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Machen Joghurt Mit Servomotor

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Joghurt ist gut. Selbst gemachter Joghurt ist noch besser. Also, machen wir Joghurt! Bevor wir auf die Hardware / Software zu bekommen, ist es wichtig zu verstehen, wo kommt Joghurt aus. Das Schlüsselelement ist ein Bakterium namens Lactobacillus. Laut Wikipedia: "Einige Lactobacillus-Arten werden als Starterkulturen in der Industrie für die kontrollierte Fermentation bei der Herstellung von Joghurt, Käse, Sauerkraut, Gurken, Bier, Wein, Apfelwein, Kimchi, Kakao, Kefir und andere fermentierte Lebensmittel verwendet wird, sowie Tierfutter. [...] Lactobacillus ist ein Mitglied der Milchsäurebakterien-Gruppe (ihre Mitglieder Lactose und andere Zucker in Milchsäure umwandeln) ".

Ok, so haben wir den Lactobacillus in der Milch und warten, bis die Bakterien dort Arbeit zu tun (Laktose in Milchsäure umwandeln). Theoretisch ja. Aber es gibt einige wichtige Punkte, die beobachtet werden müssen.

  • Die Milch muss frei von Verunreinigungen sein. Der beste Weg, um dies zu erhalten ist mit Milchpulver und gefiltertem Wasser.
  • Die Starterkultur kann eine kleine Menge des einfachen natürlichen Joghurts von Ihrem lokalen Lebensmittelgeschäft sein.
  • Die Mischung Milch + Starter muss in einem geschlossenen Behälter gehalten werden, um eine Kontamination mit anderen Pilzen und Bakterien in der Luft zu vermeiden. Außerdem muss die Mischung für 6 Stunden bei 37 ° C bleiben. Dies ist die ideale Temperatur für den Lebenszyklus des Lactobacillus.

Zusammenfassen: Milch holen, Vorspeise (Naturjoghurt) in den geschlossenen Behälter geben und 6 Stunden bei 37 ° C aufbewahren.

Schritt 1: Der Reaktor

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Wenn ich Reaktor sage, meine ich "einen Ort oder Behälter, wo eine (biologische oder chemische) Reaktion stattfindet". Dies ist der Begriff von Chemieingenieuren verwendet. In unserem Fall ist der Reaktor ein Behälter mit kontrollierter Temperatur.

Bevor wir weitermachen, will ich klarstellen, dass die Lösung, die ich rudimentär implementiert und wurde an einem Sonntag Morgen gebaut, als alle Hardware-Geschäfte geschlossen wurden, nur Material und Komponenten, die zur Hand waren. Tatsächlich war das der lustige Teil ... Etwas wie die Apollo 13 Herausforderung - lösen Sie das Problem mit dem, was Sie zur Hand haben. Es sollte als Ausgangspunkt für eine elegantere Lösung verwendet werden.

Mein Reaktor wurde aus einer großen Schüssel mit Wasser hergestellt. Die Mischung Milch + Starter wurde in kleine Töpfe mit Deckel gegeben und diese wurden in der Schüssel untergebracht. Nun brauchte ich nur ein System, um die Temperatur des Wassers zu kontrollieren und es für sechs Stunden warm zu halten (37 ° C). Es ist eindeutig ersichtlich, dass wir eine geschlossene Temperaturregelung durchführen müssen. Ein Regelkreis hat drei Hauptelemente - einen Sensor, einen Aktor und einen Regler. In unserem Fall:

  • Sensor = LM35
  • Stellantrieb = Heizwiderstand (60W, 127Vac)
  • Regler = Arduino Nano

Jetzt muss man fragen, wo der Servomotor in dieses Projekt passt. Lassen Sie uns erklären. Der Heizwiderstand kann im Zweiweg-Ein / Aus-Modus oder im Linearmodus (zB mit PWM) verwendet werden. Ich entschied mich für den zweiten Modus und verwendete einen 600W-Lichtdimmer, um eine "lineare" Leistungsänderung zu implementieren. Das Potentiometer des Dimmers ist mit dem Schaft des Servomotors gekoppelt und emuliert eine menschliche Hand.

Wenn wir alles zusammen haben, haben wir diesen Fluss:

  • Der LM35 misst die Wassertemperatur (10mV / ° C).
  • Das Arduino die A / D-Wandlung zu machen, berechnet den Fehler (Sollwert minus gemessener Wert), wirft diesen Wert in den Regelalgorithmus, der eine Ausgabe erzeugt.
  • Der Servomotor empfängt das Ausgangssignal von dem Arduino und schaltet das Potentiometer, eine Änderung in der Leistungsabgabe von dem Heizwiderstand zu verursachen.
  • Gemäß der Veränderung der Leistung, die durch den Heizwiderstand geliefert wird, steigt oder sinkt die Temperatur.

Dieser Durchfluss wird mehrmals pro Minute durchgeführt, so dass ein Regelungssystem entsteht.

Schritt 2: Mechanische Montage

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Ich wählte, um Chargen von 1 kg in 5 x 200 g geteilt zu machen. So verwendete ich fünf Töpfe 250ml, die 200g Joghurt halten konnten. Außerdem hat jede Charge einen zusätzlichen Topf (100 ml) zu 70 g Joghurt herzustellen, die als Starter für die nächste Charge verwendet werden. Streng genommen produziert jede Charge 1.070 kg Joghurt (5x200g + 70g).

So ist unser Joghurt-Maschine / Reaktor wird mit Deckeln von fünf 250 ml Töpfe gemacht, sowie eine 100 ml-Topf mit Deckel, von denen alle in einer großen Schüssel platziert werden mit dem Wasserbad. Im Inneren des Wassers setzen wir den Temperatursensor (LM35) an den Arduino und den Heizwiderstand an den Dimmer. Der Arduino verbindet sich auch mit dem Servomotor, der mechanisch mit dem Dimmer gekoppelt ist. Und dort haben wir eine geschlossene Schleife.

Einige Punkte müssen sie betrachtet werden. Zum Beispiel, wenn die Schüssel zu groß ist, müssen wir zu viel Wasser erhitzen, Energie verschwenden. Sein Durchmesser sollte ungefähr dreimal so groß sein wie der Durchmesser der Töpfe (natürlich unter Berücksichtigung, dass meine Lösung mit fünf Töpfen implementiert wurde). Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Wärmeverteilung im Wasser. Das Ideal ist die Erzeugung von Wärme, die in dem gesamten Wasservolumen verteilt wird, so dass die Temperatur in allen Punkten gleichmäßig ist. Ich verwendete einen Heizwiderstand entlang des Randes der Schüssel, weil theoretisch dort der Großteil des Wärmeaustausches mit der Umgebung auftritt. Der letzte Punkt, den ich kommentieren möchte, ist der Wasserstand in der Schüssel. Es sollte das gleiche Niveau wie der Inhalt der Töpfe. Wenn Sie zu viel Wasser in die Schüssel stellen, bleiben die Töpfe flott.

Schritt 3: Elektronik

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Das elektronische Teil ist einfach zu beenden. Der LM35 gibt eine Spannung proportional zur Temperatur (10mV / ° C) aus. Unser Ziel ist 370mV. Diese Spannung wird dem analogen Eingang 0 des Arduino zugeführt. Der Arduino berechnet den Wert, der notwendig ist, um den Fehler gleich Null zu machen, und sendet diesen Wert an die digitale E / A 9, die den Servomotor speist. Da der Dimmer mechanisch mit dem Servo gekoppelt ist, bedeutet dies, dass der Arduino den Dimmer steuert.

*** VORSICHT ***

Der Heizwiderstand ist mit dem Wasser in Berührung, was bedeutet, dass das Wasser ein elektrisches Potential hat und einen elektrischen Schlag verursachen kann. Berühren Sie das Wasser nicht, wenn das Gerät eingeschaltet ist.

Schritt 4: Software

Der beste Weg, um die Temperatur zu steuern, wäre ein PID-Regelkreis. Aber, wie ich schon sagte, diese Lösung wurde an einem Sonntag Morgen umgesetzt und ich war nicht in der Stimmung, die Feinabstimmung von Kp, Ki und Kd zu tun. So machte ich eine sehr (dumme) einfache Regelschleife. Abgesehen von der Temperaturregelung auch das Programm selbst mal ausführen und den Heizwiderstand nach einer vorgegebenen Zeit (6 Stunden) ausschalten. Der Ausgang kann je nach Fehler vier verschiedene Werte annehmen. Die Logik ist:

  • Wenn (Fehler> 2 ° C) dann Ausgang = 175
  • Wenn (2 ° C> Fehler> 0 ° C), dann Ausgang = 160
  • Wenn (0 ° C> Fehler> -2 ° C), dann Ausgang = 130
  • Wenn (Fehler <-2 ° C) dann Ausgang = 100

Sie können fragen, wie ich diese Werte wählte. Der Maximalwert (175) wurde empirisch bestimmt, so dass das Wasserbad 50 ° C nicht übersteigt. Der Mindestwert (100) bewirkt, dass die Wasserbadtemperatur um 25 ° C bleibt. Vergessen Sie nicht, dass der Ausgang dem Servomotorwinkel entspricht.

Schritt 5: Letzte Worte

Diese instructable sollte mehr als ein Konzept Beweis statt einer Schritt-für-Schritt-Anleitung zu sehen. Die Lösung, die ich vorgestellt, ist ziemlich rudimentär, fast grotesk. Natürlich gibt es effizientere Möglichkeiten, die Leistung auf den Heizwiderstand dann mit einer Schrittmotor-Dimmer-Lösung ändern. Aber das ist der Spaß für einen langweiligen Sonntag Morgen.

Viele Verbesserungen können an dieser Lösung vorgenommen werden. Vielleicht wäre die einfachste wäre, einen Summer auf einem digitalen Ausgang, um eine hörbare "Joghurt getan" Signalisierung haben. Komplexere Verbesserungen könnten eine LCD-Schnittstelle oder eine Bluetooth- oder WiFi-Verbindung sein.

Die Software-Lösung fehlt Verfeinerung und fordert einen PID-Regelkreis, vielleicht mit einem Auto-Tuning-Algorithmus.

Fühlen Sie sich frei, mir Ihre Fragen, Anmerkungen und yummie Joghurt zu jedermann zu schicken!

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