA17 步进电机（接到 Samovar 的泵接口上，不需要单独的驱动器和设置），一个直径 150-200 mm、用食品级塑料或不锈钢制成、圆周上有 20 个格子（或更少，见下文）的圆盘，一块只开一个孔的底板，以及一个盖子，以免沸腾麦汁的蒸汽把啤酒花弄潮。圆盘用 3D 打印制作很方便。啤酒花按旋转顺序放入格子，从紧挨出料口的那一格开始。

在程序中如何设置。无需额外设置：每个“B”行就是一次投料。转动发生在行结束时，所以第一份（例如“60 分钟时的啤酒花”）在第一个“B”行结束时落下，这一行可以设得很短，例如 1 分钟。驱动器的微步模式必须为 1/16，与泵相同。

如果格子不是 20 个。每步的转角在固件的 HopStepperStep() 函数（文件 beer.h）中设定：TargetStepps = 360 / 1.8 * 16 / 20，其中 20 是整圈的格子数。对于 10 格圆盘，把 20 改为 10 并重新刷写 Samovar。也可以不用圆盘，而在水平轴上做一个带纵向隔仓的滚筒，计算方法相同。

优点：酿造完全自动，除标准配置外不需要其他电子元件。缺点：只能投放干料；“奶酪”模式下不执行此步进（那里电机被泵占用）。

 

在“奶酪制作”模式下，Samovar 的主步进电机作为计量泵工作。方法为“本地步进电机”（«Локальный шаговый двигатель»）的“D”程序行（投料）按设定的速度（ml/min）输送设定体积（毫升）的液体：例如 1 分钟内输送 25 ml 氯化钙溶液，或 2 分钟内输送 50 ml 稀释的凝乳酶。输送结束后，程序自动转到下一行；如果在“超时，分钟”（«Тайм-аут, мин»）时间内未输送完设定体积，奶酪制作会停止并发出消息。

需要什么。一个适配 NEMA17 步进电机的蠕动泵头（与精馏取酒所用的相同）和食品级硅胶管。管子的进口端放入装溶液的容器，出口端引到奶酪锅中、高于牛奶液面。溶液要提前配好；发酵剂和凝乳酶用凉开水稀释，使体积足够大，以便泵能准确输送。

校准。体积按“泵步数”（«Количество шагов насоса»）值（每 1 ml 的步数）换算成步数。该值在“设置 → 泵”选项卡中用“泵校准”（«Калибровка насоса»）按钮设定（见泵）：泵把液体泵入量杯，您输入实际体积，Samovar 保存系数。校准时请使用与投料时相同的管子和相同的液体，并预先充满管子，否则第一份液体会用于充管。

多种成分。一台泵对应一种溶液。如果一次制作中需要加入两三种不同的溶液，可在“D”行之间插入“加入添加物”（«Внести добавку»）的“W”行，并把进液管移到另一个容器（先冲洗），或者使用 I2CStepper 板上的第二台泵（方式 4）。

优点：体积和时间准确，无需手工操作。缺点：只能投放液体；一台泵只能投一种成分。

 

I2CStepper 板为 Samovar 增加第二台步进电机（地址 2 — 泵）和四个继电器。固件本身不会用它们投料，但所有功能都可以通过“L”程序行启动的 Lua 脚本调用：在该行中选择一个 .lua 文件并传给它参数（例如继电器编号和体积），这样一个脚本就能完成所有投料。脚本打开泵或继电器，等待完成，然后调用 setNextProgram() 转到下一行。

液体 — I2C 泵。函数 i2cpump_start(rate, volume) 以 rate l/h 的速度泵送 volume ml；每 1 ml 的步数取自“I2C 泵步数”（«Количество шагов I2C насоса»）字段（设置 → 泵），校准在“I2CStepper”页面上进行。示例脚本 dose_pump.lua 以 6 l/h 的速度加入该行第一个参数所给的体积（在程序中：文件 dose_pump.lua，参数 20）：

-- dose_pump.lua：用 I2CStepper 泵加入 arg[1] ml 溶液

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

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

  sendMsg("Solution added", 2)

else

  sendMsg("I2CStepper pump is not responding", 1)

end

setNextProgram()

干料 — 继电器和带闸门的料斗。为每一份啤酒花（或盐、香料）在锅上方做一个小料斗，料斗底部由 12 V 电磁铁（螺线管）驱动的闸门封住。板上的继电器给电磁铁通电，闸门打开，这一份物料落入锅中。四个继电器，四份物料；每份在装料时预先称好。示例脚本 dose_rele.lua 把编号在该行参数中给出的继电器（在程序中：文件 dose_rele.lua，参数 3）上的料斗闸门打开一秒半：

-- dose_rele.lua：从继电器 arg[1] 上的料斗投下一份

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

delay(1500)

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

sendMsg("Hops added", 2)

setNextProgram()

每次投料在程序中各占一个“L”行，文件相同，参数各自不同（继电器编号或体积）；该行的超时以秒为单位设定。

哪些继电器空闲。在“啤酒”模式下，板上第一个继电器被麦汁转移泵占用（见“I2CStepper”页面）；其余三个固件不使用。在“奶酪制作”模式下，固件不占用板上的继电器（搅拌器和排放阀接在 Samovar 自身的 2 号和 4 号继电器上）。可以用 check_I2C_device(2) 函数检查板是否响应。

“啤酒”模式的特点。“L”行是一个独立的程序行，在该行上不会自动维持沸腾，所以要把它设得很短（几秒钟）；下一个“B”行会重新检测沸腾 — 此时麦汁仍在沸腾，所以很快。如果只需要按时间表投放啤酒花，方式 2 更简单：既不需要扩展板，也不需要脚本。

优点：成分数量不限，液体和干料均可，逻辑完全自由。缺点：需要 I2CStepper 板、支持 Lua 的固件和脚本。

 

商用自动酿酒设备用不同方法解决同一个问题：Brewie 和 PicoBrew Zymatic 把啤酒花放在四个篮子里，在合适的时刻让麦汁流过下一个篮子；MiniBrew 在盖子上装一个有六个圆筒的转盘；Grainfather 和 Braumeister 不投放啤酒花，只发送通知（与方式 1 相同）。在家庭作坊中（Homebrew Talk 论坛、CraftBeerPi 和 BrewTroller 项目、Brew Your Own 杂志文章），下面这些结构最常见。它们都可以用前面已介绍的某种方式接入 Samovar：在“B”行上让主步进电机走一步，奶酪中的“D”行，或者由 Lua 控制 I2CStepper 板的继电器或电机。

扇区式投料器：轴上的杯子或小罐。在步进电机的水平轴上按扇形、每隔 360°/N 牢固地安装 N 个杯子（塑料杯、截短的瓶子、带翻盖的小罐）。杯子位于圆周上半部时开口朝上；转到下一个扇区时，下一个杯子越过水平位置，其中的物料落入锅中。带翻盖的小罐比敞口杯更方便：倾倒之前，盖子保护啤酒花免受蒸汽影响，倾倒时盖子靠自重打开。优点是简单：不需要精确的格子，也不需要底板。用于 Samovar：电机接到泵接口上，在 HopStepperStep() 中用杯子数 N 代替 20（4 个杯子时每步 90°），每个“B”行倾倒一个杯子。轴必须高于锅沿，并尽量偏离蒸汽柱；在杯子上方加一块挡板。

带管子的圆盘（“Lazy Susan”）。Homebrew Talk 上最常见的自制结构：直径 150 mm 的圆盘上装 6-8 根竖管（⌀25-30 mm，高 100-150 mm，可装约 30 g 颗粒），下方是只开一个孔的固定板；驱动用大扭矩舵机或廉价的 28BYJ-48 步进电机配 ULN2003 驱动器，为了精确停止，在凸轮上装微动开关或光电传感器。它与方式 2 中的转盘相同，只是用高的直管代替小格子。作者们的经验：颗粒会卡在锥形底的管子里，所以管壁必须笔直光滑；粉状和潮湿的啤酒花倒不出来，需要干燥的颗粒；锅上方必须有挡板或蒸汽出口，否则煮沸 20-30 分钟后颗粒会受潮结块。用于 Samovar 时按方式 2 使用，在 HopStepperStep() 中填入管子数；如有需要，可以把圆盘装到 I2CStepper 板的电机上，由 Lua 用 set_stepper_by_time 函数转动。

螺旋（绞龙）投料器。一种来自鱼和猫自动喂食器的结构（见 Instructables 和 GitHub 上的项目）：水平管上方是料斗，管内是装在步进电机轴上的螺旋；投料量由转数决定。零件用 3D 打印，螺旋直径 20-30 mm。它可以从一个料斗按任意份量投放任何松散物料：盐、糖、香料、啤酒花颗粒。对 Samovar 来说，这种投料器就是同一台“泵”：在“奶酪”模式下接到泵接口上，用“泵校准”（«Калибровка насоса»）按钮校准（把物料倒入量杯，输入其体积 ml），并用方法为“本地步进电机”（«Локальный шаговый двигатель»）的“D”行投料。第二台相同的投料器可以挂在 I2CStepper 板上（地址 2），由 Lua 用 i2cpump_start(rate, volume) 函数启动。缺点：一个料斗只能装一种物料；3-4 个不同的啤酒花品种需要 3-4 个螺旋或一个转盘。

连续投放啤酒花。对于采用“连续投花”（在整个煮沸过程中以细流加入啤酒花）的酒款，Brew Your Own 介绍了一种投料器：一段 ⌀100 mm、长 60 cm 的管子，下端有一个由 1 rpm 电机带动旋转的多孔圆盘；颗粒平均以每 10 分钟约 8 g 的速度落下，圆盘上的销钉防止颗粒架桥。用于 Samovar 时，电机在整个“B”行期间由 I2CStepper 板的继电器（set_i2c_rele_state）接通，或由板上的步进电机（set_stepper_by_time）转动。

舵机或减速电机驱动的闸门。在 CraftBeerPi 项目（HopDropper 插件）中，带隔断的托盘由慢速 12 V 减速电机通过一对齿轮带动，控制器只在设定时间内供电；另一种流行的方案是把杯子装在舵机摆臂上，挂在锅壁上远离蒸汽的地方。舵机接到 Samovar 的 SERVO_PIN 输出（精馏中切换容器的同一个输出），由 Lua 用 setServoAngle(angle) 函数转动：例如 setServoAngle(90) 打开闸门，delay(1500)，setServoAngle(0) 关闭。大扭矩舵机请用单独的 5-6 V 电源供电，不要从开发板取电。12 V 减速电机机构由 I2CStepper 板的继电器接通 1-3 秒（转到限位或转到带微动开关的凸轮所需的时间）。控制方法同方式 4。舵机摆臂上装杯子的示例脚本 tip_cup.lua（在程序中是使用此文件的“L”行）：

-- tip_cup.lua：倾倒舵机摆臂上的杯子

setServoAngle(150)

delay(1500)

setServoAngle(0)

sendMsg("Hops added", 2)

setNextProgram()

用麦汁冲洗的篮子。Brewie/Zymatic 的原理：啤酒花放在锅外的网篮里，麦汁转移泵在合适的时刻把液流引过下一个篮子。在家里这是最复杂的方式（需要泵、接在 I2CStepper 继电器上的若干电磁阀和管路），但啤酒花一定不会受蒸汽影响，也不需要在锅上方倾倒任何东西。用于 Samovar 时，阀门由 Lua 用 set_i2c_rele_state 函数切换，泵由板上第一个继电器控制（在“啤酒”模式下它本来就控制麦汁转移泵）。

创意来源：

 

通用建议：添加物要加盖存放（蒸汽和冷凝水是干料投料器的大敌），事先用水并在测试模式下检验投料器，液体体积不少于 10-20 ml，这样泵的误差就不明显。