Grad av stekt infrarød analysator for kaffebrennerier: 13 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Introduksjon

Kaffe er en drikke som drikkes rundt om i verden på grunn av sine sensoriske og funksjonelle egenskaper. Kaffes smak, aroma, koffein og antioksidantinnhold er bare noen få kvaliteter som har gjort kaffebransjen så vellykket. Selv om de grønne bønnens opprinnelse, kvalitet og arter alle påvirker kvaliteten på sluttproduktet, er risting av kaffe den mest innflytelsesrike faktoren.

Under steking bruker stekemesteren (et høyt utdannet individ) vanligvis egenskapene til bønnene som temperatur, tekstur, lukt, lyd og farge for å evaluere og justere steken deretter. Etter steking vurderes kaffebønnene for å sikre bønnekvalitet. Agtron Process Analyzer er et industristandardinstrument som brukes til å måle graden av roastof kaffebønner ved bruk av nær-infrarød forkortet spektrofotometri. Stekgraden er i hovedsak en måling av kaffens kvalitet basert på varmemengden som overføres under steken og kategoriserer kaffe i lyse, mellomstore og mørke steker.

Det har nylig vært en vekst av små stekeselskaper som tilbyr egendefinerte interne steker. Disse selskapene leter etter rimeligere alternativer til å ansette og trene en stekemester eller bruke den dyre Agtron Process Analyzer. Degree of Roast Infrared Analyzer for Coffee Roasters, som beskrevet i dette dokumentet, er ment å være et billig middel til å måle graden av steking av kaffebønner. Degree of Roast Infrared Analyzer bruker en prøver, et verktøy som finnes på kaffebrennerier som brukes til å prøve kaffen under steking, for å holde en prøve av kaffe. Prøveren settes inn i analysatoren der AS7263 NIR Spectral -sensoren brukes til å måle 6 forskjellige infrarøde bånd (610, 680, 730, 760, 810 og 860nm). Reflektansmålingene overføres via Bluetooth og kan deretter korreleres med graden av stek. Analysatoren må først kalibreres ved å trykke på en knapp på innsiden av boksen der PVC -en brukes som hvitbalanse, da den har en relativt flat refleksjon i spektralområdet detektert av sensoren.

Trinn 1: Materialer

Liste over materialer

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic -kontakt (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR Spektral Sensor (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 lamper 5V.06A (glødelamper) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x øyeblikkelige trykknapper
6. 2 x 10 kOhm motstander
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth-modul (https://www.amazon.com/)
9. Strømbryteren
10. Solid State-relé (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC -hette
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC -tee
13. Craft Box (hobbyobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. 5V 2A strømforsyning (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB -kabel - Standard A -B (programmeringskabel)

Merknader om materialer

VCC 6150 lamper - Dette er glødelamper valgt på grunn av deres høye infrarøde utgang. Glødepærene brukes i stedet for LED -lyset på AS7263 -modulen fordi den innebygde LED -en ikke sender ut den infrarøde utgangen som er nødvendig for å reflektere av kaffebønnene og deretter måles av sensoren. I tillegg er det viktig å merke seg at i denne designen er glødelampene drevet fra 5V 2A strømkilde og styrt av Arduino via et relé. SparkFun tilbyr to loddestifter ombord på AS7263 -modulen for å drive og styre en ekstra lyskilde, men disse pinnene brukes ikke fordi de ikke gir nok spenning eller strømstyrke til tilstrekkelig strøm til de valgte glødelampene.

SparkFun Qwiic Shield - Dette skjoldet brukes på grunn av dets evne til enkelt å koble til AS7263 -sensoren via en Qwicc -kontakt. Skjoldet gir også både 3.3V logisk nivåskifte og et stort prototypeareal.

Solid State Relay - Denne typen relé ble valgt på grunn av dens raske og stille koblingsegenskaper, men det er dyrt og unødvendig, da et standard elektrisk relé også ville fungere. Hvis du bruker et standard elektrisk relé, må koden kanskje endres for å bremse prøvetaking og kalibreringsprosessen.

PVC -størrelse - PVC -størrelsen ble valgt på grunn av diameteren på prøven som var tilgjengelig, og den bør endres hvis du bruker en annen størrelse.

HC-05 Bluetooth-modul-En instruks (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) ble brukt til å endre baud modulens hastighet fra 9600 til 115200 for å matche baudhastigheten til AS7263.

Trinn 2: Koblingsskjema

S1 - Strømbryter

SSR1 - Solid State Relay

B1 - Prøvetakingsknapp

B2 - Kalibreringsknapp

R1 - 10kOhm motstand

R2 - 10 kOhm motstand

L1, L2, L3, L4 - Glødelamper

Trinn 3: Montering av Incadesent -pærer på AS7263

En 3D -trykt monteringsring (STL følger med) ble laget for å holde lampene rundt sensoren. Lampene ble koblet parallelt og varmt lim ble brukt for å hindre at ledningene til lampene berørte hverandre. Flytende gummiisolasjon kan brukes i stedet for varmt lim. Deretter ble små ledninger brukt til å feste monteringsringen til sensoren ved å binde ledningene gjennom hullene på sensoren.

Trinn 4: Sett sammen prøveporten

Et hull ble boret på baksiden av PVC -hetten for å imøtekomme den øyeblikkelige trykknappen. Den 3/4 siden av PVC -tee ble kuttet av og glidelåser ble brukt for å feste sensoren til prøveporten. Lengden på tee må kanskje justeres for å passe størrelsen på prøveren. Et hakk ble satt inn babord side av PVC -tee for å justere bønneprøven i prøven med sensoren.

Trinn 5: Koble til solid state relé og strømbryter

Lysene fra var koblet i serie med solid state relé og DC fatkontakten.

Vin på Qwiic -skjoldet ble koblet til DC -fatkontakten gjennom en strømbryter.

Grounden på Qwiic -skjoldet var koblet til bakken av DC -fatkontakten.

Trinn 6: Koble til kalibreringsknappen

Kalibreringsknappen ble koblet til strøm, Digital 2 og bakken ved hjelp av en motstand.

Trinn 7: Koble til prøvetakingsknappen

Prøvetakingsknappen ble koblet til strøm, Digital 3 og jordet ved hjelp av en motstand.

Trinn 8: Koble INPUT til solid state -reléet

Inngangssiden til solid state -reléet var koblet til Digital 5 og jordet.

Trinn 9: Koble til Bluetooth -modulen

Bluetooth -modulen ble koblet i henhold til koblingsskjemaet som følger med.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Trinn 10: Kode

Last opp koden til Arduino Uno ved hjelp av programmeringskabelen.

Som referanse gir SparkFun en oppstartsguide for AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

FORSIKTIGHET!! Når du tester koden, må du kontrollere at Arduino ikke mottar strøm fra både 5V strømforsyningen OG programmeringskabelen. Dette vil steke Arduino

Trinn 11: Vise resultater via Bluetooth

For å vise Bluetooth -resultatene, last ned Bluetooth Electronics av keuwlsoft fra Google Play Store. Lagre DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl -filen i keulsoft -mappen i Bluetooth -enhetens interne lagring. Bruk lagre -ikonet i appen for å laste inn kwl -filen. Deretter kobler du til HC-05 Bluetooth-modulen og kjører den lastede filen.

Trinn 12: Konklusjoner

Bølgelengdebeskrivelse:

• R - 610nm
• S - 680nm
• T - 730nm
• U - 760nm
• V - 810nm
• W - 860nm

AS7263 NIR -sensoren ble brukt til å måle spektralreflektansen til kaffebønner ved 6 forskjellige bølgelengder for ikke -ristet kaffe samt lyse, mellomstore og mørke steker. Resultatene fra sensoren viser at infrarød refleksjon avtar med høyere stekegrad over alle testede bølgelengder. Bølgelengden med størst variasjon i henhold til stekegrad ble funnet å være 860 nm. Dette systemet gir et raskt og brukervennlig grunnlag for frakoblet måling av graden av steking av kaffebønner. Data fra denne sensoren vil gi kaffebrennerier en ekstra metode for kvalitetskontroll ved å sikre gjentakende steker og redusere menneskelige feil. Ytterligere arbeid må gjøres for å korrelere de infrarøde dataene til industristandarder.

Trinn 13: En spesiell takk til…

• Dr. Timothy Bowser - rådgiver
• Dr. Ning Wang - Komitémedlem
• Dr. Paul Weckler - Komiteemedlem
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for Advancement of Science and Technology
• Institutt for biosystemer og landbruksteknikk ved Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Food and Agricultural Products Center ved Oklahoma State University, Stillwater, OK