iSpindel – elektronische Vergärungsmessung

Die iSpindel ist ein elektronisches Messgerät zur Bestimmung der Würzedichte bei der Bierherstellung. Dabei misst man in einem Biersud die Dichte. Sie gibt die ungefähre Konzentration im Wasser an. Bierbrauer verwenden eine Glasspindel, die durch Auftrieb funktioniert. Je höher die Zuckerkonzentration, desto höher ragt das Glas heraus und umgekehrt. Eine andere Methode geht über Lichtbrechung an einem Prisma und das Gerät dazu heisst Refraktometer.

Die iSpindel folgt im Prinzip auch dem Auftrieb, wie eine Glasspindel, doch gemessen wird nicht die Höhe des Auftriebes, sondern der Neigungswinkel. Je höher die Stammwürze ist, desto höher auch der Neigungswinkel, da der Schwerpunkt der Spindel weiter nach oben treibt. Der Vorteil der elektronischen Messung, ist besonders während der Vergärung, da man ständig den Vergärungsgrad bestimmen möchte, um zum Beispiel den Richtigen Zeitpunkt beim Grünschlauchen zu bekommen.

Das Prinzip ist bereits patentiert und wird auch schon als Tilt Hydrometer verkauft. Trotzdem haben einige die Tilt nachgebaut und als Open Source Project veröffentlicht. Da das Gerät aber nicht fertig zu kaufen gibt muss dies zusammengebaut werden. Es gibt schon einige Anleitungen dafür, doch trotzdem musste ich darin alles irgendwie zusammensuchen und will das, was ich benötigt habe, hier als kleine Baulanleitung veröffentlichen.

Das Interessante an dem Projekt ist, dass es auf dem IoT Baustein ESP8266 basiert. Dies ist das aktuelle Entwicklungstool für IoT Anwendungen. Es hat viel Speicher, einen schnellen Prozessor, ein WLan Modul und Energiesparmodi. Zu dem ESP Entwicklerboard kommt ein Lademodul für eine LiPo Akku und ein Beschleunigungssensor MPU6050 zur Winkelbestimmung. Dieser hat auch in Quadcopter seine Anwendung. Zusätzlich kommt noch ein alter Bekannter Temperatursensor zur Messanpassung, da die Dichte immer auch temperaturabhängig ist.

1.Bauteile

WeMos ESP8266 Mini NodeMCU

MPU6050 2-Achsen-Gyroskop

TP4056 Lithium Laderegler 1A 2,5V

DS18B20 Temperatursensor

Lithium Akku

Petling Länge 15cm Breite 4-4,5cm

Eventuell muss der Schlitten noch angepasst werden.

Zwischenplatine

Die Zwischenplatine kann auch eine einfach Lochrasterplatine sein und man muss die paar Leitungen selber fädeln.

Schlittem für Petling

In dem Link gibt es verschiedene 3D Druck Dateien für unterschiedliche Petlings.

2.Zusammenbau:

Durch das WeMos müssen die Steckerleisten mit den langen Beinchen durchgesteckt werden. Die Beine werden abgeschnitten, bis auf die vier Stück bei D4, D3, GND und 5V. Dies wird für den Anschluß für das Gyroskop benötigt.


Bei dem WeMos Mudul muss die Diode (roter Kreis im linken Bild) am USB Stromanschluss abgetrennt werden. Sonst würde das Modul mit Strom versorgt werden beim Anschluß am USB Anschluß und kann ihn zerstören, wenn noch gleichzeitig der Akku daran hängt.

Auf die Zwischenplatine kommen die Beine darauf für das WeMos Modul, Widerstände, Schalter, Temperatursensor und Stromanschluß.

Auf die Rückseite der Platine wird das LiPo Lademodul angelötet. Dies lädt den Akku über seinen eigenen Stromanschluss der Mikro USB Buchse auf.

An den Akku müssen die Stromkabel richtig gepolt angelötet werden.

Der Platinen Stack und der LiPo werden in den Schlitten geschoben.

Der Schlitten kommt dann in das Petling.

Zunächst wird der Akku über den Mikro USB Anschluss des Lademodules aufgeladen.

3.Firmware flashen

Auf das WMos muss nun die iSpindel Software geladen werden. Dazu wird das WeMos Modul über seine Mikro USB Buchse an einen PC angeschlossen werden. Dazu braucht man ein Flash Tool  und die iSpindel Firmware.

Sobald man das WeMos Modul anschließt erscheint ein neuer COM Port im Geräte Manager. Hier ist es COM Port 3.

Im Flash Tool wählt man unter Config das Firmware File aus.

Danach startet man das Flashen, das ein paar Sekunden dauern kann.

4.Kalibrieren

Jede Spindel ist anders und hat eine andere Gewichtsverteilung, d.h. der Schwerpunkt liegt wo anders in dem Gerät. Deswegen muss es kalibriert werden.

Damit man die Spindel kalibriert werden kann, muss sie in den AccessPoint Modus (AP) gebracht werden. Dies geschieht, indem man an dem WeMos reset Taster vier mal kurz hintereinander diesen drückt. Anschließend sollte die LED am WeMos im Sekundentakt blinken.

Für den nächsten Schritt nimmt man am Besten ein Mobiltelefon und verbindet sich über WLan der iSpindel. Der name taucht auch in der WLan Liste auf.

Sobald die WLan Verbindung steht, kann man sich mit der Spindel über die IP Adresse IP 192.168.4.1 im Webbrowser des Mobiltelefons verbinden. Zum Kalibrieren braucht man die Winkelinformation des Gyroskopes. Diese bekommt man unter dem Menu Punkt „iSpindel Info“

Die erste Messung macht man bei reinem Wasser, also 0°P. In diesem Zustand sollte die Spindel ungefähr einen Winkel von 25° +/- 5° anzeigen. Damit meine  Spindel ungefähr in diesem Bereich liegt, hab ich noch 17g Gewicht, in Form von Schrauben mit Muttern in den Boden der Spindel gegeben.

Bei 0°P wird ein Winkel von 20,12° gemessen

Die nächste Messung erfolgte bei 2,5°P. Dazu habe ich in einen 2L Messbecher mit 1950g Wasser 50g Zucker darin aufgelöst und 35,02° gemessen

Bei 5°P hab ich eine Lösung aus 1900g Wasser mit 100g Zucker hergestellt und 45,18° gemessen.

Die letzte Messung fand bei 10°P statt, also mit 1800g Wasser und 200g aufgelösten Zucker darin. Dabei ergab dies einen Winkel von 55,27°.

Mit diesen vier Werten kann eine quadratische Regressionskurve ermittelt werden Plato = a*Winkel^2+b*Winkel+c (Winkel, Neigung, Tilt).  Die gesuchten Parameter sind dabei a,b und c, die eine Kurve durch die Punkte legt, wo der Fehler am geringsten ist. Ein Tool dafür wäre in einem Tabellenkalkulationsprogramm. Mit den vier Punkten ergibt sich sicherlich keine sehr genaue Kurve, aber für den Anfang sollte es passen. Somit komme ich auf die Gleichung -0,30665455*tilt^2+6,567036364*tilt+20,22882828 als Eingabeparameter.

5.Inbetriebnahme

Eine Vergärung dauert bekanntlich ein paar Tage bis Wochen, je nach Hefetyp. Damit die Daten aufgenommen werden können, sendet die iSpindel die Daten an einen Server, der ausgewählt werden kann. Als einfaches Tool hat sich Ubidots ergeben. Es gibt aber auch für Linux einen Server und BrewPi und andere, die auch mit den Signalen umgehen können.

Bei Ubidots muss man sich zunächst anmelden.

Unter den API Credentials bekommt man seinen Token zugewiesen. Diesen muss man dann später in der iSpindel eingeben und ist die Datenverknüpfung der iSpindel zum Webseiten Account.

Unter Devices sieht man dann auch seine iSpindel mit den aktuell gesendeten Daten.

Nun muss man sich wieder mit der iSpindel über WLan direkt verbinden.

Unter dem Menupunkt Configuration gibt man dann seine Daten ein.

Der erste Punkt ist der WLan Zugang zum hauseigenen Accespoint mit SSID und Passwort. iSpindelName ist der Name, der dann auch bei Ubidots i Devices erscheint. Das Update INterval gibt an, in welchen Zeitabschnitten Daten gesendet werden sollen. Je höher, desto weniger Energie wird der WeMos verbrauchen, da er dazwischen immer schlafen gelegt wird. bei Server Typ gibt man eben Ubidots und darunter den Token von Ubidots ein. der letzte Punkt ist dann das Regressionspolynom. Sobald man auf Save geht, verbindet sich die iSpindel mit dem WLan und sendet erstmals Daten an Ubidots. Der AP Modus ist somit deaktiviert und kann nur wieder durch viermalges drücken der Reset Taste wieder reaktiviert werden.

Eine Möglichkeit die gesendeten Daten einzusehen, ist es die Spindel über den WeMos Mikro USB Anschluss an einen PC anszuschließen und ein Terminalfenster, wie Putty über den COM Port mit 115200 Baud zu starten.

Links:
https://de.wikipedia.org/wiki/Stammw%C3%BCrze
http://www.ispindel.de/
https://www.amazon.de/Hydrometer-Wireless-Bluetooth-Bierspindel-Thermometer/dp/B078SYYMG4
https://www.3d-mechatronics.de/ispindel-diy-set-3500_649.html
https://www.amazon.de/Ferrell-D1-Mini-ESP8266-NodeMcu/dp/B00A3PHBB8
https://www.amazon.de/Lithium-Lademodul-Tiefentladungsschutz-TP4056-Ladeschlu%C3%9Fspannung/dp/B018Y1ZASI
https://www.amazon.de/Paradisetronic-com-3-Achsen-Gyroskop-3-Achsen-Accelerometer-Beschleunigungssensor-Neigungssensor-Blau/dp/B01F11WXN4
https://www.amazon.de/Digitaler-Temperatursensor-Raspberry-Prototyping-%C3%9Cberwachung/dp/B071G5YMKQ
https://github.com/sky4walk/iSpindelClone
https://www.amazon.de/IZOKEE-NodeMcu-Internet-Entwicklungsboard-Compatible/dp/B076FBY2V3
https://www.amazon.de/AZDelivery-MPU-6050-3-Achsen-Gyroskop-Beschleunigungssensor-inklusive/dp/B07TKLYBD6
https://github.com/nodemcu/nodemcu-flasher/raw/master/Win32/Release/ESP8266Flasher.exe
https://github.com/universam1/iSpindel/releases
https://github.com/universam1/iSpindel/releases/download/6.2.0/firmware.bin
https://github.com/universam1/iSpindel/archive/6.2.0.zip
http://www.nodemcu.com
http://www.ispindel.de/docs/Kalibrierung.html#formel
http://www.ispindel.de/docs/Kalibrierung.xlsm
https://github.com/universam1/iSpindel/tree/master/drawer
https://github.com/sky4walk/documents/raw/master/Berechnungen.ods
ubidots.com
https://www.putty.org/
https://zwieselbrau.wordpress.com/2019/05/09/gruenschlauchen-und-schnellvergaerprobe/
https://itzwieseltal.wordpress.com/2020/04/28/esp8266-projekt-ispindel/

2 Gedanken zu “iSpindel – elektronische Vergärungsmessung

  1. Sehr cool. Das ist tatsächlich das erstemal das ich davon gehört habe. Sieht bisschen kompliziert aber machbar aus. Wie lang hält den der Akku ?

    Grüße,

    Simon

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    • Die Frage kann ich schwer beantworten. Hängt vom verwendeten Akku ab und wie oft die Daten aktualisiert werden. Der ESP wird nach jedem Senden wieder schlafen gelegt. Bisher ist er bei mir noch nicht leer geworden.

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