Espressokeittimen ohjausjärjestelmä

Abstract

Opinnäytetyössä luotiin Rancilio Silvia -espressokeittimen ohjaus käyttäen Raspberry Pi Pico -mikrokontrolleria. Espresson uuttoon vaikuttaa pääasiassa useampi eri tekijä, kuten uutonaikainen lämpötila, uuttoaika sekä uuttopaine. Työssä laitteen eri asetusten säätäminen tapahtuu millä tahansa laitteella, jossa on web-selain sekä yhteys paikalliseen WiFi-verkkoon. Kyseinen espressokeitin on manuaalikäyttöinen ja siksi hyvin altis käyttäjän virheille. Vaikka laite on yksinkertainen, uuttoprosessin optimointi on haastavaa. Työn tarkoitus oli automatisoida keitintä siten, että uuttoprosessista poistetaan inhimillisiä virheitä, kuten väärä uuttolämpötila, epätasainen uuttolämpötila, epätasainen vedenpaineen jakautuminen sekä laitteen likaantuminen.

Keittimen yhdistäminen mikrokontrolleriin tuotti ongelmia, koska laitteen osien hankinta ei onnistunut. Työssä käytettiin virtuaalista kattilaa ja testiohjaus toteutettiin lähiverkossa olevalla käyttöliittymällä. Ohjauksella tehtiin seuraavia muutoksia laitteen toimintaan: uuttolämpötilan ohjaus digitaalisena muutti lämpötilahaarukkaa alkuperäisestä laitteen noin 10 celsiusasteesta noin 0,5 celsiusasteeseen. Uuttopaineen jakautumista parannettiin kahvin esikastelulla, joka kastelee kahvin matalalla paineella jaksottaen pumppua ennen kuin paine nostetaan täyteen uuttopaineeseen. Uuton lopuksi järjestelmä viivyttää uuttovesisolenoidin vapautumista uuttotilasta, jotta äkkinäisen paineen laskun takia uutettu kahvi ei räjähdä ympäri uuttotilaa.

Projektin kehittämiseksi merkittävin jatkotoimenpide olisi mikrokontrollerin fyysinen kytkentä laitteeseen. Tämä kuului alkuperäiseen opinnäytetyösuunnitelmaan, mutta peruuntui rahoituksen puutteesta. Ohjelmisto on suunniteltu siten, että muutaman kommentin siirtäminen antaa sille valmiuden toimia yhdessä raudan kanssa. Ohjelmiston jatkokehityksessä olisi hyvä painottaa erilaisten uuttoprofiilien tallentamismahdollisuutta rerilaisia kahvilaatuja varten.

This thesis aimed to create a control system for the Ranchilio Silvia espresso machine using Raspberry Pi Pico microcontroller. It enables adjustments via any device with a web browser and local WIFI. The Silvia machine, though simple, is manual and prone to user errors. The purpose of the work was to automate the coffee maker in a way that eliminates human errors in the brewing process in the following functions: extraction temperature, water pressure, and device cleanliness.

There was a problem in component financing, so that thesis was limited to the software. To address this, a virtual boiler was used, and test controls were implemented through a local network interface. The control system brought significant improvements: The digital temperature control narrowed the temperature ranged from approximately 10°C to about 0.5°C, ensuring a precise brewing temperature.

The improved water pressure distribution was enhanced through pre-infusion at a lower pressure before reaching the full brewing pressure. To obtain delayed pressure release to prevent splattering, a delay was introduced in releasing brewing pressure from the solenoid valve after brewing.

Future development should focus on physically integrating the microcontroller into the machine. The software’s design allows seamless integration with hardware after minor adjustments. Further software development should emphasize the ability to save diverse brewing profiles for various coffee types, enhancing brewing versatility and customization.