Samovar 是一款基于 ESP32 的开源控制器，用于实现家用自酿烈酒设备、啤酒酿造设备和奶酪制作设备的自动化。这个项目始于 2020 年，起初是想为精馏做一套方便而安全的自动化装置，五年来它已发展成一个平台，可以按设定的程序运行蒸馏、酿造，甚至奶酪制作。
控制器能做什么
Samovar 在五个点（蒸汽、塔节、蒸馏釜、出水、TCA）测量温度，并测量塔内的压力。它通过外部功率调节器、继电器、阀门、水泵，以及带蠕动泵的步进电机来控制加热，实现精确取酒。伺服驱动可以把不同馏分分到不同的容器中——这是该项目的核心理念之一。
你可以通过带编码器的本地显示屏、通过 Wi-Fi 访问内置的网页界面、通过 Android 和 iOS 手机应用，或者通过 samovar-tool.ru 网站上的页面来控制它。过程日志和报警消息保存在云端服务器上，可以在网站和应用中查看。如果参数超出允许范围，过程就会停止，报警会发送到显示屏、网页界面和手机通知。
固件用 C++ 为 Arduino/PlatformIO 编写，采用 GPL-3.0 许可，代码仓库在 GitHub 上公开（LKosoj/Samovar）。当前版本是 7.00。
工作模式
自 2021 年本文首次发表以来，项目已大幅扩展。如今 Samovar 支持七种模式：
- 精馏——按程序取酒头、酒心和酒尾。内置的杂质穿透检测器会观察带压力修正的蒸汽温度趋势，根据塔内噪声自行选定阈值，在温度上升时降低取酒速度，在温度严重上升时暂停取酒，并在恢复正常后自行继续。
- 蒸馏——按蒸馏釜温度，或按蒸馏釜内或蒸气中酒精含量的变化来进行，并预测到本段结束和整个过程结束的时间。
- 醪塔——按蒸汽温度设定值控制冷却水，自动或手动。
- 连续醪塔——预热、调试、优化和运行；发酵醪的进料自动调节，找到的参数可以接受为最优值。
- 酿造——麦芽糖化、温度休止、煮沸、冷却、发酵、酿造流程序列、搅拌器和水泵的控制、手动暂停。
- 低温慢煮 (sous-vide)——按程序保持水温。
- 奶酪制作——加热、保温、冷却、用 pH 传感器控制酸度、搅拌器、盐水排放阀。
- Lua——整个过程由用户脚本运行的模式。
关于各模式的更多内容，请参阅项目 README 和网站上的文档。
精馏自动化的基础是什么
Samovar 的想法来自实践。下面分析一个使用精馏塔的典型过程是如何进行的。术语和取酒速度的数值取自家庭蒸馏方面的公开资料（DistillAcademy、AlcoProf、Alcofan、专业论坛）以及固件源代码。
什么进入塔中，以及如何分离
精馏是通过蒸气与液体之间反复的逆流传质来分离多组分混合物。与简单蒸馏不同，精馏塔会把一部分冷凝液送回塔内（回流），这样可以获得几十个理论塔板的提纯效果。产出的是酒精度最高 96–98% ABV 的中性酒精，其中大部分杂质已被除去。乙醇的沸点是 78.37 °C，精馏塔就在这个温度附近“工作”；沸点比它低的都进入酒头，比它高的都进入酒尾。
精馏的原料是初馏酒，通常强度不超过 40%，由发酵醪的第一次蒸馏过程得到。家用塔的高度至少一米；塔节的直径决定最大通量，高度决定提纯程度。
我们倒入蒸馏釜的初馏酒，是乙醇、水和杂质的混合物。杂质按沸点分为三组：
- 酒头——低沸点物质：丙酮、甲醇、醛类、部分酯类。它们先于乙醇沸腾。
- 酒心——含水的乙醇，是主要的可饮用馏分。
- 酒尾——重杂质，首先是杂醇油（C3–C10 高级一元醇、酯类及其他化合物的混合物，总共约 40 种组分）。
在主要馏分之间，家庭实践中通常会分出酒头末段（酒头与酒心之间的过渡馏分）和酒尾前段（酒心与酒尾之间）。它们之间没有可在家中测出的分明界线——只有色谱图才能显示——所以取酒是靠间接迹象来进行的：温度、速度和气味。蒸馏水果发酵醪时，有时被称为“芳香水”的那一层，是含有原料轻芳香成分的馏出液；学术文献中把同样的产物称为纯露。
逐步介绍整个过程
1. 升温与全回流运行。打开加热，塔进入工作状态。首先让塔“自行”预热——开着加热，取酒口完全关闭。蒸汽上升，在分凝器中冷凝，作为回流流回塔内，塔达到稳定状态。在 Samovar 的代码中，这对应“升温完成 / 稳定”状态：蒸汽温度已经稳定，趋势的背景噪声已经采集完毕，杂质检测器已准备好作出反应。粗略的参考是：蒸汽温度稳定 10–15 分钟后，再开始取酒心。
工作状态要针对具体的塔来选择。对于 SPN 填料，推荐的蒸汽流速为 0.2–0.3 m/s。对于 2 英寸塔节（5.08 cm），这相当于约 900 W 的净功率，考虑热损失后，取酒头时约为 1100 W。在这些状态下，塔能有效地分离混合物而不会液泛。
2. 取酒头。酒头在膜状模式下取出：蒸汽在分凝器壁上冷凝，几乎全部回流到塔内，只有极少量被取出。大致速度是每千瓦输入功率约 50 ml 每小时，通常总共不超过 350 ml/h，即酒心取酒速度的 1/10。实际上就是每秒 1–4 滴。初馏酒中酒头占的比例这样估算：糖发酵醪为无水酒精（AA）的 3–5%，谷物为 5–8%，水果最高 10%；实践中也有更保守的 8–15% AA 的取值。控制依据是计算出的体积和气味。取酒头时不能只靠温度：63–77 °C 这些数字属于普通蒸馏，并取决于温度计安装的位置；对于精馏，状态的稳定性和取酒速度比温度计的单个读数更重要。
3. 酒头末段。酒头之后紧接着是过渡馏分。温度计已经显示酒精的“平台”，但色谱图仍会揭示轻杂质的痕迹。酒头末段要缓慢取出——否则它们会在切割处“拖尾”，毁掉酒心。有些蒸馏者分份取出（例如每 10 分钟取 17–20 ml），另一些则把它们并入酒心，只凭气味来区分。对于水果和谷物原料，酒头末段往往含有宝贵的芳香成分。
4. 酒心。主要的可饮用馏分，约占初馏酒中无水酒精体积的 2/3。取酒在预液泛（乳化）模式下进行——塔在其能力极限下工作，但尚未液泛。同义的说法是“按流量取”和“自行运行”。酒心速度为 300 到 3000 ml/h，取决于塔节直径和输入功率；实用的经验是每 1 kW 功率约取酒 1 l。对于 2 英寸塔节（直径 5.08 cm），现实的速度约为 600–1200 ml/h：再快，酒心来不及“精馏透彻”；再慢，通量下降。
5. 酒尾前段。当重杂质开始混入酒心时，它们就出现了。在家中无法按温度区分酒心和酒尾前段——没有分明的界线。要看蒸汽区和塔节 2/3 处的温度：只要蒸汽稳定，温度上升只发生在塔的下部区域，就仍然是酒心。塔节温度没有唯一“正确”的度数——温度沿塔高变化，并取决于组成、压力、功率和回流；“酒心 → 酒尾前段”的转换没有通用的温度判据。取酒速度相对于酒心降低 30–40%，并降低功率，以避免液泛——液泛是指上升的蒸汽开始妨碍回流正常地向下流过填料的状态。
6. 酒尾。一旦蒸汽温度开始上升，就停止取酒尾前段，转入酒尾。酒尾味苦，有刺鼻的杂醇油气味——不能用于食用。对于糖发酵醪，酒尾要重新精馏；对于水果和谷物，它们是制作芳香蒸馏酒或用于工业用途的原料。
7. 过程结束。当最后一部分酒精离开蒸馏釜时，蒸馏釜和塔节中的温度上升，取酒速度下降。当达到设定的蒸馏釜温度（通常最高 98–99 °C），或取酒速度降到最小值时，过程结束。在这一阶段，Samovar 会跟踪动态，如果蒸馏进入“干”状态，它会自行停止加热。
为什么要把这一切自动化
这个过程要持续数小时。在此期间，酒精和杂质的易燃蒸气通过塔——你必须留意设备，否则可能错过酒尾开始混入酒心的时刻，或者造成液泛。Samovar 建立在一个主要的前提上：自动化不会让产品比设备所允许的更好——但它能免去例行劳动，保持精确的取酒条件，并在出问题时（断水、电压跳变、开始液泛）停止过程。
分容器取酒本身就是个头疼的问题。如果塔在物理上能够分离馏分，但你却要连续几个小时每 20–40 分钟手动换一次罐子，那么分离实际上就失效了。Samovar 用带多个容器的伺服驱动和一个程序来解决这个问题：程序中每一行都有自己的体积、速度和转入下一行的条件。
还有哪些重要的事需要了解
安全。控制器监控温度、压力、水的有无，以及调节器和传感器的故障；出现紧急情况时，过程会停止，并向显示屏、网页界面、手机应用和网站发送消息。紧急重启之后，固件会恢复程序，如果在 30 分钟内重新启动过程，则继续同一个日志会话。
可扩展性。内置的 Lua 解释器让你可以在基础模式之上描述自己的逻辑：可以访问传感器、加热、水泵、搅拌器和继电器。这让 Samovar 从一个取酒控制器变成了一个实验平台。
配置器。为 Windows、macOS 和 Linux 提供了配置器，它可以构建固件，通过 USB 或 Wi-Fi（OTA）刷写 ESP32，编辑设备上的文件，并生成配置报告。本地设置（包括 Wi-Fi 凭据）保存在 user_config_override.h 中，永远不会离开你的电脑。
文档与社区。完整文档在项目网站上。如有任何问题，你可以求助于网站上的支持版块，或家庭蒸馏方面的专业论坛。
2021 年以来有什么变化
本文的第一版写于 2021 年 3 月——那时控制器支持精馏、蒸馏和酿造，对家用自动化来说这已经是显著的一步。此后项目经历了七个主要版本，新增了醪塔和连续醪塔模式、低温慢煮、奶酪制作、完整的 Lua 解释器、云端日志和手机应用、MQTT 集成、适用于三种操作系统的配置器，以及第二个 I2C 酒头取酒泵。在架构上，基础保持不变：ESP32、五个 DS18B20 传感器、一个压力传感器、一个功率调节器、继电器、阀门、泵、一个伺服驱动，以及一个带蠕动泵的步进电机用于精确取酒。但逻辑已经增长，如今它不再是“只用于精馏”的控制器，而是一个用于家庭生产的小型平台。