Степен на печен инфрачервен анализатор за печене на кафе: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Въведение

Кафето е напитка, консумирана по целия свят както заради своите сензорни, така и функционални свойства. Вкусът, ароматът, кофеинът и съдържанието на антиоксиданти на кафето са само няколко качества, които направиха кафе индустрията толкова успешна. Докато произходът, качеството и видовете зелен фасул влияят върху качеството на крайния продукт, пърженето на кафе е най -влиятелният фактор.

Обикновено по време на печенето майсторът на печене (висококвалифициран индивид) използва свойствата на боба като температура, текстура, мирис, звук и цвят, за да оцени и коригира съответно печенето. След изпичане, зърната кафе се оценяват, за да се гарантира качеството на зърната. Анализаторът на процесите Agtron е стандартен инструмент в индустрията, използван за измерване на степента на изпичане на кафе на зърна, използвайки съкратена спектрофотометрия с близо инфрачервено лъчение. Степента на печено е по същество измерване на качеството на кафето въз основа на степента на топлина, прехвърлена по време на печенето и категоризира кафето на светли, средни и тъмни печени.

Напоследък се наблюдава растеж на малки компании за печене, предлагащи собствено печене. Тези компании търсят по -евтини алтернативи за наемане и обучение на печен майстор или използване на скъпия анализатор на процеси Agtron. Степента на инфрачервен анализатор за печено за печене на кафе, както е описано в този документ, е предназначено да бъде евтино средство за измерване на степента на изпичане на кафе на зърна. Инфрачервеният анализатор Degree of Roast използва инфрачервен анализатор, инструмент, който се намира на печенето на кафе, използвано за вземане на проби от кафето по време на пържене, за задържане на проба от кафе. Пробникът се вкарва в анализатора, където AS7263 NIR спектрален сензор се използва за измерване на 6 различни инфрачервени ленти (610, 680, 730, 760, 810 и 860nm). Измерванията на отражението се предават чрез Bluetooth и след това могат да бъдат съотнесени към степента на печене. Анализаторът първо трябва да бъде калибриран чрез натискане на бутон от вътрешната страна на кутията, в който PVC се използва като баланс на бялото, тъй като той има относително плоско отражение в спектралния диапазон, открит от сензора.

Стъпка 1: Материали

Списък на материалите

1. SparkFun Qwiic Shield (https://www.sparkfun.com/products/14352)
2. SparkFun Qwiic Connector (https://www.sparkfun.com/products/14427)
3. SparkFun AS7263 NIR спектрален сензор (https://www.sparkfun.com/products/14351)
4. 4 x VCC 6150 лампи 5V.06A (крушки с нажежаема жичка) (https://www.mouser.com/)
5. 2 x Моментални бутони
6. 2 x 10kOhm резистора
7. DC Barrel Jack Female (https://www.sparkfun.com/products/10288)
8. Bluetooth модул HC-05 (https://www.amazon.com/)
9. Превключвател на захранването
10. Твърдотелно реле (AD-SSR6M12-DC-200D) (https://www.automationdirect.com/)
11. 1/2 "PVC капачка
12. 1/2 "x 1/2" x 3/4 "PVC тройник
13. Craft Box (лоби за хоби)
14. Arduino Uno
15. Опитвач
16. Захранване 5V 2A (https://www.adafruit.com/product/276)

17. USB кабел - стандартен A -B (кабел за програмиране)

Бележки за материалите

Лампи VCC 6150 - Това са крушки с нажежаема жичка, избрани поради високата им инфрачервена мощност. Крушките с нажежаема жичка се използват вместо LED светлината, предоставена на модула AS7263, тъй като вграденият светодиод не излъчва инфрачервения изход, необходим за отразяване на кафените зърна и за последващо измерване от сензора. Освен това е важно да се отбележи, че в този дизайн крушките с нажежаема жичка се захранват от 5V 2A източник на захранване и се управляват от Arduino чрез реле. SparkFun предоставя два вградени пина за запояване на модула AS7263 с цел захранване и управление на спомагателен източник на светлина, но тези щифтове не се използват, тъй като не осигуряват достатъчно напрежение или ампераж, за да захранват достатъчно избраните крушки с нажежаема жичка.

SparkFun Qwiic Shield - Този щит се използва поради способността му да се свързва лесно със сензора AS7263 чрез конектор Qwicc. Щитът също така осигурява изместване на логическо ниво 3.3V и голяма площ за прототипиране.

Твърдотелно реле - Този вид релета е избран поради бързите и тихи възможности за превключване, но е скъп и ненужен, тъй като стандартното електрическо реле също би работило. Ако използвате стандартно електрическо реле, кодът може да се наложи да бъде променен, за да забави процеса на вземане на проби и калибриране.

PVC размер - Размерът на PVC е избран поради диаметъра на подложката и трябва да се промени, ако се използва различен размер.

Bluetooth модул HC-05-Инструктаби (https://www.instructables.com/id/How-to-Set-AT-Command-Mode-for-HC-05-Bluetooth-Mod/) бяха използвани за промяна на обмена скорост на модула от 9600 до 115200, за да съответства на скоростта на обмен на AS7263.

Стъпка 2: Схема на свързване

S1 - Превключвател на захранването

SSR1 - Твърдотелно реле

B1 - Бутон за вземане на проби

B2 - Бутон за калибриране

R1 - 10kOhm резистор

R2 - 10kOhm резистор

L1, L2, L3, L4 - крушки с нажежаема жичка

Стъпка 3: Монтиране на несъществуващи крушки към AS7263

Направен е 3D отпечатан монтажен пръстен (предоставен STL) за задържане на лампите около сензора. Лампите бяха свързани паралелно и беше използвано горещо лепило, за да се предпазят кабелите на лампите от допир един до друг. Течна гумена изолация може да се използва вместо горещо лепило. След това бяха използвани малки проводници за закрепване на монтажния пръстен към сензора чрез завързване на проводниците през отворите, предвидени на сензора.

Стъпка 4: Сглобете порта за опитване

В задната част на PVC капачката беше пробита дупка, за да побере моментния бутон. 3/4 страната на PVC тройника беше отрязана и бяха използвани ципове за закрепване на сензора към отвора за изпробване. Дължината на тройника може да се наложи да се регулира, за да се побере размерът на пробника. страничната страна на PVC тройника за подравняване на пробата от боб в пробника със сензора.

Стъпка 5: Окабеляване на твърдотелното реле и превключвателя на захранването

Светлините от тях бяха свързани последователно с твърдо реле и жак за DC барел.

Vin на щита Qwiic беше свързан към жака за DC барел чрез превключвател на захранването.

Заземяването на щита Qwiic е свързано към земята на гнездото за постоянен ток.

Стъпка 6: Окабеляване на бутона за калибриране

Бутонът за калибриране беше свързан към захранване, Digital 2 и заземен с помощта на резистор.

Стъпка 7: Окабеляване на бутона за вземане на проби

Бутонът за вземане на проби беше свързан към захранване, Digital 3 и заземен с помощта на резистор.

Стъпка 8: Свързване на входа към твърдотелното реле

Входната страна на твърдотелното реле е свързана към Digital 5 и заземена.

Стъпка 9: Свързване на Bluetooth модула

Bluetooth модулът е свързан в съответствие с предоставената електрическа схема.

VCC - 5V

RXD - цифров 11

TXD - цифров 10

GND - GND

Стъпка 10: Код

Качете предоставения код на Arduino Uno с помощта на кабела за програмиране.

Като справка, SparkFun предоставя ръководство за стартиране на AS726x (https://learn.sparkfun.com/tutorials/as726x-nirvi)

ВНИМАНИЕ!! Когато тествате кода, уверете се, че Arduino не получава захранване както от 5V захранването, така и от кабела за програмиране. Това ще изпържи Arduino

Стъпка 11: Показване на резултати чрез Bluetooth

За да покажете резултатите от Bluetooth, изтеглете Bluetooth Electronics от keuwlsoft от Google Play Store. Запазете файла DegreeOfRoastInfraRedAnalyzer.kwl в папката keulsoft във вътрешната памет на Bluetooth устройството. Използвайте иконата за запазване в приложението, за да заредите файла kwl. След това се свържете към HC-05 Bluetooth модул и стартирайте заредения файл.

Стъпка 12: Заключения

Легенда за дължината на вълната:

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

Сензорът AS7263 NIR е използван за измерване на спектралното отражение на кафе на зърна при 6 различни дължини на вълната за непържено кафе, както и светло, средно и тъмно печено. Резултатите от сензора показват, че отражението на инфрачервените лъчи намалява с по -високи степени на печене по всички тествани дължини на вълните. Установено е, че дължината на вълната с най -голямо изменение в зависимост от степента на печене е 860 nm. Тази система осигурява бърза и лесна за използване база за офлайн измерване на степента на изпичане на кафе на зърна. Данните от този сензор ще предоставят на печенето на кафе допълнителен метод за контрол на качеството, като осигурят повторяемо пържене и намаляват човешката грешка. Необходима е допълнителна работа за съпоставяне на инфрачервените данни с индустриалните стандарти.

Стъпка 13: Специални благодарности на…

• Д -р Тимъти Баузър - съветник
• Д -р Нинг Уанг - член на комитета
• Д -р Пол Уеклер - член на комитета
• Дан Джолиф - US Roaster Corp.
• Конър Кокс - Център за напредък на науката и технологиите в Оклахома
• Катедрата по биосистеми и селскостопанско инженерство в Държавния университет в Оклахома, Стиллуотър, ОК
• Центърът за храни и селскостопански продукти към Държавния университет в Оклахома, Стиллуотър, ОК