Инфракрасный анализатор степени обжарки для обжарщиков кофе: 13 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Вступление

Кофе - это напиток, который употребляют во всем мире как из-за его сенсорных, так и функциональных свойств. Вкус кофе, аромат, содержание кофеина и антиоксидантов - вот лишь несколько качеств, которые сделали кофейную индустрию столь успешной. В то время как происхождение, качество и вид зеленых бобов влияют на качество конечного продукта, обжарка кофе является наиболее важным фактором.

Как правило, во время обжарки мастер по обжарке (высококвалифицированный специалист) использует свойства зерен, такие как температура, текстура, запах, звук и цвет, чтобы соответствующим образом оценить и отрегулировать обжарку. После обжарки кофейные зерна оцениваются на предмет качества. Анализатор процессов Agtron - это стандартный в отрасли прибор, используемый для измерения степени обжарки кофейных зерен с помощью сокращенной спектрофотометрии в ближнем инфракрасном диапазоне. Степень обжарки - это, по сути, измерение качества кофе, основанное на степени передачи тепла во время обжарки, и делит кофе на светлые, средние и темные обжарки.

В последнее время наблюдается рост небольших компаний по обжарке, предлагающих собственное жаркое на заказ. Эти компании ищут менее дорогие альтернативы найму и обучению мастера по жарке или использованию дорогостоящего анализатора процессов Agtron. Инфракрасный анализатор степени обжарки кофе, описанный в этом документе, предназначен для недорогого средства измерения степени обжарки кофейных зерен. Инфракрасный анализатор степени обжарки использует пробник - инструмент, который есть на обжарочных машинах для кофе, и используется для отбора проб кофе во время обжарки, чтобы удерживать образец кофе. Пробник вставляется в анализатор, где спектральный датчик AS7263 NIR используется для измерения 6 различных инфракрасных диапазонов (610, 680, 730, 760, 810 и 860 нм). Измерения коэффициента отражения передаются через Bluetooth и затем могут быть соотнесены со степенью обжарки. Сначала необходимо откалибровать анализатор, нажав кнопку на внутренней стороне коробки, в которой ПВХ используется в качестве баланса белого, поскольку он имеет относительно ровную отражательную способность в спектральном диапазоне, обнаруживаемом датчиком.

Шаг 1: материалы

Список материалов

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. Коннектор SparkFun Qwiic (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. Спектральный датчик NIR SparkFun AS7263 (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 лампы VCC 6150 5V.06A (лампы накаливания) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x кнопки мгновенного действия
6. 2 резистора по 10 кОм
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Модуль Bluetooth HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Выключатель
10. Твердотельное реле (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. Заглушка из ПВХ 1/2"
12. Тройник из ПВХ 1/2 "x 1/2" x 3/4"
13. Craft Box (Хобби-лобби)
14. Ардуино Уно
15. Tryer
16. Блок питания 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. Кабель USB - стандартный A-B (кабель для программирования)

Примечания к материалам

Лампы VCC 6150 - это лампы накаливания, выбранные из-за их высокой мощности инфракрасного излучения. Лампы накаливания используются вместо светодиодной лампы на модуле AS7263, поскольку встроенный светодиод не излучает инфракрасный свет, необходимый для отражения от кофейных зерен и последующего измерения датчиком. Кроме того, важно отметить, что в этой конструкции лампы накаливания питаются от источника питания 5V 2A и управляются Arduino через реле. SparkFun предоставляет два паяльных контакта на плате модуля AS7263 для питания и управления дополнительным источником света, однако эти контакты не используются, поскольку они не обеспечивают достаточное напряжение или силу тока для достаточного питания выбранных ламп накаливания.

SparkFun Qwiic Shield - этот экран используется из-за его способности легко подключаться к датчику AS7263 через разъем Qwicc. Экран также обеспечивает как сдвиг логического уровня 3,3 В, так и большую площадь для прототипирования.

Твердотельное реле - этот тип реле был выбран из-за его возможности быстрого и бесшумного переключения, однако оно дорогое и ненужное, так как стандартное электрическое реле также будет работать. При использовании стандартного электрического реле, возможно, потребуется изменить код, чтобы замедлить процесс отбора проб и калибровки.

Размер ПВХ - размер ПВХ был выбран из-за диаметра подручного триала, и его следует изменить, если вы используете трипер другого размера.

Модуль Bluetooth HC-05 - Instructables (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) использовался для изменения скорости передачи скорость модуля от 9600 до 115200, чтобы соответствовать скорости передачи AS7263.

Шаг 2: Схема подключения

S1 - выключатель питания

SSR1 - твердотельное реле

B1 - кнопка отбора проб

B2 - Кнопка калибровки

R1 - резистор 10кОм

R2 - резистор 10кОм

L1, L2, L3, L4 - лампы накаливания

Шаг 3: Установка ламп накаливания на AS7263

Было изготовлено напечатанное на 3D-принтере монтажное кольцо (входит в комплект STL), чтобы удерживать лампы вокруг датчика. Лампы были подключены параллельно, и использовался горячий клей, чтобы провода ламп не соприкасались друг с другом. Вместо горячего клея можно использовать изоляцию из жидкой резины. Затем были использованы крошечные провода, чтобы прикрепить монтажное кольцо к датчику, пропустив провода через отверстия на датчике.

Шаг 4: соберите пробный порт

В задней части крышки из ПВХ просверлено отверстие для кнопки мгновенного действия. Сторона тройника из ПВХ толщиной 3/4 дюйма была отрезана, и были использованы стяжки-молнии, чтобы прикрепить датчик к порту триера. Длину тройника, возможно, придется отрегулировать, чтобы приспособиться к размеру триера. сторона порта тройника из ПВХ, чтобы выровнять образец зерен в пробирке с датчиком.

Шаг 5: Подключение твердотельного реле и переключателя питания

Фонари были подключены последовательно к твердотельному реле и бочковому разъему постоянного тока.

Вин на щите Qwiic был подключен к разъему постоянного тока через выключатель питания.

Земля на щите Qwiic была подключена к заземлению цилиндрического гнезда постоянного тока.

Шаг 6: Подключение кнопки калибровки

Кнопка калибровки была подключена к источнику питания, Digital 2 и земле с помощью резистора.

Шаг 7: Подключение кнопки отбора проб

Кнопка отбора проб была подключена к источнику питания, Digital 3 и земле с помощью резистора.

Шаг 8: Подключение ВХОДА к твердотельному реле

Сторона входа твердотельного реле была подключена к разъему Digital 5 и заземлению.

Шаг 9: Подключение модуля Bluetooth

Модуль Bluetooth был подключен в соответствии с предоставленной схемой подключения.

VCC - 5 В

RXD - Цифровой 11

TXD - Цифровой 10

GND - GND

Шаг 10: Код

Загрузите предоставленный код в Arduino Uno с помощью кабеля для программирования.

В качестве справки SparkFun предоставляет руководство по запуску для AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

ОСТОРОЖНОСТЬ!! При тестировании кода убедитесь, что Arduino не получает питание как от источника питания 5 В, так и от кабеля программирования. Это поджарит Ардуино

Шаг 11: Отображение результатов через Bluetooth

Чтобы отобразить результаты Bluetooth, загрузите Bluetooth Electronics от keuwlsoft из Google Play Store. Сохраните файл DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl в папке keulsoft во внутренней памяти устройства Bluetooth. Используйте значок сохранения в приложении, чтобы загрузить файл kwl. Затем подключитесь к модулю Bluetooth HC-05 и запустите загруженный файл.

Шаг 12: выводы

Легенда длины волны:

• R - 610 нм
• S - 680 нм
• Т - 730нм
• U - 760 нм
• V - 810 нм
• W - 860 нм

NIR-датчик AS7263 использовался для измерения спектральной отражательной способности кофейных зерен на 6 различных длинах волн для необжаренного кофе, а также для легкой, средней и темной обжарки. Результаты сенсора показывают, что коэффициент отражения инфракрасного излучения уменьшается с увеличением степени обжарки на всех протестированных длинах волн. Длина волны с наибольшим изменением в зависимости от степени обжарки составила 860 нм. Эта система обеспечивает быструю и простую в использовании основу для автономного измерения степени обжарки кофейных зерен. Данные с этого датчика предоставят производителям кофе дополнительный метод контроля качества, гарантируя повторяемость обжарки и сокращая количество ошибок, связанных с человеческим фактором. Необходима дальнейшая работа по согласованию инфракрасных данных с отраслевыми стандартами.

Шаг 13: Особая благодарность…

• Доктор Тимоти Баузер - советник
• Д-р Нин Ван - член комитета
• Д-р Пол Веклер - член комитета
• Дэн Джоллифф - US Roaster Corp.
• Коннор Кокс - Центр развития науки и технологий Оклахомы
• Департамент биосистем и сельскохозяйственной инженерии в Государственном университете Оклахомы, Стиллуотер, штат Оклахома.
• Центр пищевых продуктов и сельскохозяйственных продуктов при Университете штата Оклахома, Стиллуотер, штат Оклахома.