Home BrewPi介紹
Post
Cancel

BrewPi介紹

BrewPi是很受歡迎的溫控器,也是唯一根據冰箱特性來控制發酵溫度的溫控器。在介紹眾多不同版本和其功能外,先說明一下BrewPi的溫控方式,讓讀者了解BrewPi的優越性。

BrewPi的溫控原理

大部分的溫控產品,都是用溫差的方式來控溫,簡單地說,設定溫度為18度,溫差為2度,則冰箱會在20度時啓動,到16度時停止。這是簡單又有效的方法,也可以達到不差的效果。但是,這種溫控控制的是冰箱內氣體的溫度,而不是啤酒的溫度。有經驗的釀酒人會說,發酵前幾天可以把設定溫度調低一兩度,以補償因為發酵而產生的熱。這就是控制氣溫會有的問題。
BrewPi不一樣的是,它控制的目標是啤酒的溫度,然後用PID來決定冰箱溫度,以達到控制啤酒溫度的效果。而且BrewPi有針對冰箱溫控的特性:

  • 空氣質量小,啤酒質量大;換句話說,空氣升降溫快,啤酒升降溫慢。
    用空氣溫度來控制啤酒溫度,很像是用一條橡皮筋來拉車子一樣。理論上用固定的速度來拉,一段很長時間後,車子還可以到達到差不多的速度;但是在剛開始”加速”會很慢,而且如果有突發狀況影響車速時,誤差會比較大。同樣的,控制冰箱內氣溫在一個範圍的做法,在發酵初期或剛開始麥汁溫度不在設定範圍內時,可能會有比較大的誤差。BrewPi是用PID演算法來計算,以決定冰箱內的氣溫應該維持幾度。例如,如果麥汁溫度比設定溫度高很多,PID中的P值大,算出來的冰箱溫度就會很低,BrewPi就會維持冰箱氣溫在低溫,加速麥汁達到設定溫度。相對溫差型的溫控,只會在低於設定溫度一點點就停止,沒效率又造成冰箱頻繁啓動和停止。
  • 冰箱是用冷卻板來降低冰箱內空氣的溫度,在壓縮機停止運轉後,冷卻板的溫度還是比較低,所以溫度還是會再下降一些。
    BrewPi會量測停止冷卻(或加熱)後,溫度又下降(或升高)了幾度,這個值會記錄下來,做為下次啓動或停止冷卻的參考。例如說,如果冰箱溫度設定是10度,停止冷卻後,冷卻板的溫度又讓冰箱下降了1度,下一次BrewPi就會在11度時關掉冷卻,讓冷卻板的降溫效應達到預定的溫度。
  • 壓縮機頻繁啓動停止會故障。
    很多人聽到PID,直覺反應就是壓縮機會壞掉,這個問題其實很容易解決,BrewPi當然有考慮到這個問題,只要限制最短運作時間和最短停止時間就沒問題了。(如果溫差型溫控器沒有這個限制,開關冰箱門就會造成溫度升高,會造成壓縮機的損害。)

以下面幾張圖來說明 BrewPi的運作:紅色是設定的啤酒溫度,綠色是啤酒溫度,橘色是BrewPi算出來冰箱設定溫度,藍色是冰箱內(空氣的)溫度;圖下方淺藍色的條狀就是冰箱啓動的時間。

啤酒溫度設定在17度,剛開始麥汁在17.3度,BrewPi決定冰箱溫度在10-14度,在符合壓縮機啓動和停止的條件下,將冰箱溫度維持在相對低一點的溫度,直到啤酒溫度降到低於設定。由於才剛接種,接下來溫度沒有上升,BrewPi雖然調整冰箱設定溫度,但沒有啓動冰箱。一直到啤酒溫度略高於設定溫度了,BrewPi開始調低冰箱設定溫度,最後啓動了冰箱。在這個期間,冰箱溫差很大,但啤酒溫差很小,而且一開始把冰箱設在10-14度,讓啤酒溫度能比較快下降。

接下來發酵很穩定地進行,BrewPi也算出了幾次壓縮機停止後的溫差,整個運作都很規律;因為發酵初期產生的熱,冰箱內的平均溫度是比啤酒溫度低的。上圖最後是接種第三天,以冰箱內的溫度中線來看,約比設定溫度低了1.5度;而且可以看出隨著發酵劇烈,溫差也變大。另外要注意的是,如果冰箱內沒有風扇循環,冰箱上下層是有溫差的。所以發酵過程中,不要移動測溫線的位置,以免累積計算出來的值變成無效的值。

主發酵結束了,酵母不再產生熱,BrewPi也將冰箱控制在接近啤酒設定溫度。(有一些不規則變化是開冰箱門,所造成的冰箱溫度變化。)
從以上說明和例子可以看得出來BrewPi的溫控是很棒的設計。而且,BrewPi也可以設定為”冰箱定溫”(Fridge Constant)模式,就跟一般的溫差控溫一樣了。另外,BrewPi可以同時控制冷卻和加熱,也可以只用冷卻或加熱。
*BrewPiArduino版到0.2.12 ,官方後來改用SPARK,而衍生的版本幾乎都是移殖自0.2.x。以上的說明是以0.2.x為主,新版0.4.x的演算法略有差異,但大方向及精神是一致的。

BrewPi的特異功能

除了基本溫控功能,BrewPi還有這些特異功能:

  • 溫度記錄
    就如上面的圖;可以看每個點的狀況。
  • 網路連線
  • 自動溫度行程 (Beer Profile)
    可以設定例如三天的17度,接下來用一天的時間升到24度,維持24度五天後,用一星期時間降到1度。變溫過程全自動。

BrewPi的硬體組成

原本的BrewPi採用Arduino加Raspberry PI的架構;Arduino負責溫控,RPI負責溫度記錄、自動溫度行程和網路功能。單獨Arduino就可以執行溫控,加了RPI,才有上面列出來的特異功能。但BrewPi的衍生版本有不同的控制器組合,請看下列的說明。

BrewPi的各種版本

由於BrewPi有Open Source,所以除了官方出的版本,也有一些衍生的版本,例如,有人自己加入無線數位比重計TILT的記錄。以下列出我所知道的一些版本:

  • BrewPi官方版
    最新版把Arduino改成SPARK,也進化成了通用型的溫控,可以用來做糖化的控溫。目前最新的0.4.x只有SAPRK的版本。
  • Arduino DIY
    0.2.10/0.2.12版;用Arduino可以便宜地DIY一套BrewPi出來。這個版本也有完整LCD和I2C LCD版。
    中文介紹一
  • BrewPiLess
    用ESP8266取代Arduino和RPI。只需要一個ESP8266,就可以有溫控加上列的特異功能。也多了一些其他的功能,例如和數位無線比重計iSpindel整合、比重記錄、依比重調整溫度、雲端記錄等。
  • BrewPi-ESP8266
    用ESP8266取代Arduino的部分,和RPI的連線改成WiFI。
  • Fermentrack
    用BrewPi-ESP8266同一個作者,Fermentrack取代原本RPI上的軟體,採用新的介面,更方便的安裝方式。支援ESP8266和Arduino版的控制器。最近的進度己經支援TILT。
  • Raspberry Pi Python
    把Arduino的工作搬到RPI,所以只需要RPI,不需要Arduino。可惜目前作者己沒有繼續發展了。

BrewPi的缺點

  • 比較貴或需要DIY
    官方出的控制器是全功能型的釀酒控制器,以它的功能來說並不算太貴;但如果單以發酵功能來說,是比便宜的溫控器貴了不少。DIY的成本則可以和便宜的溫控器差不多。
  • 需要測量啤酒溫度
    雖然可以用”冰箱定溫”,但不使用啤酒溫度就不能發揮BrewPi的全部功能;其中,啤酒溫度行程(Beer Profile)需要使用啤酒溫度。理想的配置是用溫度探針(井)深入啤酒量測;否則,要儘量和空氣隔絕。
  • Glycol(乙二醇)熱交換控制
    Glycol熱交換溫控功能在舊的0.2.x中並沒有,官方出的0.4.x支援完整,其他衍生的版本中目前BrewPiLess有支援,Fermentrack打算支援。其他的版本目前沒有支援。在使用不支援的版本其實也可以用冰箱定溫,但會失去一些功能。
  • 參數調整
    預設的參數用在冰箱控溫大都效果很好。少數情況下需要調整例如PID的參數。使用Glycol則需要一些設定。
This post is licensed under CC BY 4.0 by the author.

pH值的控制(更新)

Weissbier釀造重點摘要