Ontwerp van een brouwcomputer

ONTWERP VOOR EEN BROUWCOMPUTER

Wat zijn de criteria voor het ontwerp van een brouwcomputer?
Ik wil, zoveel mogelijk, alle soorten brouwprocessen kunnen verwerken met mijn brouwcomputer. Daarvoor moeten we de verschillende methodes vergelijken!
Er zijn in principe 3 methodes (en mengvormen daarvan):
A: Stijgende infusie
B: Dalende infusie
C: Decocti

A: Stijgende infusie.
Deze methode zal door de meeste amateurbrouwers worden gebruikt en bestaat uit de volgende stappen: Inmaisch- of beslagwater verwarmen tot een bepaalde temperatuur. De graanschroot toevoegen. Al dan niet een tijdje op deze, of een wat hogere temperatuur blijven (Eiwitrust). Daarna door verwarmen na de temperatuur van de eerste enzym-rust en deze een tijd handhaven. Vervolgens door-verwarmen tot de tweede enzyme-rust temperatuur en weer even handhaven. Dit eventueel nog een keer herhalen voor een derde rust.
Daarna zou het brouwsel (het Wort) jodium neutraal moeten zijn, dus alle zetmeel omgezet in suikers! Nu wordt het proces even onderbroken want er moet gefilterd worden. Belangrijk is de verwarming te onderbreken anders verwarm je een lege ketel met gevaarlijke effecten bij het weer vullen.
Als laatste stap volgt het verwarmen naar kooktemperatuur en het wort een bepaalde tijd koken. Vaak wordt de hop later tijdens dit proces toegevoegd. Het zou dus handig zijn als je een waarschuwing krijgt wanneer dit moet gebeuren. We komen dus op 4 of 5 stappen.

B: Dalende infusie.
Hierbij wordt vaak bij een bepaalde temperatuur ingemaischt, en al dan niet een tijdje op die temperatuur gehouden. Is gelijk aan de eerste stap bij stijgende infusie.
Vervolgens wordt weer verwarmd tot een bepaalde temperatuur. Er kan nu een tijd op deze temperatuur gewacht worden of de verwarming kan gestopt worden.
Als de verwarming gestopt wordt, daalt de temperatuur maar de enzymatische werking gaat gewoon door. Dit moet een bepaalde tijd. Dit komt overeen met de stappen twee en drie bij de stijgende infusie. De rest van het brouwproces is analoog aan dat van de stijgende infusie. Dus hier hebben 3 of 4 stappen.

C: Decoctie
Hierbij wordt, net als bij de infusie-processen, gestart, dus stap een kan gelijk zijn.
Daarna wordt er circa een derde van het beslag uit de ketel genomen en in een andere ketel tot koken gebracht. Meestal houdt men het een tijdje aan de kook om de graanbestanddelen goed te verstijfselen. Dit is vooral belangrijk bij gebruik van ongemoute granen als rijst en mais. Veel grote brouwerijen nemen een kleiner deel eruit en behandelen de rest verder als bij stijgende infusie. Voordeel is dat men sneller kan werken en zo de brouwcapaciteit kan opvoeren.
Het gekookte gedeelte wordt weer bij het eerste beslag gedaan waardoor de temperatuur daarvan stijgt tot de enzyme-rust temperatuur. Dit wordt nog een keer herhaald. De rest is weer hetzelfde: Filteren en koken met hop.
Ik kies ervoor om slechts één ketel te controleren, en dat is degene waar het stijgende infusieproces plaats vindt. In de tweede ketel wordt slechts gekookt en is temperatuur controle overbodig. We kunnen dit dus doen met de eerste 4 stappen van het stijgende infusie programma.

Conclusie:
We hebben het hele complexe brouwproces opgesplitst in te behappen stappen.
We kunnen alle 3 de methodes controleren met een programma van 5 stappen.
We moeten een truc bedenken om een stap te kunnen overslaan als we er maar 4 nodig hebben. In elke stap moet een tijd en een temperatuur geprogrammeerd kunnen worden. Tijdens het brouwen moeten deze bewaakt worden.
De temperatuur moet ook nog geregeld worden om een temperatuur overshoot te voorkomen. Om een stap over te slaan ligt het voor de hand om de tijd nul te maken, immers de tijd is dan, bij het begin van de stap, meteen verlopen. Er moet een waarschuwing komen als een stap is afgelopen, dit is vooral van belang bij de stap voor het koken. Het kookprogramma mag pas starten als het beslag terug in de ketel is.
Daar tijdens het filteren de temperatuur lager dan 100 graden is moeten we dan beginnen te verwarmen en de kooktijd pas starten als het beslag daadwerkelijk kookt.
Handig zou zijn als we tijdens het brouwen de geprogrammeerde tijd en gewenste temperatuur (Setpoint) kunnen zien. Tevens moet de actuele waarde van de temperatuur zichtbaar zijn en de resterende tijd van de stap waarin het proces zich bevindt. We hebben dus een tweede display nodig met minimaal twee regels.
Hiervoor zijn meerdere digitale ingangen nodig. Verder nog wat drukknoppen om de gegevens in te voeren en een alarmuitgang. Zoals we in het vorige artikel hebben gezien, volstaan 2 uitgangen voor de temperatuurregeling. Voor de temperatuurmeting is minimaal een analoge ingang of meerder digitale ingangen nodig. Dit is afhankelijk van de keuze van de opnemer.

Arduino
Daar ik voor een Arduino gekozen heb om de prijs laag te houden zijn een aantal randvoorwaarden al vastgelegd. Iemand die een ander systeem wil gebruiken kan uit deze artikelen nuttige gegevens halen. Ik heb voor de Arduino gekozen omdat ik een starterkit in China voor een ultra lage prijs heb gekocht. Verder zijn er veel stukken software voor allerlei aan te sluiten componenten zo op het internet te vinden. Kijk maar eens op de site van Arduino: www.arduino.cc. Hier is ook de IDE (Integrated development environment)te vinden , een software omgeving die het mogelijk maakt in een hogere computertaal te programmeren (hier een CC-variant).
Door de kit heb ik gekozen voor de Arduino UNO als processor systeem. Voor het display wil ik een 2-regelig display gebruiken met 16 karakters per regel.

Ik gebruik daarbij het display uit de kit. Er zijn ook varianten die minder uitgangen gebruiken door gebruik te maken van een seriële bus. Ik heb echter genoeg I/O (Inputs/Outputs).

De tijd wil ik in de software bijhouden en dus geen RTC (Real Time Clock) gebruiken. Deze zijn ook met een bus verkrijgbaar en dan met een display met bus en drukknoppen te combineren. De temperatuur meet ik met een LM35, een goedkope opnemer die een spanning afgeeft welke lineair is met de gemeten temperatuur.
Voor de drukknoppen kies ik een laddernetwerkje van weerstanden waar ik de 5 Volt op aansluit en vervolgens via een analoge ingang de spanning meet. Ik heb er 5 nodig. Eenmaal pijltje naar onder om door het menu te scrollen. Aan het eind van het menu ga ik automatisch weer na het begin. Deze methode is bruikbaar daar we slechts een beperkt aantal stappen hebben. Eenmaal pijltje naar rechts om mijn cursor op het display op de plaats van invoer te krijgen, en twee om de waarde te verhogen of te verlagen. En uiteraard hebben we nog een Enter-toets nodig om de data in het geheugen vast te zetten en door te stappen naar het volgende item.

Keuze Menu
Na het opstarten van de Arduino wil ik beginnen met een openingsboodschap en een keuze menu. In dit menu kun je kiezen uit programmeren van de parameters (Tijd en Temperatuur) en de Run-mode. Eventueel kan er in de programeer- en run-fase nog een extra menu “Vergisten” worden toegevoegd, zodat de computer ook te gebruiken is voor de bewaking van het vergistingsproces.
Hieronder een lijst van de verschillende displays per regel. Diverse regels kunnen zowel in de programmeerfase als in de runmode gebruikt worden. De bovenste regel is de positie van het karakter op het display. Ik start hier met nul, want dat doet het display ook en de tweede nul-positie staat voor positie 10. Dit laatste om de leesbaarheid te verbeteren. Ik heb om dezelfde reden ook de spaties tussen de cijfers weggelaten.

0123456789012345         Positie karakter op het display
Brouwcomputer V1           Openingsboodschap met softwareversie.
Programmeren Ja=+         ingeven en Enter en je gaat naar het programmeermenu om de data in te geven of te controleren.

Er verschijnen de eerste 2 stappen.
Run Ja= -                        + ingeven en Enter. Proces start met stap 1. De 1-ste regel toont regel uit programmeermenu, 2-de die uit Run-menu.
X: hhHmm i tt,t’C i            Zowel in het Programmeer- als in het Run-menu is het display hetzelfde.

                                        X is de stap waarin geprogrammeerd wordt of waar in het brouwproces zich bevindt. h staat voor de numerieke waarde van het aantal uren.

                                        H is de aanduiding om te zien dat het hier om de tijd gaat.
                                        Mm is de numerieke waarde van de tijd in minuten., b.v. 45.
                                        Tt,t is de numerieke waarde van de temperatuur in graden Celsius, met een cijfer achter de komma. ‘C is de aanduiding voor graden Celsius
                                         i is een indicator voor de activiteit van het programma in de Run-fase. Tijdens het programmeren niet te zien
                                         i is S(top) of R(un) voor de tijdaanduiding, anders zie je dit pas na een minuut aangezien ik geen seconden weergeef!
                                         i is H(eating) of o(ff), voor respectievelijk aan en uitstaan van de verwarming.

In het Programmeermenu staan hier de geprogrammeerde waarde oftewel het setpoint.
In het Run-menu staat bij de tijd de resterende tijd en bij de temperatuur de actuele temperatuur.
Je ziet een duidelijk display wat alle noodzakelijke gegevens bevat.
Eventueel kan in het Arduino-programma een instructie worden opgenomen die alle data naar een aangesloten PC stuurt. Dit voor de controlfreaks of datahongerigen. Rest nog dit te programmeren. Ik heb reeds wat opzetjes gemaakt maar krijg de IDE niet aan de praat. Wie kan me daar mee hebben en wie wil wel meedenken.

Reacties aan alcadekok@ziggo.nl.
Ton de Kok