Analizator podczerwieni stopnia palenia dla palarni kawy: 13 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Wstęp

Kawa jest napojem spożywanym na całym świecie zarówno ze względu na swoje właściwości sensoryczne, jak i funkcjonalne. Smak, aromat, kofeina i zawartość przeciwutleniaczy w kawie to tylko kilka cech, które przyczyniły się do sukcesu branży kawowej. Podczas gdy pochodzenie, jakość i gatunek zielonej fasoli wpływają na jakość produktu końcowego, palenie kawy jest najważniejszym czynnikiem.

Zazwyczaj podczas palenia, mistrz palenia (wysoce wyszkolona osoba) wykorzystuje właściwości ziaren, takie jak temperatura, tekstura, zapach, dźwięk i kolor, aby odpowiednio ocenić i dostosować palenie. Po paleniu ziarna kawy są oceniane w celu zapewnienia jakości ziarna. Analizator procesowy Agtron jest standardowym instrumentem przemysłowym używanym do pomiaru stopnia palenia ziaren kawy przy użyciu spektrofotometrii skróconej w bliskiej podczerwieni. Stopień palenia jest zasadniczo miarą jakości kawy opartą na ilości ciepła przekazywanego podczas palenia i dzieli kawę na jasne, średnie i ciemne palenie.

Ostatnio nastąpił wzrost małych palarni oferujących pieczenie na zamówienie we własnym zakresie. Firmy te poszukują tańszych alternatyw dla zatrudniania i szkolenia mistrzów palenia lub korzystania z drogiego analizatora procesów Agtron. Analizator podczerwieni stopnia palenia kawy dla palarni kawy, jak opisano w tym dokumencie, ma być niedrogim sposobem pomiaru stopnia palenia ziaren kawy. Analizator podczerwieni stopnia palenia wykorzystuje próbnik, narzędzie znajdujące się w palarniach kawy, używane do pobierania próbki kawy podczas palenia, do przechowywania próbki kawy. Próbnik jest włożony do analizatora, w którym czujnik AS7263 NIR Spectral służy do pomiaru 6 różnych pasm podczerwieni (610, 680, 730, 760, 810 i 860nm). Pomiary reflektancji są przesyłane przez Bluetooth i mogą być następnie skorelowane ze stopniem pieczenia. Analizator musi być najpierw skalibrowany przez naciśnięcie przycisku na wewnętrznej stronie pudełka, w którym jako balans bieli używany jest PVC, ponieważ ma on stosunkowo płaski współczynnik odbicia w zakresie spektralnym wykrywanym przez czujnik.

Krok 1: Materiały

Lista materiałów

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Złącze SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Czujnik spektralny NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x lampy VCC 6150 5V.06A (żarówki) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x chwilowe przyciski
6. Rezystory 2 x 10 kOhm
7. Gniazdo DC Barrel Jack żeńskie (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Moduł Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Przycisk zasilania
10. Przekaźnik półprzewodnikowy (AD-SSR6M12-DC-200D)(https://www.automationdirect.com/)
11. Nasadka z PCV 1/2"
12. Koszulka z PVC 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. Pudełko na rękodzieło (hobby hobby)
14. Arduino Uno
15. Tryer
16. Zasilacz 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Kabel USB - standardowy A-B (kabel do programowania)

Uwagi dotyczące materiałów

Lampy VCC 6150 - Są to żarówki żarowe wybrane ze względu na wysoką moc promieniowania podczerwonego. Żarówki są używane zamiast światła LED dostarczonego w module AS7263, ponieważ dioda LED na pokładzie nie emituje promieniowania podczerwonego potrzebnego do odbicia się od ziaren kawy i późniejszego pomiaru przez czujnik. Dodatkowo należy zauważyć, że w tej konstrukcji żarówki są zasilane ze źródła zasilania 5V 2A i sterowane przez Arduino poprzez przekaźnik. SparkFun posiada wbudowane dwa piny lutownicze na module AS7263 w celu zasilania i sterowania pomocniczym źródłem światła, jednak te piny nie są używane, ponieważ nie zapewniają wystarczającego napięcia lub natężenia, aby zasilić wybrane żarówki.

SparkFun Qwiic Shield - Ta osłona jest używana ze względu na możliwość łatwego połączenia z czujnikiem AS7263 za pomocą złącza Qwicc. Osłona zapewnia również przełączanie poziomów logicznych 3,3 V i duży obszar prototypowania.

Przekaźnik półprzewodnikowy - Ten rodzaj przekaźnika został wybrany ze względu na jego szybkie i ciche przełączanie, jednak jest drogi i niepotrzebny, ponieważ działałby również standardowy przekaźnik elektryczny. W przypadku korzystania ze standardowego przekaźnika elektrycznego może być konieczne zmodyfikowanie kodu, aby spowolnić proces pobierania próbek i kalibracji.

Rozmiar PVC - rozmiar PVC został wybrany ze względu na średnicę przyrządu do przymierzania i należy go zmienić w przypadku używania przymiarki o innym rozmiarze.

Moduł Bluetooth HC-05 - do zmiany prędkości użyto instrukcji (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) szybkość modułu od 9600 do 115200, aby dopasować szybkość transmisji AS7263.

Krok 2: Schemat połączeń

S1 -- wyłącznik zasilania

SSR1 - przekaźnik półprzewodnikowy

B1 - przycisk próbkowania

B2 --Przycisk kalibracji

R1 - Rezystor 10 kOhm

R2 -- Rezystor 10 kOhm

L1, L2, L3, L4 -- Żarówki żarowe

Krok 3: Montaż żarówek Incadesent do AS7263

Wydrukowany w 3D pierścień montażowy (dostarczony STL) został wykonany w celu utrzymania lamp wokół czujnika. Lampy były połączone równolegle i zastosowano gorący klej, aby przewody lamp nie stykały się ze sobą. Zamiast gorącego kleju można zastosować płynną izolację gumową. Następnie maleńkie druciki zostały użyte do przymocowania pierścienia montażowego do czujnika poprzez przewiązanie przewodów przez otwory znajdujące się na czujniku.

Krok 4: Złóż port próbnika

W tylnej części nasadki z PVC wywiercono otwór, aby pomieścić chwilowy przycisk. Strona 3/4 koszulki z PVC została odcięta, a do przymocowania czujnika do portu tryerowego użyto opasek błyskawicznych. Może zaistnieć potrzeba dostosowania długości koszulki, aby dopasować ją do rozmiaru trymera. Włożono wycięcie po stronie portu trójnika z PVC, aby wyrównać próbkę ziarna w próbniku z czujnikiem.

Krok 5: Okablowanie przekaźnika półprzewodnikowego i wyłącznika zasilania

Światła z nich zostały połączone szeregowo z przekaźnikiem półprzewodnikowym i gniazdem DC.

Vin na osłonie Qwiic został podłączony do gniazda DC baryłkę przez wyłącznik zasilania.

Uziemienie na osłonie Qwiic było połączone z masą gniazda DC baryłkę.

Krok 6: Okablowanie przycisku kalibracji

Przycisk kalibracji został podłączony do zasilania, Digital 2 i masy za pomocą rezystora.

Krok 7: Okablowanie przycisku próbkowania

Przycisk próbkowania został podłączony do zasilania, Digital 3 i masy za pomocą rezystora.

Krok 8: Okablowanie WEJŚCIA do przekaźnika półprzewodnikowego

Strona wejściowa przekaźnika półprzewodnikowego została podłączona do Digital 5 i uziemienia.

Krok 9: Okablowanie modułu Bluetooth

Moduł Bluetooth został podłączony zgodnie z dostarczonym schematem okablowania.

VCC - 5V

RXD - cyfrowy 11

TXD - cyfrowy 10

GND - GND

Krok 10: Kod

Prześlij dostarczony kod do Arduino Uno za pomocą kabla do programowania.

Jako odniesienie, SparkFun udostępnia przewodnik uruchamiania dla AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

OSTROŻNOŚĆ!! Podczas testowania kodu upewnij się, że Arduino nie otrzymuje zasilania zarówno z zasilacza 5 V, jak i kabla do programowania. To usmaży Arduino

Krok 11: Wyświetlanie wyników przez Bluetooth

Aby wyświetlić wyniki Bluetooth, pobierz Bluetooth Electronics firmy keuwlsoft ze sklepu Google Play. Zapisz plik DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl w folderze keulsoft w pamięci wewnętrznej urządzenia Bluetooth. Użyj ikony zapisywania w aplikacji, aby załadować plik kwl. Następnie połącz się z modułem Bluetooth HC-05 i uruchom załadowany plik.

Krok 12: Wnioski

Legenda długości fali:

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

Czujnik AS7263 NIR został użyty do pomiaru współczynnika odbicia spektralnego ziaren kawy przy 6 różnych długościach fali dla kawy nieprażonej, a także palonej jasnej, średniej i ciemnej. Wyniki z czujnika pokazują, że współczynnik odbicia podczerwieni spada wraz z wyższym stopniem pieczenia na wszystkich testowanych długościach fal. Stwierdzono, że długość fali o największej zmienności w zależności od stopnia palenia wynosiła 860 nm. System ten zapewnia szybką i łatwą w użyciu podstawę do pomiaru offline stopnia wypalenia ziaren kawy. Dane z tego czujnika zapewnią palaczom kawy dodatkową metodę kontroli jakości, zapewniając powtarzalność palenia i redukując błędy ludzkie. Konieczne są dalsze prace, aby skorelować dane w podczerwieni ze standardami branżowymi.

Krok 13: Specjalne podziękowania dla…

• Dr Timothy Bowser -- Doradca
• Dr Ning Wang – członek Komitetu
• Dr Paul Weckler – Członek Komitetu
• Dan Jolliff -- US Roaster Corp.
• Connor Cox -- Oklahoma Center for the Advancement of Science and Technology
• Wydział Biosystemów i Inżynierii Rolniczej na Oklahoma State University, Stillwater, OK
• Centrum Żywności i Produktów Rolnych na Uniwersytecie Stanowym Oklahoma, Stillwater, OK