Grad af stegt infrarød analysator til kafferister: 13 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Introduktion

Kaffe er en drik, der spises rundt om i verden på grund af sine sensoriske og funktionelle egenskaber. Kaffes smag, aroma, koffein og antioxidantindhold er blot nogle få kvaliteter, der har gjort kaffeindustrien så succesrig. Mens de grønne bønner oprindelse, kvalitet og arter alle påvirker slutproduktets kvalitet, er ristning af kaffe den mest indflydelsesrige faktor.

Under stegning anvender stegtmesteren (et højtuddannet individ) typisk bønnernes egenskaber som temperatur, tekstur, lugt, lyd og farve til at evaluere og justere stegen i overensstemmelse hermed. Efter ristning vurderes kaffebønnerne for at sikre bønnekvalitet. Agtron Process Analyzer er et industristandardinstrument, der bruges til at måle graden af roastof kaffebønner ved hjælp af nær-infrarød forkortet spektrofotometri. Steggraden er i det væsentlige en måling af kaffens kvalitet baseret på omfanget af varme, der overføres under stegen, og kategoriserer kaffe i lyse, mellemstore og mørke stege.

Der har for nylig været en vækst af små ristningsvirksomheder, der tilbyder tilpassede interne stege. Disse virksomheder leder efter billigere alternativer til at ansætte og oplære en stege -master eller bruge den dyre Agtron Process Analyzer. Graden af stegt infrarød analysator til kaffebrænderier, som beskrevet i dette dokument, er beregnet til at være et billigt middel til måling af graden af stegning af kaffebønner. Degree of Roast Infrared Analyzer bruger en tryer, et værktøj, der findes på kafferistere, der bruges til at prøve kaffen under ristning, til at holde en prøve af kaffe. Prøveren indsættes i analysatoren, hvor AS7263 NIR Spectral -sensoren bruges til at måle 6 forskellige infrarøde bånd (610, 680, 730, 760, 810 og 860nm). Reflektansmålingerne overføres via Bluetooth og kan derefter korreleres med graden af stege. Analysatoren skal først kalibreres ved at trykke på en knap på indersiden af boksen, hvor PVC'en bruges som hvidbalance, da den har en relativt flad refleksion i det spektrale område, der registreres af sensoren.

Trin 1: Materialer

Liste over materialer

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic -stik (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 (glødepærer) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x øjeblikkelige trykknapper
6. 2 x 10 kOhm modstande
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. HC-05 Bluetooth-modul (https://www.amazon.com/)
9. Afbryderen
10. Solid State-relæ (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC hætte
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC T -shirt
13. Craft Box (Hobby Lobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. 5V 2A strømforsyning (https://www.adafruit.com/product/276)

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

Noter om materialer

VCC 6150 lamper - Disse er glødepærer valgt på grund af deres høje infrarøde output. Glødepærerne bruges i stedet for LED -lyset på AS7263 -modulet, fordi den indbyggede LED ikke udsender den infrarøde output, der er nødvendig for at reflektere fra kaffebønnerne og derefter måles af sensoren. Derudover er det vigtigt at bemærke, at glødelamperne i dette design drives af 5V 2A strømkilden og styres af Arduino via et relæ. SparkFun leverer to indbyggede loddestifter på AS7263 -modulet med det formål at drive og styre en hjælpelyskilde, men disse ben bruges ikke, fordi de ikke giver tilstrækkelig spænding eller strømstyrke til tilstrækkelig strøm til de valgte glødepærer.

SparkFun Qwiic Shield - Dette skjold bruges på grund af dets evne til nemt at oprette forbindelse til AS7263 -sensoren via et Qwicc -stik. Skjoldet giver også både 3.3V logisk niveauforskydning og et stort prototypeareal.

Solid State Relay - Denne form for relæ blev valgt på grund af dens hurtige og støjsvage omskiftningsmuligheder, men det er dyrt og unødvendigt, da et standard elektrisk relæ også ville fungere. Hvis du bruger et standard elektrisk relæ, skal koden muligvis ændres for at bremse prøveudtagning og kalibrering.

PVC -størrelse - PVC -størrelsen blev valgt på grund af diameteren på den, der prøvede, og skal ændres, hvis der bruges en anden størrelse.

HC-05 Bluetooth-modul-En instruks (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) blev brugt til at ændre baud modulets hastighed fra 9600 til 115200 for at matche baudhastigheden for AS7263.

Trin 2: Ledningsdiagram

S1 - afbryder

SSR1 - Solid State Relay

B1 - Prøvetagningsknap

B2 - Kalibreringsknap

R1 - 10kOhm modstand

R2 - 10kOhm modstand

L1, L2, L3, L4 - Glødepærer

Trin 3: Montering af Incadesent -pærer på AS7263

En 3D -trykt monteringsring (medfølger STL) blev lavet til at holde lamperne omkring sensoren. Lamperne blev forbundet parallelt, og varm lim blev brugt til at holde lampernes ledninger i at røre hinanden. Flydende gummiisolering kan bruges i stedet for varm lim. Dernæst blev små tråde brugt til at fastgøre monteringsringen til sensoren ved at binde ledningerne gennem hullerne på sensoren.

Trin 4: Saml Tryer Port

Et hul blev boret i bagsiden af PVC -hætten for at rumme den momentane trykknap. Den 3/4 side af PVC -tee blev afskåret, og lynlåse blev brugt til at fastgøre sensoren til prøveporten. Længden af tee skal muligvis justeres for at imødekomme prøveens størrelse. Der blev sat et hak i babord side af PVC -tee for at justere bønneprøven i prøven med sensoren.

Trin 5: Tilslutning af solid state relæ og afbryder

Lysene fra var forbundet i serie med solid state relæ og DC tønde jack.

Vin på Qwiic -skjoldet blev forbundet til DC -tøndejackstikket via en afbryder.

Jorden på Qwiic -skjoldet var forbundet til jorden på DC -tøndejordstikket.

Trin 6: Tilslutning af kalibreringsknappen

Kalibreringsknappen blev tilsluttet strøm, Digital 2 og jordet ved hjælp af en modstand.

Trin 7: Tilslutning af prøveudtagningsknappen

Prøvetagningsknappen blev tilsluttet strøm, Digital 3 og jordet ved hjælp af en modstand.

Trin 8: Tilslutning af INPUT til solid state relæ

Indgangssiden af solid state -relæet blev forbundet til Digital 5 og jordet.

Trin 9: Tilslutning af Bluetooth -modulet

Bluetooth -modulet blev tilsluttet i overensstemmelse med det medfølgende ledningsdiagram.

VCC - 5V

RXD - Digital 11

TXD - Digital 10

GND - GND

Trin 10: Kode

Upload den leverede kode til Arduino Uno ved hjælp af programmeringskablet.

Som reference giver SparkFun en startguide til AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

ADVARSEL!! Når du tester koden, skal du sikre dig, at Arduino ikke modtager strøm fra både 5V strømforsyningen OG programmeringskablet. Dette vil stege Arduino

Trin 11: Visning af resultater via Bluetooth

For at få vist Bluetooth -resultater skal du downloade Bluetooth Electronics fra keuwlsoft fra Google Play Butik. Gem filen DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl i mappen keulsoft i Bluetooth -enhedens interne lager. Brug gem -ikonet i appen til at indlæse kwl -filen. Tilslut derefter til HC-05 Bluetooth-modulet, og kør den indlæste fil.

Trin 12: Konklusioner

Bølgelængdeforklaring:

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

AS7263 NIR -sensoren blev brugt til at måle kaffebønnernes spektrale refleksion ved 6 forskellige bølgelængder for ikke -ristet kaffe samt lyse, mellemstore og mørke stege. Resultaterne fra sensoren viser, at infrarød refleksion falder med højere grader af stege på tværs af alle testede bølgelængder. Bølgelængden med den største variation i overensstemmelse med stegningsgraden viste sig at være 860 nm. Dette system giver et hurtigt og brugervenligt grundlag for offlinemåling af graden af stegning af kaffebønner. Data fra denne sensor vil give kaffebrænderier en yderligere metode til kvalitetskontrol ved at sikre gentagne stege og reducere menneskelige fejl. Yderligere arbejde skal udføres for at korrelere de infrarøde data til branchestandarder.

Trin 13: En særlig tak til…

• Dr. Timothy Bowser - Rådgiver
• Dr. Ning Wang - udvalgsmedlem
• Dr. Paul Weckler - udvalgsmedlem
• Dan Jolliff - US Roaster Corp.
• Connor Cox - Oklahoma Center for Advancement of Science and Technology
• Institut for Biosystemer og Landbrugsteknik ved Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Food and Agricultural Products Center ved Oklahoma State University, Stillwater, OK