Arduino冷卻/加熱啤酒發酵控制系統

四月 22, 2014
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發酵過程中溫度之掌控是實現完美自釀的關鍵因素,也是成為釀造專家不可或缺的技巧。有非常多的技術以及自動化作業可用來控制傳統冷卻或加熱元件。此計畫始於改裝一傳統的冷卻設備,於發酵過程中加上一個溫度調節器,甚至是加上額外的加熱元件。

這個構想是活用「珀爾帖效應」以及在降溫應用中最主要的功能組件——熱電冷卻器(TEC),因為利用此電子裝置控制少量(小容量)的啤酒溫度,會比傳統的機械式壓縮機來得有效許多。

首先你必須調控功率的大小而不是直接進行開/關的控制,所以當啤酒達到穩定合適的製造點(當發酵過程中產生一些微量的熱能時)你可以透過PID /PWM演算方式完成更精準及穩定的控制,並且可減少輸出的功率。另一項關鍵因素是你可以利用還原加熱以及降溫作用來彌補你房間於夏天或冬天時的溫度落差。此兩種不同效果的程序間不需要協調,光電元件以及TEC都是一體成型的設計。

最後,另一個本質上固有的優勢,就是此設計中沒有任何機械式相關組件,你可以在自家環境中創造出一個非常簡潔以及低噪音的系統。

我已經做了非常多的(不是以Arduino為基礎)的事前作業,包括透過空氣對空氣的交換來創造出發酵空間,以及於發酵罐中設置一個用來冷卻液體的冷卻器,透過空氣與水的交換,進行冷熱水循環。


图片

現在我正在移植以Arduino為基礎的解決方案,並且嘗試為PID溫控以及PWM / H橋馬達驅動擴充板建立基礎核心代碼,用以驅動TEC裝置。
以上的流程圖展示了我的解決方法。Arduino從數位感測器上(Dallas oneWire DS18B20系列)讀取溫度後,藉由PID演算法產生具可變工作週期的PWM信號。PID提供了需加熱或需冷卻控制的「電流方向」,當PWM訊號以及電流方向傳送給H橋動力裝置(DC馬達驅動器)時,風扇的轉速也同時依照元件的功率而受到控制。

在此階段,我使用一個珀爾帖單體、兩個加熱交換器以及兩個風扇建構出了實驗測試環境,用來開發控制演算法與服務邏輯,以及進行除錯。

系統的另一端擁有加熱/冷卻的元件,為了模擬發酵的環境,風扇是安裝於一個原本用來裝冰淇淋的聚苯乙烯的盒子裡面。
下圖是依Arduino PIDSerial.print值畫出的圖表。從圖上可以看出來,透過airair設定,我已經可以達到良好的穩定性
下一個階段就是將規模推至空氣與水的熱交換,並加上所有的使用者互動選單。

(譯:張峻綿)

[原文]

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