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Desvendando o BrewPi

O documento descreve o BrewPi, um sistema de controle de temperatura open source para cervejeiros caseiros. O BrewPi usa um Raspberry Pi e Arduino para monitorar e controlar a temperatura durante a fermentação da cerveja com precisão usando um algoritmo PID. Isso permite aos cervejeiros caseiros automatizar o processo de fermentação e monitorá-lo remotamente via internet.

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Desvendando o BrewPi Luis Balbinot hades.himself@gmail.com II Concurso Estadual da ACervA-PR - Curitiba, PR - 4 de outubro de 2013
Desvendando o BrewPi Controle de Temperatura “Controle de temperatura é um processo pelo qual a mudança de temperatura de um determinado espaço (e dos objetos dentro dele) é medida ou detectada, e a passagem de energia térmica para dentro ou fora deste espaço é ajustada de forma que uma temperatura média desejada seja obtida.” (Wikipedia)
Desvendando o BrewPi Como se faz o controle de temperatura?
Desvendando o BrewPi Controlador Diferencial • Controlador de temperatura comum do tipo on-off com um diferencial (histerese) • Liga/desliga quando o valor ultrapassa o diferencial • Ideal para situações onde um controle preciso não é necessário • Por exemplo, se programado para 18°C com ±1 grau de histerese a temperatura varia entre 17 e 19°C • Um único sensor (diodo, resistência) • Enfiado pela borracha da porta • Normalmente encostado no fermentador com um isolante ou dentro de um poço térmico • Nunca dentro de um copo com água!
Desvendando o BrewPi Controlador Diferencial • Em regiões com temperaturas mais extremas é necessário o uso de ciclo quente/frio • Por exemplo,TIC MT-518Ri com dois estágios • Para aquecer: • Lâmpada com um papel alumínio (máximo 25-30W) • Secador de cabelo (pegar escondido) protegido da condensação de dentro da geladeira (exige mais do relé)
Desvendando o BrewPi Prós e contras • Prós: • Bom para manter a temperatura dentro de certa faixa • Prolonga o tempo de vida dos relés (menos ativações) • Barato, fácil de instalar e configurar • TIC 17RGTi - R$ 90 • TIC MT-518Ri - R$ 180 • Contras: • Não mantém com precisão uma temperatura exata • Para a configuração de cervejeiros caseiros ele pode passar muito dos limites programados devido ao volume de cerveja e a potência das geladeiras/freezers
Desvendando o BrewPi Controlador PID • Controlador PID (Proporcional, Integral, Derivativo) • Hardware quase igual ao controlador diferencial (sensor, relés, etc) • Usa um processo retroalimentado que se auto-ajusta • Mede os erros do presente, os erros acumulados no passado e a previsão de erros do futuro baseado na taxa de variação • Uma soma ponderada desses três fatores é utilizada para ajustar o processo para manter a saída desejada • Precisa ser calibrado através de tentativa e erro
Desvendando o BrewPi Prós e contras • Prós: • Muito bom para manter a temperatura de um processo no valor desejado • Fica muito próximo dos limites estabelecidos • Ideal para processos sensíveis a variações de temperatura • Contras: • Apenas para sistemas com massa relativamente pequena • Aciona muito mais os relés (desgaste e tempo de vida curto) • As constantes do algoritmo do PID precisam ser bem calibradas e ajustadas para se ter um bom funcionamento • Controladores são mais caros que os on-off
Desvendando o BrewPi Histerese vs PIDTemperatura(°C) Tempo 181917
Desvendando o BrewPi Automação • Alguns controladores comerciais possuem gerência: • Protocolos e soluções proprietárias • Sem interoperabilidade • Software fechado e (normalmente) pago • Recursos limitados (pouca flexibilidade) • Históricos e log de temperatura restritos • Programação limitada • Em geral, a automação é bem fraca e limitada para os equipamentos mais acessíveis no mercado
Desvendando o BrewPi O que nós queremos? • Manter a temperatura de forma precisa • Acesso remoto (Internet, web, celular) • Monitoração e instrumentação • Ver e ajustar as temperaturas • Programar rampas • Guardar um histórico da fermentação • Gráficos e logs • Fica bem mais fácil repetir receitas • Detecção de problemas na fermentação • Detectar intrusos na geladeira • Impressionar os amigos!
Desvendando o BrewPi BrewPi http://www.brewpi.com/
Desvendando o BrewPi BrewPi • Solução feita para homebrewers • Não é um produto, é uma plataforma colaborativa • Utiliza hardware de baixo custo, modular e de fácil reposição • Software livre e de código aberto • Já vem parametrizado para a configuração de homebrewers: • Lotes de 20-40 litros fermentados em uma geladeira • Facilmente adaptado para ambientes diferentes • Não precisa comprar o shield que é vendido no site
Desvendando o BrewPi BrewPi Shield Rev. C
Desvendando o BrewPi BrewPi: Estrutura pyserial via USB AF_UNIX socket + filesystem HTTP Ajax
Desvendando o BrewPi Hardware: Raspberry Pi • Raspberry Pi Rev B (US$ 50) • CPU de 700 MHz • Linux/Debian em cartão SD • Cuida da interface web • Conexão com cabo ou WiFi (precisa de um dongle USB de US$ 5) • Fonte USB de 1A ou mais para WiFi • Fácil de instalar, com passo-a-passo online: • http://docs.brewpi.com/ • Conhecimento básico de Linux é necessário!
Desvendando o BrewPi Hardware:Arduino • Arduino Uno (US$ 13) • Microcontrolador ATmega328 de 16MHz • 32KB de flash, 2KB de SRAM, 1KB de EEPROM • 14 pinos digitais, 6 analógicos • É o coração do BrewPi e, depois de programado, funciona de forma independente ao Raspberry Pi • Responsável pela medição da temperatura e pela implementação do algoritmo de PID • Ativa/desativa os relés
Desvendando o BrewPi Hardware: Sensores • Sensores digitais 1-Wire (U$ 2) • Maxim DS18B20 • À prova d’água (aço inox) • Não precisam de calibragem, independente do comprimento do cabo • Barramento 1-Wire permite que vários sensores sejam ligados nas mesmas entradas, cada um com seu endereço • Requer um único resistor de pull-up de 4.7K para todos os sensores • BrewPi usa 2 ou 3 (fermentador, geladeira e ambiente, que é opcional)
Desvendando o BrewPi Hardware: Relés • Fazem o chaveamento da energia para alimentar os dispositivos (geladeira, etc) • Relés mecânicos são mais baratos (US$ 2,5 com 2 canais), mas duram menos • Relés de estado sólido de até 5A custam um pouco mais (US$ 25 com 2 canais) • Relés de estado sólido maiores (10A ou mais) custam menos (apartir de US$ 8 cada), mas não são tão práticos nem pequenos • Pode ser mais barato simplesmente manter um estoque de relés mecânicos e ir trocando!
Desvendando o BrewPi Hardware: Exemplo (para brewpi-uno-revC.hex) (para brewpi-uno-revC.hex) F N Geladeira Lâmpada 4.7KΩ Fermentador Geladeira USB Raspberry Pi 7-12V Ext. (opcional)
Desvendando o BrewPi Hardware: Opcionais • LCD (20 colunas por 4 linhas, US$ 8-15) • Botão de controle (Rotary Encoder) • Shield para o Arduino • Sensor de porta • Mais relés • Ventilador • Iluminação da geladeira
Desvendando o BrewPi Meu BrewPi
Desvendando o BrewPi Tela Principal
Desvendando o BrewPi Dispositivos Instalados
Desvendando o BrewPi PID
Desvendando o BrewPi PID: Peak Detection
Desvendando o BrewPi Em desenvolvimento • Nova interface para programar rampas, independente do Google Docs • Suporte a LCD com interface I2C • Suporte a configuração de múltiplas câmaras de fermentação • Nova versão no meio/final de outubro • http://forum.brewpi.com/
Desvendando o BrewPi Dúvidas?! hades.himself@gmail.com

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  • 8.
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