Πλατφόρμα ασύρματης ανίχνευσης για παρακολούθηση ζύμωσης οίνου
Από RemoteSensing Wiki
Πλατφόρμα ασύρματης ανίχνευσης για παρακολούθηση ζύμωσης οίνου
Wireless Sensing Platform for Remote Monitoring and Control of Wine Fermentation
Συγγραφείς: Damith C. Ranasinghe, Nickolas J. G. Falkner, Pan Chaο, Wu Hao
Πηγή: https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6529841
Σκοπός
Στόχος της έρευνας είναι να προσεγγίσει ένα χαμηλό κόστος για την ακριβή ανάλυση της θερμοκρασίας σε ολόκληρο τον κάδο ζύμωσης και να παράξει ένα αυτοματοποιημένο σύστημα υποστήριξης αποφάσεων ασαφούς λογικής για την απαλλαγή της συνεχής παρουσίας εργαζομένων στην παραγωγή οίνου.
Εισαγωγή
Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν τη ζύμωση του κρασιού. Η θερμοκρασία είναι ένας από τους πιο σημαντικούς και επηρεάζει το ρυθμό ανάπτυξης και το μεταβολισμό της μαγιάς, καθώς και την ρυθμό των βασικών ενζυμικών αντιδράσεων. Η ζύμωση αποτελεί μια έντονα εξώθερμη αντίδραση και απαιτούνται αισθητήρες για να γίνει ο έλεγχος της. Οι θερμοκρασίες των δεξαμενών ζύμωσης μετρώνται από ένα θερμόμετρο που εισάγεται μέσα ή στη κορυφή της δεξαμενής οινοποίησης. Οι σταθεροί αισθητήρες παρουσιάζουν διάφορα μηχανικά προβλήματα και η εγκατάστασή τους είναι δαπανηρή. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένας καινοτόμος σχεδιασμός ενός ασύρματου συστήματος Αντίστασης Ανιχνευτών Θερμοκρασίας (RTD), ικανός να παρακολουθήσει σε πραγματικό χρόνο τις δεξαμενές ζύμωσης που κατασκευάζονται και ένα νέο σύστημα υποστήριξης αποφάσεων με βάση την υποβοήθηση και τον έλεγχο των κλίσεων θερμοκρασίας ζύμωσης σε δεξαμενές λαμβάνοντας, για πρώτη φορά, υπόψη τις μεγάλες θερμικές κλίσεις και θερμικούς θύλακες που έχουν πρόσφατα αποδειχθεί ότι υπάρχουν σε δεξαμενές.
Υλικά και Μέθοδοι
Οι βασικές μονάδες του συστήματος είναι το RTD, ο μετατροπέας τάσης, το ασύρματο δίκτυο αισθητήρων (mote) και το σύστημα υποστήριξης αποφάσεων. Το σύστημα υποστήριξης αποφάσεων βασίζεται στην ασαφή λογική και χρησιμοποιείται για αποφάσεις όσον αφορά τη θέρμανση, την ψύξη και την άντληση από τον οινοποιό. Ειδικότερα, η συστοιχία αισθητήρων πρέπει να κατασκευάζεται από ανοξείδωτο χάλυβα, να είναι αδιάβροχη και να έχει σύντομο χρόνο απόκρισης ώστε οι αισθητήρες θερμοκρασίας να επιτυγχάνουν ισορροπία με το περιβάλλοντα οίνο σε διάστημα μερικών δευτερολέπτων. Απαιτείται ένας μετατροπέας τάσης που μετασχηματίζει τη μεταβολή της αντίστασης σε σήμα τάσης. Είναι επιθυμητό να υπάρχει ένας γραμμικός μετατροπέας εξόδου για τον άμεσο μετασχηματισμό της σημάτων τάσης σε δεδομένα θερμοκρασίας. Επιπλέον το εύρος του μετατροπέα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλο ώστε να επιτρέπει επαρκή ανάλυση των μετρήσεων των θερμοκρασιών. Εφαρμόστηκε ένας απλός ελεγκτής ασαφούς λογικής. Η επιλογή του ελεγκτή ασαφούς λογικής έγινε με βάση την ευρωστία, την ευκολία τροποποίησης, τη δυνατότητα χρήσης πολλαπλών πηγών εισόδου και εξόδου, τη δυνατότητα ανάπτυξης ταχέων πρωτοτύπων, τη χαμηλή εφαρμογή, τη δυνατότητα χρήσης γλωσσικών μεταβλητών που περιγράφουν κανόνες. Ο στόχος του είναι να ακολουθεί πιστά το αναμενόμενο προφίλ θερμοκρασίας μιας συγκεκριμένης ποικιλίας σταφυλιών. Ο στόχος του ελεγκτή είναι να παρέχει ανάδραση στον οινοποιό, ώστε να διασφαλίζεται ότι η θερμοκρασία του κρασιού βρίσκεται σε αποδεκτό εύρος και ότι η θερμοκρασία του κρασιού ακολουθεί τις επιθυμητές τιμές για μια συγκεκριμένη ποικιλία σταφυλιών.
Μετά την αποσαφήνιση των μεταβλητών εισόδου, ο ελεγκτής πρέπει να περιλαμβάνει γνώση για να αποφασίσει την πορεία δράσης που θα συστήσει στον οινοποιό. Η διαδικασία ελέγχου για τη ζύμωση του κρασιού με βάση τη γνώση εμπειρογνώμονα περιγράφεται σε τρία στάδια.
Αποτελέσματα
Στην Εικόνα 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοίωσης για ένα κόκκινο κρασί ζύμωσης διάρκειας 12 ημερών. Φαίνεται ότι ο ελεγκτής του συστήματος υποστήριξης αποφάσεων μπορεί να λειτουργήσει με επιτυχία και να υποδείξει σωστές αποφάσεις οινοποίησης σε περίπτωση διαφορετικών καταστάσεων που προσομοιώνονται στα δεδομένα. Επίσης, κατά τη διάρκεια συνθηκών ταχείας ζύμωσης το σύστημα θα υποδείξει την ψύξη και τη θέρμανση αντίστοιχα.
Αξιολογήθηκε ο αισθητήρας στο The Waite Research, Ινστιτούτο Οίνου του Πανεπιστημίου της Αδελαΐδας. Χρησιμοποιήθηκε μια δεξαμενή ζύμωσης κόκκινου κρασιού 5000 λίτρων για δοκιμές.
Συμπεράσματα
Κατασκευάστηκε και αξιολογήθηκε με επιτυχία μια συστοιχία πολλαπλών αισθητήρων για να βοηθηθούν οι οινοποιοί στο να παρθούν τεκμηριωμένες αποφάσεις σχετικά με τις διαδικασίες που εμπλέκονται στον έλεγχο της ζύμωσης. Επίσης με τη χρήση ενός συστήματος υποστήριξης αποφάσεων καθίσταται μια βοήθεια στους οινοποιούς να παράξουν οίνους ποσότητας. Το σύστημα έχει αποδειχθεί ότι λειτουργεί με ακρίβεια μέσω δοκιμών.
