iSpindel - Digitalt hydrometer og termometer med Wi-Fi

Dette er et af de fedeste stykker hardware til brygning jeg længe har anskaffet mig - følg live med i gæringsforløbet og temperaturen uden at åbne gærtanken!

Det digitale hydrometer er et open source gør-det-selv-projekt herfra: iSpindel på Github. Enheden er et IoT device det består er en cylinder i PET som indeholder et MPU-6050 3-akset gyroskop og accelerometer, DS18B20 temperatursensor, ESP8266 Wi-Fi module med MCU, TP4056 lithiumbatterilademodul, samt et 18650 genopladeligt batteri. Det fungerer ved at placere det i væsken (her øllet under gæring) og vinklen som det flyder i kan omregnes til væskens relative densitet. Cylinderens massemidtpunkt er nemlig forskudt i forhold til dens flydepunkt hvilket betyder at cylinderen flyder i en vinkel som ændrer sig med væsken densitet. Systemet kalibreres med væsker (sukkeropløsninger) med kendte densiteter og desuden kan den målte temperatur bruges til at korrigere målinger ved temperature forskellig fra kalibreringstemperaturen. Systemet sættes op til at forbinde til et Wi-Fi access point med et fastsat interval og sende sin måling til en given server der kan logge dataen. Smart!

iSpindel kan købes som byg-selv-kit herfra: iSpindel-Kit.com hvor den blot skal loddes sammen og programmeres.

Enheden

Hvordan er den opbygget? Elektronikken er monteret i en 3D-printet holder som passer ind i PET-cylinderen.

✖

❮

❯

I spidsen af cylinderen er fikseret ekstra ballast til at justere vinklen som enheden flyder i for at opnå en god dynamisk rækkevidde. Ballasten kan være små vægtlodder eller f.eks. en møtrik. I mit tilfælde er lidt over 20 g passende. Et tætsluttende låg holder det hele tørt. Cylinderen er supernem at rengøre og sanitere.

Et 18650 lithiumionbatteri er energikilden, i mit tilfælde et Samsung ICR18650-26F på 2600 mAh, og når enheden sættes op til at sende data mellem hvert 10. og 20. minut holder batteriet i flere måneder. Enheden går i deep sleep og vågner op efter det valgte interval, foretager og afsender en måling, for at gå i sleep igen. Mellem anvendelse (mellem bryg) lades enheden nemt med et almindeligt micro-USB-kabel og en telefonoplader og kan lades mens indmaden sidder i cylinderen. Der findes også eksempler på folk der har indbygget en trådløs oplader og magnetisk ON/OFF-kontakt.

ESP8266 Wi-Fi modulet flashes med firmware via USB og efterfølgende foretages opsætning via et webinterface hvor access point, serverinfo, loggeinterval mv. indtastes.

Virkemåde

Hvordan fungerer den? Når enheden placeres i en væske flyder den i en vinkel pga. af dens massemidtpunkt (center of mass) er forskudt fra dens flydepunkt (center of buoyancy, hvilket svare til massemidtpunktet for den forskudte væske). Vinklen hvori enheden flyder afhænger af densiteten på væsken (og justeringen med vægtlodder) og det er denne vinkel som måles med gyroskopet og accelerometeret. Enheden kalibreres på en vandret flade så den får et kendt nulpunkt og derefter kalibreres dens interne beregning af specific gravity (SG) i forskellige opløsninger af sukkervand med kendt SG. Derved kan enheden udregne SG af væsken den flyder i.

Illustrationen ovenfor viser enheden i to væsker med forskellig densitet ρ₁ hhv. ρ₂. Som illustreret flyder enheden med en større vinkel α₁ i væsken med højest densitet i forhold til lodret. Væsken med ρ₁ svarer til en kraftigere sukkeropløsning som i bryggeverdenen f.eks. kunne være en øl fær gæringen har sat i gang. Væsken med ρ₂ svarer til en lavere sukkeropløsning, f.eks. en færdiggæret øl.

Forbindelse

Hvordan får jeg data fra den? Enheden vågner med et fastsat interval, foretager en måling og sender dataen til en server. Dataen kan via serveren tilgås fra en computer eller andet device og der kan plottes en graf mv.

Opsætning af enheden foregår via dens webinterface og der kan vælges mellem forskellige service typer, f.eks. kan man oprette en gratis konto hos Ubidots hvor data kan sendes til og få den logget og plottet. Man kan også sætte enheden op til at sende til en lokal server, hvilket er hvad jeg gør. Følgende viser webinterfacet med et eksempel på opsætning til at forbinde til en server med lokal IP-adresse via et forudvalgt Wi-Fi Access Point.

Data Output

Hvilken information giver den mig og hvordan bruger jeg den? Data fra enheden er i JSON-format og et eksempel på en måling fra enheden kan ses her (scroll til højre):

Hver gang enheden vågner fra sleep og forbinder til serveren sendes en sådan datapakke. Serveren skal være sat op til at gemme denne data. Jeg har en lokal Apache-server med PHP og har lavet et script som logger modtaget data linie for linie i en tekstfil samt tilføjer tidsstempel til hver linie. Scriptet kan også plotte dataen og udlæse relevante værdier fra datasættet - derved kan man få løbende indsigt i et gæringsforløb og det har stor værdi! F.eks. kan man følge med i temperaturen inde i gærtanken, men endnu bedre, man kan løbende få SG målinger uden at skulle åbne gærtanken med risiko for infektion! De løbende SG målinger kan bruges til at se hvor fremskredent gæringsforløbet er og hvornår man bedst f.eks. kan øge sin temperatur til en diacetylpause eller lignende! Nedenfor ses en screendump fra min server med graf plottet for et helt gæringsforløb over ca. 20 dage for en Märzen-øl. Læg mærke til diacetylpausen ved ca. 50% forgæringsgrad og cold-crash til lagringstemperatur efter endt gæring.

Konklusion

iSpindel - Digitalt hydrometer og termometer med Wi-Fi er et rigtig smart og anvendeligt stykke udstyr til den digitale brygger! Følg live med i gæringsforløb ved måling af SG og temperatur uden at skulle åbne gærtanken og derved uden risiko for infektion. Temperaturdataen kan også benyttes som input til at styre temperaturen i ens gærkammer hvis man har lidt teknisk snilde. Det må der skåles på 🍺

Der diskuteres på forummer om hvor meget kräusen og generet CO₂ påvirker målingerne og på projektets hjemmeside anbefales det at man kalibrerer enheden i en accelereret forgæring med ens mest anvendte gærtype for at opnå bedste præcision. Der findes også eksempler på folk der har monteret en lille vibrator inde i enheden som aktiveres før en måling foretages for at ryste CO₂-bobler af enheden! Personligt anvender jeg ikke enheden for at opnå ekstremt præcise SG-målinger og jeg vil fortsatmåle OG og FG med et almindeligt hydrometer. Hvis jeg kan opnå målinger på ±2 SG-point, er jeg ganske tilfreds. Styrken i enheden er muligheden for at få indsigt i gæringsforløbet som kan bruges til bl.a. at vide hvornår det er bedst at lave en diacetylpause (se også Gæringstemperaturkontrol - lagerøl).